西北太平洋边缘海热流特征研究
发布时间：2021-08-24 20:23
西北太平洋各边缘海及其相应俯冲系统受深部构造活动等地质条件的控制,热流变化较大。在收集整理该区域最新的热流数据基础上,重点探讨西北太平洋俯冲带热结构相关理论、边缘海大洋岩石圈热演化理论模型和局部高异常热流的影响因素,总结了西北太平洋边缘海热流所反映的地质意义。研究结果表明,在西北太平洋"沟-弧-海"体系中,从"沟"到"弧"再到"边缘海",热流密度呈"低-高-较高"的变化趋势,弧后地区整体表现为"均一高热"特征;千岛海沟、日本海沟和琉球海沟热流密度值在30.0 mW/m2左右,而对应的岛弧值为其2～3倍。弧后热流大小受到汇聚型俯冲带热结构的影响,俯冲带脱水作用导致的弧后上地幔黏度变化,地震速度降低,岩石圈弹性厚度减薄,引起小尺度地幔对流,形成弧后"均一高热"的热状态。热流的时空分布与岩石圈年龄也有关,随着岩石圈年龄增大,地表热流密度值会随之降低,热流密度值大小和离散性与其形成时间大致呈负相关。鄂霍次克海形成时代（30～65Ma）较早,其热流密度值（86.8 mW/m2）和离散性（标准差3.727）相对较低;冲绳海槽目前还处于扩张阶段,其热流密度...
【文章来源】：现代地质. 2020,34(01)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
西北太平洋边缘海热流分布
日本海热流特征与鄂霍次克海类似,海沟与岛弧之间热流值最低,向海沟两侧热流值逐渐增加,向陆一侧增加幅度比向洋一侧大,海盆中心(扩张区)热流值达到最高(图2(b))。总的趋势是海沟向弧后盆地热流值逐渐增大,向洋一侧热流值相对较小且保持稳定。在日本海盆中,深度超过3 000 m的洋底平均热流为(92.1±13.8) mW/m2,超过3 500 m的洋底热流稍大,为(97.1±13.8) mW/m2[5]。海盆中热流值(102.0 mW/m2)呈环状东西走向分布,高热流值(105.4～118.1 mW/m2)沿环形中部北东向断层分布。在大和海岭北部沿着断层分布的热流大小为68.5～125.5 mW/m2,随着离断层距离增加(向北),热流值迅速降低。大和海盆南部有一北东向的高热流分布区,热流值为91.4～133.3 mW/m2。2.3 东海
日本海由高伸展速率的陆壳和形成于30～12 Ma的洋壳构成[43]。热流分布如上文2.2小节所述,表现出较均一的高值,其他指示高热环境的数据为:整个日本海范围内,P波速度比正常地幔(约100 km)小2%～6%;上地幔表面波层析成像显示异常低的P波和S波速度;深度200 km以上的区域性高地震波衰减;日本东北沿岸40 km深地幔捕虏体测温在1 000 ℃左右;中国东北沿岸(日本以西)广泛分布的第三纪至第四纪玄武岩体[27]。解释弧后高热环境的俯冲板块数值模型[35, 44-45]认为,俯冲板块的年龄和垂直俯冲速度对俯冲板块的表面温度(SST)起主要控制作用。板块年龄越小,俯冲速度越慢,俯冲板块表面温度越高;反之,则表面温度越低。Peacock和Wang[45]在数值模型中说明日本西南部的俯冲带比东北部的俯冲板块年龄小并且速度慢(图3(c)和(d)),所以俯冲洋壳的温度要高300～500 ℃,这样的温度结构造成了西南部俯冲带在浅部就已经显著脱水,导致流体难以进入地幔深部;而东北部俯冲带在深部地幔才发生脱水反应,影响地幔黏度变化,产生俯冲带地幔流动、深部地震和岛弧火山作用,从而显著影响弧后温度场。可见,板块俯冲过程中伴随着矿物岩石的相变和脱水作用,会对其温度结构产生较为显著的影响。太平洋俯冲板块沉积层中富含大量的水,一方面,俯冲板块的脱水反应致使上覆地幔流变产生对流运动;另一方面,俯冲板块含水层中产生水热循环,将从地壳的更深处输送热量,从而提高地表平均热流。另外,岩石圈深部热源不同使得热流大小存在相应变化。日本海沟俯冲带在小于400 km深度范围内,剪切生热和脱水热是俯冲板块上层30 km热结构的控制性热源因素;深度大于400 km,橄榄石-尖晶石相变热开始逐渐超过所有其他热源对热结构影响的总和,成为热结构的控制性热源因素[46-47]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]南海西北次海盆及其邻区的地热流特征与研究[J]. 徐行,王先庆,彭登,姚永坚,姚伯初,万志峰. 地球科学. 2018(10)
[2]南海西南次海盆的地热流特征与分析[J]. 徐行,姚永坚,彭登,姚伯初. 地球物理学报. 2018(07)
[3]南海海盆IODP349钻井岩心的生热元素测试与应用研究[J]. 徐行,董淼,陈爱华,张健,贾香. 大地构造与成矿学. 2017(06)
[4]南海北部陆缘热流变化特征及其影响因素分析[J]. 施小斌,于传海,陈梅,杨小秋,赵俊峰. 地学前缘. 2017(03)
[5]沉积速率与基底蓄水层流体活动对冲绳海槽海底热流值的影响[J]. 孟林,张训华,温珍河,韩波. 海洋地质与第四纪地质. 2017(02)
[6]西太平洋典型弧后盆地的地质构造、岩浆作用与热液活动[J]. 曾志刚,张玉祥,陈祖兴,马瑶,王晓媛,张丹丹,李晓辉. 海洋科学集刊. 2016(00)
[7]南海地热流探测、研究与展望[J]. 徐行,罗贤虎,许鹤华,姚伯初,彭登,陈爱华. 南海地质研究. 2015(00)
[8]俯冲带中的水迁移[J]. 郑永飞,陈仁旭,徐峥,张少兵. 中国科学:地球科学. 2016(03)
[9]俯冲带热结构的动力学模型研究[J]. 冷伟,毛伟. 中国科学:地球科学. 2015(06)
[10]日本南海海槽俯冲带的地球物理特征及其动力学意义[J]. 陈萍,郑彦鹏,刘保华. 海洋地质与第四纪地质. 2014(06)
本文编号：3360663
【文章来源】：现代地质. 2020,34(01)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
西北太平洋边缘海热流分布
日本海热流特征与鄂霍次克海类似,海沟与岛弧之间热流值最低,向海沟两侧热流值逐渐增加,向陆一侧增加幅度比向洋一侧大,海盆中心(扩张区)热流值达到最高(图2(b))。总的趋势是海沟向弧后盆地热流值逐渐增大,向洋一侧热流值相对较小且保持稳定。在日本海盆中,深度超过3 000 m的洋底平均热流为(92.1±13.8) mW/m2,超过3 500 m的洋底热流稍大,为(97.1±13.8) mW/m2[5]。海盆中热流值(102.0 mW/m2)呈环状东西走向分布,高热流值(105.4～118.1 mW/m2)沿环形中部北东向断层分布。在大和海岭北部沿着断层分布的热流大小为68.5～125.5 mW/m2,随着离断层距离增加(向北),热流值迅速降低。大和海盆南部有一北东向的高热流分布区,热流值为91.4～133.3 mW/m2。2.3 东海
日本海由高伸展速率的陆壳和形成于30～12 Ma的洋壳构成[43]。热流分布如上文2.2小节所述,表现出较均一的高值,其他指示高热环境的数据为:整个日本海范围内,P波速度比正常地幔(约100 km)小2%～6%;上地幔表面波层析成像显示异常低的P波和S波速度;深度200 km以上的区域性高地震波衰减;日本东北沿岸40 km深地幔捕虏体测温在1 000 ℃左右;中国东北沿岸(日本以西)广泛分布的第三纪至第四纪玄武岩体[27]。解释弧后高热环境的俯冲板块数值模型[35, 44-45]认为,俯冲板块的年龄和垂直俯冲速度对俯冲板块的表面温度(SST)起主要控制作用。板块年龄越小,俯冲速度越慢,俯冲板块表面温度越高;反之,则表面温度越低。Peacock和Wang[45]在数值模型中说明日本西南部的俯冲带比东北部的俯冲板块年龄小并且速度慢(图3(c)和(d)),所以俯冲洋壳的温度要高300～500 ℃,这样的温度结构造成了西南部俯冲带在浅部就已经显著脱水,导致流体难以进入地幔深部;而东北部俯冲带在深部地幔才发生脱水反应,影响地幔黏度变化,产生俯冲带地幔流动、深部地震和岛弧火山作用,从而显著影响弧后温度场。可见,板块俯冲过程中伴随着矿物岩石的相变和脱水作用,会对其温度结构产生较为显著的影响。太平洋俯冲板块沉积层中富含大量的水,一方面,俯冲板块的脱水反应致使上覆地幔流变产生对流运动;另一方面,俯冲板块含水层中产生水热循环,将从地壳的更深处输送热量,从而提高地表平均热流。另外,岩石圈深部热源不同使得热流大小存在相应变化。日本海沟俯冲带在小于400 km深度范围内,剪切生热和脱水热是俯冲板块上层30 km热结构的控制性热源因素;深度大于400 km,橄榄石-尖晶石相变热开始逐渐超过所有其他热源对热结构影响的总和,成为热结构的控制性热源因素[46-47]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]南海西北次海盆及其邻区的地热流特征与研究[J]. 徐行,王先庆,彭登,姚永坚,姚伯初,万志峰. 地球科学. 2018(10)
[2]南海西南次海盆的地热流特征与分析[J]. 徐行,姚永坚,彭登,姚伯初. 地球物理学报. 2018(07)
[3]南海海盆IODP349钻井岩心的生热元素测试与应用研究[J]. 徐行,董淼,陈爱华,张健,贾香. 大地构造与成矿学. 2017(06)
[4]南海北部陆缘热流变化特征及其影响因素分析[J]. 施小斌,于传海,陈梅,杨小秋,赵俊峰. 地学前缘. 2017(03)
[5]沉积速率与基底蓄水层流体活动对冲绳海槽海底热流值的影响[J]. 孟林,张训华,温珍河,韩波. 海洋地质与第四纪地质. 2017(02)
[6]西太平洋典型弧后盆地的地质构造、岩浆作用与热液活动[J]. 曾志刚,张玉祥,陈祖兴,马瑶,王晓媛,张丹丹,李晓辉. 海洋科学集刊. 2016(00)
[7]南海地热流探测、研究与展望[J]. 徐行,罗贤虎,许鹤华,姚伯初,彭登,陈爱华. 南海地质研究. 2015(00)
[8]俯冲带中的水迁移[J]. 郑永飞,陈仁旭,徐峥,张少兵. 中国科学:地球科学. 2016(03)
[9]俯冲带热结构的动力学模型研究[J]. 冷伟,毛伟. 中国科学:地球科学. 2015(06)
[10]日本南海海槽俯冲带的地球物理特征及其动力学意义[J]. 陈萍,郑彦鹏,刘保华. 海洋地质与第四纪地质. 2014(06)
本文编号：3360663
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