超慢速扩张洋中脊热液喷口深部构造地震层析成像

洋中脊是地球系统中最为重要的巨型活动构造带，是板块理论中海底扩张的发源地.西南印度洋中脊（SWIR）是全球4支主要洋中脊中的一条超慢速洋中脊.近年来围绕热液硫化物矿产资源和深海环境,中国大洋协会"大洋一号"船对该洋中脊进行了多次成功的调查.2010年月2月间,我们采用海底地震仪(41台)对SWIR中的热液喷A区进行了3D人工地震调查,取得了宝贵的资料.这是我国首次开展此类调查,对于地球动力学和大洋热液矿藏的开发具有重要意义。本申请拟采用对骨干剖面进行2D射线追踪模拟并与3D层析成像相结合的方法,对热液喷口深部的岩浆房等构造特征进行精细速度成像。主要科学目标:(1)洋中脊热液活动区的地壳和地幔的特殊构造,岩浆房的特征和作用;(2) 热液环流的作用,它与熔融、断裂和生态系统的关系; (3)探讨超慢速洋脊扩张中心软流层对流模式和意义；（4）热液喷口区与活动平静区深部结构的差异性等基础科学问题。

洋中脊是地球系统中最为重要的巨型活动构造带，是板块理论中海底扩张的发源地.西南印度洋中脊（SWIR）是全球4支主要洋中脊中的一条超慢速洋中脊.近年来围绕热液硫化物矿产资源和深海环境,中国大洋协会"大洋一号"船对该洋中脊进行了多次成功的调查.本课题利用2010年在SWIR热液活动区获得的海底地震仪（OBS）3D人工地震调查获得的数据，对骨干剖面进行2D射线追踪模拟并与3D层析成像相结合的方法, 对热液喷口深部的岩浆房等构造特征进行精细速度成像。.取得的主要成果有：.（1）SWIR沿中脊不同区段地壳结构总体上相似，厚5 km, 主要特点是扩张段（segment）岩浆集中而地壳厚；非转换不连续（NTD）和中脊裂谷地壳薄；在火山区地壳的厚度（10.2km）远大于对超慢速洋中脊地壳厚度的认识（Niu et al., 2015）。对比全球洋中脊地壳厚度与扩张速率的关系，火山区地壳厚度为显著异常，这对于洋中脊扩张理论提出了新的挑战（Li et al., 2015）。巨厚地壳的形成可以解释为Crozet等热点的岩浆向SWIR运移, 而Gallieni转换断层阻挡其向东的运移, 因此在转换断层的西侧形成巨厚的火山型地壳, 而东侧地壳极薄。.（2）热液活动喷口下方地壳厚度减薄，厚约4.5 km, 速度较低，莫霍面东倾，固结程度较低, 地幔部份熔融。特别值得注意的发现是，热液喷口正好位于中脊裂谷南侧速度高异常与低异常的边界上，该边界被认为是北西向倾斜的拆离断层，并结合海底表面精细结构（由多波束成像）认为存在大洋核杂岩（OCC），而拆离断层为热液活动提供通道（Zhao et al., 2013）。.（3）在火山区（现为非活动喷口区）的洋壳层3存在低速异常，并通过波形数值模拟，使该低速异常很好地与实测的记录剖面异常（地震信号记录极弱的一段）相吻合，从而判断为地幔部分熔融或岩浆房（Li et al., 2015）。.（4）开展了天然地震接收函数方法研究，对上述人工源结果进行了补充和深化。结果表明，P-to-S 转换波确定的Moho埋深为海底下9km，不同于人工源P波的5km, 我们认为前者是真正的Moho，并具有层厚4km, 是地幔基性岩与超基性岩的分界；后者可能只是蛇纹石化的锋面。热液喷口下方地幔过渡带MTZ的厚度减薄22~-26km,温度异常为182K ~ 237K.