冲绳海槽中北部和南部热液活动区构造差异及控制因素研究

Hydrothermal fields are widely developed in Mid-Ocean ridges, back arc basins and intraplate volcanoes, associated with tectonics and volcanism. Six highly active hydrothermal fields have been discovered so far in the central depression of Okinawa Trough, but mainly distributed in the central section of Okinawa Trough, and have significant differences tectonic characteristics with southern section. In this study, we will compare the tectonic characteristics in hydrothermal fields of central-northern section and southern section. Using seismic data, gravity and magnetic data and heat flow data, topography and geomorphology, crustal thickness, stratum structure, fault features, gravity and magnetic anomaly in hydrothermal fields of central-northern section and southern section will be studied, and point out the tectonic difference between these hydrothermal fields. Based on the crustal structure and tectonic evolution, 3D geological models will be built in order to analyze distributions of interior field of stress in hydrothermal fields and the development of the faults by the way of finite element method. The characteristics of magmatic invasion and erupted are fitted inversion to gravity -magnetic anomaly and heat flow field. The impact of subduction and magmatic invasion on the tectonic differences and development of hydrothermal activity is analyzed. Based on the works above, factors controlling the diverse development of hydrothermal field are considered to present.

海底热液活动广泛发育在大洋中脊、弧后盆地和板内火山等地区，其形成与构造活动和岩浆作用密切相关，对研究地壳深部构造运动、热液硫化物矿产具有重要意义。冲绳海槽中央地堑区已发现了多个热液活动区，但主要集中在中部，且与南部热液活动区表现出明显的构造差异。本项目拟以海槽中北部和南部热液活动区为对比研究靶区，基于地震数据、重磁数据和热流数据，对比研究海槽中北部和南部热液活动区的地形、地貌，地壳厚度，地层结构，断裂发育、重磁场及热流场等构造特征及差异所在。通过弧后盆地地壳结构和构造演化的分析，建立研究区3D地质模型，分析区域构造应力对研究区应力场分布及断裂发育的影响。反演拟合岩浆侵入与热液活动区重磁特征及热流场的关系。从热液活动发育所需的热源、通道和流体三个方面，分析区域构造应力和岩浆侵入对热液区构造差异和热液活动的影响，揭示海槽中北部和南部热液活动区差异性发育的主控因素。

冲绳海槽为发育于陆壳且正处于扩张中的年轻弧后盆地，构造与岩浆活动十分强烈，且发现了多个热液活动区。然而，关于冲绳海槽的地壳性质以及岩浆活动对热流和热液活动的作用机制仍不甚明确。为此，本项目基于地震、重力和热流数据，在对比分析冲绳海槽及邻区热流分布特征的基础上，模拟了地幔上涌、沉积速率、岩浆侵入对海底地表热流的影响；结合重力反演，探讨了海槽南部的地壳性质，及其与海槽中北部构造差异。通过本项目的执行，获得了以下认识：1）重力反演揭示出冲绳海槽南部岩石圈热结构更接近于洋壳，且八重山地堑地壳厚度最薄为12 km，推测为首先产生新生洋壳的地方；2）基于海底热流约束下的有限元热模拟显示，海槽南部高沉积速率可导致其地表热流降低30-35%。岩浆侵入及随后的高温流体是海槽中部异常高热流值的主控因素，且岩浆侵入年龄不超过0.5 Ma，侵入深度不超1km，流体运移速率≥9 cm/yr。3）海槽南部和中北部表现为不同的构造演化模式，中北部张裂始于10Ma前，平均速率为0.4 cm/yr；南部张裂始于6 Ma，平均速率为0.6 cm/yr。4）存在岩浆侵入时的岩石圈热结构显示海槽轴部存在双层岩浆房结构，深度分别在10km和24-30km。.此外，岩浆侵入导致的地表脉冲式的热流变化，反映了单次岩浆侵入引起的热液活动的生命周期。同时，热液活动的周期性对极端微生物也有着至关重要的影响。结合最新的研究进展，探讨了热液活动对极端微生物的影响。