面朝大海,春暖花开

作者:xiaokcehui2020-11-14 12:56分类: others 标签: 东经九十度海岭 地磁年表 凯尔盖朗

       最近由于在印度洋从事大洋调查,涉及到印度洋和东经九十度海岭,搜索了一些文献,也重点看了李江海老师的印度洋图集和李三忠老师写的海底构造理论和系统方面的书,也逐渐熟悉了一些地幔柱、海底扩张,磁性年表等概念,特别是当知道大洋洋壳都是最近200Ma海底扩张生成的,并且很多学者根据卫星测磁,根据磁条带将大洋洋壳的年龄给推出来了,觉得非常地新奇。博主不由得由衷的感叹,地球物理这个学科虽然小众,但是发展潜力还是非常巨大。

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1、印度洋重建过程


白垩纪中期(100Ma,随着澳大利亚和南极大陆地壳伸展地区海底扩张的开始(95Ma±5Ma),古东南印度洋洋中脊向东延伸。

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84Ma,澳大利亚和南极洲发生裂解,现今东南印度洋洋中脊出现并逐渐成型。在晚白垩纪和古近纪时期,印度洋快速向北移动(15cm/a)。

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60-40Ma,60Ma左右Wharton洋中脊逐渐死亡,澳大利亚与南极洲板块开始裂解,且印度洋和澳大利亚逐渐变为一个统一板块。

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40Ma,澳大利亚板块和南极洲板块发生分离,同时,现今的东南印度洋洋中脊开始扩展形成,将凯尔盖朗热点分为两个部分:现今的凯尔盖朗热点和布罗肯热点。

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20Ma,新东南印度洋中脊继续扩张

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白垩纪后期,印度板块向北运动速率迅速增加,在60Ma前后达到峰值16.2cm/aDupont-Nivet et al2010)。始新世(约55Ma),大印度板块北缘与欧亚板块发生初始碰撞,印度板块运动速率迅速降低,新特斯洋开始闭合,在其东段形成苏门答腊-爪哇前陆冲断带(Pal et al.,2003)。新特提斯洋在43Ma左右完全闭合,青藏高原和喜马拉雅山脉隆升并开始形成孟加拉湾海底扇和印度河海底扇(Schreider et al.2007)。印度板块和欧亚板块碰撞在印度洋及周缘产生一系列构造调整事件,包括50~42Ma中印度洋中脊的半扩张速率从65mm/a降为20mm/a,扩张方向发生顺时针40°旋转(Briais et al.2002),53Ma左右沃顿洋中脊停止扩张(Singh et al.2010),32~30Ma红河断裂开始左旋走滑(Morley2013)等。

2、凯尔盖朗地幔柱


东经九十度海岭起源于凯尔盖朗(kerguelen)地幔柱被认为位于凯尔盖朗群岛之下,49°S69.5°E位置(Frey et al.,2000)。当印度从澳大利亚-南极洲分离出来,凯尔盖朗地幔柱开始活动至今至少已有115Myr,也许长达130Myr之久。凯尔盖朗热点峰期喷溢在120Ma~95Ma和印度-南极洲分离后的70-12Ma.凯尔盖朗地幔柱的活动可以划分为以下三个阶段(Charvis et al.1995)。

1)位于古洋中脊之下的离轴活动。约115Ma时,凯尔盖朗地幔柱开始活动,南极洲板块和印度板块开始裂离,东印度洋北西-南东方向的海底扩展开始,东南印度洋洋中脊的西段和沃顿(Wharton)洋中脊出现,洋壳性质的凯尔盖朗南部高原和布罗肯海底高原也开始出现,此时岩浆供应速率较大、地幔温度高。

2)100~38Ma的板内火山活动。至100Ma时,沃顿洋中脊位于凯尔盖朗地幔柱之上并向北运动,凯尔盖朗也向北拓展。直至84Ma时,沃顿洋中脊开始远离凯尔盖朗地幔柱。60Ma时,布罗肯高原和凯尔盖朗高原开始裂解,直至60Ma时,东南印度洋洋中脊中段出现。此时伴随地幔温度的降低,凯尔盖朗地幔柱活动较弱、岩浆供应速率也降低,较为年轻的盖尔盖朗北部高原形成。

3)38~25Ma位于洋中脊之上或位于洋中脊附近的逐渐减弱的中轴活动

4)~25Ma以来逐渐远离洋中脊的离轴活动


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3、东经九十度海岭


东经九十度海岭是位于东印度洋的一条南北向长约5500km、东西向宽100~200km的水下火山型海岭。其最南端自30°S一直向北延伸,最后淹没在巨厚的孟加拉冲积扇之下。海岭平均水深2500m,比两侧洋盆高出2km左右。最南端与布罗肯海岭相连,ODP钻孔254和1141获取的玄武岩测年数据分别为距今37Ma和95Ma,表明海岭南部的形成时期晚于布罗肯海岭。根据地貌可将海岭从北往南分为3段差异明显的部分:5°S以北呈现较宽而不连续的火山块;5°S一直到Osborne Knoll表现为狭长、连续、线性展布的海岭;Osborne Knoll以南部分又重新变宽、线性程度降低。海岭东西两侧分别为广袤而平坦的沃顿洋盆和中印度洋洋盆,平均水深约5000m。从水深地形图(图4.1-2)中可以清楚地看到,在沃顿洋盆(Wharton Basin)中存在若干条与海岭展布大致平行的转换断层。

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这幅图推荐根据最新的WMM2015的全球测磁资料推出来的,由于卫星测磁分辨率有限,有些仍然不是很明确。


      东经九十度海岭以南为东南印度洋洋中脊,其与海岭最近位置距离约为900km。Gervemeyer等(2001)对该地区广角反射地震的调查结果表明,东经九十度海岭东西两侧为正常的洋壳厚度,为6.5~7.0km。而在海岭正下方的地壳收到海岭负载以及底侵的影响,最厚可达24km。板块重构结合磁条带对比的结果揭示了从澳大利亚板块、南极洲板块和印度洋板块分裂,到印度洋形成的发展过程:自晚白垩纪以来,南极洲板块与澳大利亚板块缓慢裂解,一直持续到距今46Ma。在此期间,在凯尔盖朗热点及印度洋板块向北漂移的共同作用下,东经九十度海岭北部以及中部形成。之后3Myr(距今46~43Ma),凯尔盖朗海台南部Labuan盆地与澳大利亚板块西南侧Diamantina Zone、北凯尔盖朗海台与布罗肯海岭先后相继分开。在43~37Ma,伴随着热点的一期岩浆活动,塑造了东经九十度海岭的南部。东南印度洋洋中脊继续扩张,自距今37Ma将海岭与热点隔开,东经九十度海岭的生长过程到此结束。东经九十度海岭是热点、板块扩张与洋中脊共同作用的产物。凯尔盖朗热点提供了海岭形成的物质来源,印度洋板块扩张完成了海岭展布,东南印度洋洋中脊控制了岩浆物质喷出的位置,影响到海岭空间连续性和几何形态。

下图是大洋钻探和深海钻探的孔号和位置图

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柱状图

点击查看原图

东经九十度海岭是无震海岭,沉积物特征如下:

1)对于连续分布的洋底高原和无震海岭,地形高程总体具有“老低新高”的特征,与洋壳整体热沉降相对应,但各段地形仍然有起伏,可能指示不同期次的海底岩浆作用

2)对于同一洋底高原和无震海岭,不同位置柱状图的岩性组成具有较好的可对比性,其垂向上均具有基底(玄武岩/火山凝灰岩)-浅海相碳酸岩沉积-深海相生物软泥沉积的特征,反映形成初期海水较浅,随地幔岩浆作用的远离和减弱,逐渐发生沉降形成深海的过程。

3)连井剖面上不同岩性段内年龄具有一致的变化趋势。如东经九十度海岭,由北向南,基底玄武岩年龄逐渐变新,由81.8Ma变为43.2Ma,浅海相碳酸盐岩初始沉积时代由晚白垩世坎潘期过渡为始新世。

4、地磁年表

海洋沉积物含有磁性矿物时,其沉积过程中会在当时地磁场的作用下发生磁化,从而又可能在垂向的岩芯段上留下正向磁化和反向磁化的记录。不过,沉积层的磁化强度比 洋底玄武岩的磁化强度弱得多,所以厚层沉积不干扰洋底基底岩石的磁性测定,可用灵敏磁力仪测定各段沉积岩芯的磁性方向。磁性测量表明,正向磁化段和反向磁化段在沉积岩中交替出现。在正极性期,新洋中脊生成时正向磁化,沉积物直接堆积在这一新洋壳及其两侧沉积层的上面,在中央裂谷正向磁化的熔岩形成期间,同期沉积物也发生正向磁化。在下一个反极性期,反向磁化的更新沉积层将堆积在前期正向磁化沉积层上,并且直接沉积在由洋中脊顶部熔岩形成的反向磁化新洋壳之上。每一磁化层都是从同年代形成且具有相同磁化反向的洋壳向两侧对称分离。因此,沉积物的总厚度、层序和层数随着远离脊轴而有规律地增加。沉积岩芯中正反向磁化段的厚度可以与地磁极性年表中正极性期和反极性期的时间长短一一对比,也可以与海底正负磁异常条带的宽度相对比。这三种相互独立的不同度量对象,却具有等同的定量关系,不仅证实了地磁场的频繁倒转,而且证明了海底存在着大规模的水平运动。

80Ma以来,地磁场曾发生了171次极性转换,Heirtzler等最初将其中的关键性磁异常编成32个号,洋中脊轴为1号,号码越大,代表距洋中脊轴越远、年代越老。一条特定磁异常的轨迹是年龄恒定的一条线,线上的年龄与磁化年代相对应。这个年代可理解为,这部分洋底作为活动洋中脊上的熔岩被运移到现今所处的位置。

磁静代的发现和成因

在各大洋中均分布有缺失磁异常条带的磁静带,常对应为正极性期,分别出现于晚白垩世(110~76Ma)和侏罗纪早期(160Ma之前。在磁静带基本上未发现新生代洋壳所特有的线性磁异常,表明期间几乎未发生地磁反转。因为地磁场极性转换是全球性的,故在洋底相应地段(110~80Ma,160Ma)岩石只能显示微弱的或不变的磁异常信号,从而形成了磁静带。

由于广布于海底的磁异常条带界线代表了同期形成海底岩石的时间界线。因此,海底磁异常条带就成为标志洋底年龄的等时线,一幅详细的洋底磁异常图也可以看做是大洋地质年龄图。

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    自20世纪以来,众多国外学者用多种地球物理方法对东经九十度海岭以及东西两侧的沃顿、东印度洋盆的洋壳结构、年龄以及形成过程进行了深入研究。古地磁数据显示,整个海岭作为海山链,起源于40°S~50°S之间,从而证明了该海岭是在晚白垩纪时期随印度板块快速向北漂移过程中,由凯尔盖朗热点拖带出的产物。新发布的Ar40/Ar39测年数据表明NER的形成年龄自北向南从距今84Ma到37Machine递减,间接地支持了海岭源自热点的结论。然而磁条带对比结果发现,沃顿洋盆的形成年龄并非同海岭链一样呈现单调递减的规律,而是从北向南呈现先变小、再变大、最后再次变小的趋势。LIU et al认为此现象为古洋脊存在的证据,并证明古洋脊灭亡于中渐新世。ODP Leg120航次的分析结果表明,现今位置的东南印度洋脊(与消亡的古洋脊对应)导致南极-澳大利亚板块的分离,分离时间段与古洋脊消亡时期几乎重合,从而说明了东南印度洋脊在历史过程中发生过“跳跃”。ROYER et al对ODP Leg121航次期间取得的中印度盆地的磁力数据进行了分析,计算出洋脊的迁移距离大约为11个纬度。



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