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中、西太平洋海山构造地貌及其成因探讨 摘要 中、西太平洋海域位于太平洋海盆最古老的中生代洋壳上，发育众多海山， 海山按一定的规律排列组成海山链或海山群。这些海山是太平洋板块扩张和板块 内地幔柱共同作用的产物，而且海山也是一种深海固体矿产资源一富钴结壳赋存 的重要区域，各海洋国家都重视在此区域进行矿产勘查，中国也已经在其中的 2 5 个海山上共进行了1 1 个航次的勘查，取得了大量的调查资料。因此，研究中、 西太平洋海山的构造地貌及其成因，有助子我们了解富钴结壳矿床的赋存规律， 为圈定富矿区提供地形地貌方面的理论依据，以及增进对太平洋板块运动的了 解，认识大洋地壳的演化历史。 本文以我国历次大洋勘查的资料为基础，结合收集的国外在相同区域的研究 成果及o d p 、d s d p 钻探资料，研究区域内海山的地貌特征及形成机制。首先以 深海钻探和磁异常资料，分析海域的构造地质背景；在我国调查的2 5 个海山中 选取1 3 个海山作为研究对象，利用多波束全覆盖水深数据和地震、浅层剖面、 海底摄像、地质取样等资料，编制海山三维图和地貌图等图件，详细分析海山的 地貌特征及变化规律；探讨海山的形成机制及演化过程。 研究结果认为，中、西太平洋海域的海山按形态、构造等因素分为平顶型海 山和尖峰型海山两类，两类海山均为白垩纪以来多期岩浆活动所形成，基底为白 垩世玄武岩两类海山的地貌单元可划分为4 级2 1 类。平顶型海山水深1 5 0 0 6 0 0 0 1 1 1 ，通常由一个大型主体海山和一个伴生海山构成，海山顶部发育大规模的 山顶平台，山坡地形陡峭，并呈上陡下缓的形态；海山平台上沉积较厚的第四纪 有孔虫砂和钙质软泥，富钻结壳被深埋且矿床厚度较大。尖峰型海山水深1 2 0 0 5 5 0 0 m 。一般由多个小型的海山构成，海山顶部发育小型平台，或无平台而成尖 顶状，山坡地形相对平顶型海山略为平缓；海山平台上的沉积物较薄，富钴结壳 或基岩直接裸露，或被浅层沉积物覆盖，矿床厚度较小 中、西太平洋海域的海山年龄介于6 5 1 5 0 m a 之间。是一组板内火山型海 山，为多热点成因的板内火山作用和板块构造运动的共同形成，大规模多期的海 i ， 底火山活动使之呈十分复杂的海底地貌和构造形态。海山基底形成后随着太平洋 板块的扩张而不断漂移，并受到断裂活动和热点活动的改造，形成海山链或海山 群。海山在水平漂移的同时还发生了垂直方向上的升降，出露海面形成海岛，山 顶被夷平，或上升至离海面较近的浅水位置接受浅海相沉积，后又沉降水深大于 1 0 0 0 m 的海底，构成大规模的海山群。 关键词：中、西太平洋海山构造地貌形成机制 t e c t o n o g e o m o r p h o l o g i c c h a r a c t e r i s t i c sa n dg e n e s i s o fs e a m o u n t si nt h em i d d l e - w e s t e r np a c i f i c m a j o r ：s t r u c t u r a lg e o l o g y n a m e ：z h ub e n d u o s u p e r v i s o r ：p r o f c h c ng u o n e n g a b s t r a c t s e a m o u n t si o c a t e do nt h em e s o z o i co c e a n i cc r u s ti nm i da n dw e s t e l np a c i f i c o c e a na l ed i s t r m u t e da sc h a i n so rg r o u p s t h eg e n e s i so ft h e s es e a m o u n t si s i n t e r p r e t e dt ob er e l a t e dt ot h ee x p a n d i n go fp a c i f i cp l a t ea n dt h ea c t i o no fi n t r a p l a t e t h e r m a lm a n t l ep l u m e a sam a i nd i s t r i b u t i o na r e ao fc o r i c hc r u s t ，ak i n do fo c e a n i c s o l i dm i n e r a lr e s o u r c e ，m o r ea n dm o r ea t t e n t i o n sa r ep a i do i lt h e s es e a m o u n t sf o r m i n e r a li n v e s t i g a t i o n ， i n c l u d i n ge l e v e ns u r v e yc r u i s e sf o r2 5s c a m o u n t sc a r r i e db y o u rc o u n t r y t h es t u d yo ft e c t o n i cg e o m o r p h o l o g ya n dg e n e s i so ft h e s es e a m o u n t s p r o v i d e st h eg e o m o r p h o l o g i c a lt h e o r yb a s i sf o ru n d e r s t a n d i n gt h ec o - r i c h c r u s t d i s t r i b u t i o na n dt h ed e f i n i t i o no fm i n e r a b r i c ha r e a s i ti sa l s os i g n i f i c a n tf o rb e t t e r u n d e r s t a n d i n go ft h ep a c i f i cp l a t em o v e m e n ta n d t h eo c e a n i cc r u s te v o i o t i o nh i s t o r y b a s e do nt h ep r e v i o u sd a t at h r o u g ho c e a n i cs u r v e y sb yo u rc o u n t r yc o m b i n e d w i t ht h eo d p ，d s d pa c h i e v e m e n t si nt h i sa r e a ，t h eg e o m o r p h o l o g i c a lf e a t u r e sa n d d e v e l o p m e n tm e c h a n i s mo fs c e m o u n t si nm i da n dw e s t e r np a c i f i co c e a ni ss t u d i e d t e c t o n i cb a c k g r o u n di nt h es t u d ya r e aw a sa n a l y z e do nt h eb a s i so fd e e ps e ad r i l l i n g a n dm a g n e t i ca n o m a l yd a t a 1 3s e a m o u n t sf r o m2 5s u r v e y e db yo u rc o u n t r yw e r e s e l e c t e da ss t u d yo b j e c t s 3 dm a pa n dg e o m o r p h o l o g i c a lm a po ft h e s es e a m o u n t s w e r ec o m p i l e da c c o r d i n gt of u rc o v e 4 m u l t i - h e a md a t a ，s e i s m i cd a t a ，s u b - b o t t o m p r o f i l ed a t a ，s e a b e di m a g ed a t aa n ds e a b e ds a m p l i n gd a t a t h ef e a t u r e s o ft h e m s e a m o u n tg e o m o r p h o i o g ya n di t sv a r i a t i o nw e r ea l s oa n a l y z e di nd e t a i l f u r t h e r m o r e ， t h em e c h a n i a ma n de v o i o t i o no ft h es e a m o u n tw a sd i s c u s s e d t h es t u d yr e s u l t si n d i c a t et h a tt h e s es e a m o u n t sw e r ed i v i d e di n t ot h et o pf l a t s e a m o u n ta n dt h es p i r c a m o u n ta c c o r d i n gt ot h e r es h a p ea n dt e c t o n i cf e a t u r e s b o t h o ft h et w ot y p e ss e a m o u n t sw e r ef o r m e db ym a g m aa c t i v i t i e ss i n c ec r e t a c e o u s ，a n d t h e i rs u b s t r a t er o c k sa r ec r e t a c e o u sb a s a l t s t h eg e o m o r p h o l o g i c a lu n i t so fs e a m o u n t s c a nb ed i v i d e di n t of o u rg r a d e sa n dt e ns o r t s t h et o pf l a t a m o u n tt i e si n1 5 0 0 mt o 6 0 0 0 md e p t h ，u s u a l l yc o m p o s e do fam a i nl a r g es e a m o u n ta n da na s s o c i a t e ds m a l l a m o u m t h et o pf l a t a m o u n ti sc h a r a c t e r i z e db yl a r g ef l a tr o o fa n ds t e e ps l o p e w i t ht h el i s t r i cs h a p e t h ef l a tr o o fi sc o v e r e db yq u a t e r n a r yf o r a m i n i f e rs a n da n d c a l c i u mo o z e t h ec o r i c hc r u s th e r ei sb u r i e dd e e p l yw i t hl a r g et h i c k n e s s t h es p i r e s e a m o u ml i e si n1 2 0 0 mt o5 5 0 0 m d e p t h ，u s u a l l yc o n s i s t so fs e v e r a ls m a l ls e a m o u n t s t h es p h es e a m o u n ti sc h a r a c t e r i z e db ys m a l lf i a tr o o fo rs p k es h a p e t h el a n d f o r mo f t h es l o p ei sm o r eg e n t l yt h a nt h et o pf l a ts e a m o u m t h es e d i m e n t so nt h ef i a ta r e t h i n n e ra n dt h ec o r i c hc r u s to rb a s e m e n tr o c ki so u t c r o p p e do rb u r i e du n d e rs h a l l o w s e d i m e m s t h et h i c k n e s so fc o r i c hc r u s ti ss m a l l t h ea g e so fm i da n dw e s t e r np a c i f i cs e a m o u n t sc h a n g eb e t w e e n6 0 m aa n d 1 3 0 m a m o s to ft h es e a m o u n t sb e l o n gt ot h ei n t r a p l a t ev o l c a n i cs e a m o u n t sr e s u l t e d f r o mm u l t i p l eh o ts p o t sa n d p l a t em o v e m e n t s c o m p l i c a t e ds u b m a r i n em o r p h o l o g y a n dt e c t o n i cl a n d f o r mo r i g i n a t e sf r o mm u l t i - p h a s el a r g es c a l ev o l c a n i ca c t i v i t i e s t h e s e a m o u n t sd r i f t e dw i t ht h ep a c i f i cp l a t e 嘲c n s i o na f t e l t h ef o r m a t i o no f t h es u b s t r a t e ， t h e nt h es e a m o u n tc h a i n sa n dg r o u p sa f f e c t e db yt h ea c t i v i t i e so fa c t i v ef r a c t u r ez o n o s h o ts p o t s t h es e a m o u n t sd r i f t e dh o r i z o n t a l l ya c c o m p a n i e db yv e r t i c a lu p l i f ta n dd r o p s o m es e a m o u n t sc a n l eo u to ft h es e al e v e la si s l a n d sw i t ht h et o pe r o s e d ,s o l n g u p l i f t e dn e a rt h es e al e v e lc o v e r e db yn e r i t i cs e d i m e n t s ，a n dt h e ns u b s i d e dt ot h es e a b o t t o mo fm o r et h a n1 0 0 0 m d e p t ha n dc o n s t r u c t e dl a r g es c a l es e a m o u n tg r o u p s k e yw o r d s ：m i da n dw e s t e r np a c i f i co c e a n , s e a m o u n t s , t e c t o n i cg e o m o r p h o l o g y ， f o r m a t i o nm e c h a n i s m i v 中山大学硕士学位论文 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 券拳嗲 日期：2 0 0 7 年1 1 月2 8 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。保密的学位论文在解密后使用本规定。 嫦糯辄眷耷哞 一名：峨 日期：2 0 0 7 年1 1 月2 8 日 中山大学硕士学位论文 1 1 研究意义 第一章前言 中、西太平洋海域通常是指地理范围o 。3 0 0 n 、1 4 5 。e 1 6 5 。w 及其周边区 域，图1 1 中的红框为本次研究的主要区域( 下简称研究区) ( 图1 1 ) 。 图1 - 1 太平洋海底地貌图( 红框为研究区范围) 中、西太平洋的洋壳主要形成于中生代，西部洋壳年龄超过了1 6 5m a l l , 2 】。 卫星星测高和测深反演资料显示该区内基底半径大于l k m 的海山数量在2 0 0 0 座以上，其中基底半径大于3 0 k m 的海山共有6 0 余座，占太平洋海盆中同等级 规模海山总数的四分之三以上1 3 , 4 1 。上述海山多数呈平顶或尖顶形态，按一定的 规律排列成海山链或集中成海山区，如皇帝一夏威夷海岭、莱恩海山链、中太平 洋海山区、马绍尔海山链、马尔库斯一威克海山区、麦哲伦海山链和吉尔伯特海 1 中、西太平洋海山构造地貌及其成因探讨 山链等。该区海山地貌特征和成因研究引起不少学者的重视1 5 1 2 1 ，主要原因或意 义有如下几个方面： ( 1 ) 了解太平洋板块的运动规律 一般认为，海山的形成是运动的洋壳经过地幔热点或地幔柱所至【2 j ，5 1 ，因而 从海山的分布特点和形成年龄变化，可以了解板块的大洋板块的运动方向和速 率，从而了解大洋中脊的扩展过程或洋壳的形成过程。事实上，早在6 0 一7 0 年 代，这一方面的研究己为板块体系的确立做出了重要贡献1 5 , 7 1 t 。此外，研究海山 的密度和分布，有可能了解到板块之下的地幔热点的空间分布和活动特征，为进 一步探讨地球内部能量流或物质流的演化规律提供重要信息。 ( 2 ) 认识大洋地壳的演化历史 现有研究表明，海山在水平漂移过程中，很有可能还发生过垂直方向上的升 降，部分海山因而露出海面成为岛屿，其后复又沉降，从而形成现今的平顶型海 山【9 l ；出露海面时间很短或没有出露的海山，保留原来的形态，成为今天的尖峰 型海山( 1 ) 。果若如此的话，研究太平洋海山的地貌特征和演化历史，可以从一个 侧面认识大洋地壳的演化历史。 ( 3 ) 经济意义 研究区内的海山是已知的洋底富钴结壳的重要成矿带5 ，1 0 】。富钴结壳分布区 域水深相对较浅，其钴、稀土、铂等金属元素含量丰富，具有重要的经济价值， 因此成为发达国家竞相争夺的对象【1 1 1 。富钴结壳主要生长和赋存于海山表面， 海山是其载体，海山复杂的地貌形态控制了结壳的分布，而海山的演化和发展历 史也影响到结壳的矿床特征。我国在1 9 9 7 年开始在研究区进行富钴结壳调查， 获取了大量的海山基岩和富钴结壳样品，以及测深、海底摄像等地质和地球物理 资料，正准备向联合国海底管理局申请结壳矿区。因此，研究该区海山的构造地 貌特征及其成因，是可为我国结壳矿区的圈定和申请提供地形地貌方面的参考依 据，同时为将来结壳资源的开采提供基础资料。 从上可见，本论文的选题不但具学术价值，对我国的国际地位和资源开发更 具重要战略价值和经济意义。 2 中山大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 研究区是当今各国富钴结壳资源调查中最为关注的地区之一，德国、俄国、 美国、日本等国早己在该区开展了富钴结壳资源及相关地质、地球物理和地形地 貌的系统调查。o d p 和d s d p 在此区域进行钻探孔，获得了一些的地质资料。 迄今为止，我国在该区进行了1 1 个航次的富钴结壳勘查，勘查海山2 5 座，着重 对海山地质构造和地球物理场、以及富钴结壳的分布和结壳资源量等进行较系统 的调查。然而，由于水深大，现有有关研究区海底地质地貌的各种认识，其依据 主要是地球物理资料及o d p 和d s d p 为数不多钻孔资料，因此均有进一步深入 研究和证实的必要。目前，国内外学者对海山的研究及其所获得的主要认识集中 于如下几个方茴1 1 ”5 】： ( 1 ) 海山构造地貌类型研究 研究区内的海山发育有平顶型( g u y o t ) 和尖峰型( p e a k ) 两类。以往的研 究较多集中于前者，对这类海山的地质构造、地貌特征及其成因等都作了较多的 探讨【1 6 - 1 7 1 ，而对后者即尖峰型海山的研究报道较少见，这可能是以往认为尖峰型 海山较少赋存富钴结壳的缘故【2 , 3 ，5 - 7 1 。 ( 2 ) 海山发育区区域地质构造研究 俄罗斯编制了该国调查区及其邻区内所有调查过的海山的地质图，据此研究 富钻结壳调查区海山的地质构造( 2 ) 。根据俄罗斯的调查资料和深海钻探资料， 梁德华( 2 0 0 5 ) 提出( 3 ) ，麦哲伦海山链是位于规模较大的转换断层上，其形成与 转换断层的活动密切相关；中太平洋海山区所处位置的构造复杂，推测区内海山 的形成主要受到板内近东西方向的大断裂带控制；北西向断裂则控制着马尔库斯 一威克海山区的火山活动，最终形成该区的海山；马绍尔海山链所在位置是一条 规模宏大的北西向破碎带( 转换断层) ，断裂顺时针扭动，岩浆沿断裂带喷发或 溢出，形成火山岛链；莱恩群岛海山链早期主要受n ：i v , 西向断裂活动控制，后期 可能经受近东西断裂构造的干扰。 ( 3 ) 海山形成机制及演化历史研究 对于海山的形成及演化过程，目前存在多种不同的认识武光海( 2 0 0 1 ) 根 3 中、西太平洋海山构造地貌及其成因探讨 据d s d p 和o d p 资科，提出研究区的海山群是起源于现今法属玻利尼西亚群岛 区，其后随着太平洋板块的扩张而逐渐漂移至今天的位置网；w i n t e r e r 和t a r d u n o ( 1 9 6 5 ) 认为，海山在水平漂移过程中，发生过垂直方向上的升降，一度成为露 出海面的群岛，其后又沉降，形成现今的海底平顶山群 2 , 3 , 5 1 。赵俐红等( 2 0 0 4 ) 从板块运动和几何学角度出发，采用h o ts p o t t i n g ( 热点) 海山追踪方法，对中 太平洋海山的漂移路线进行了追踪，发现该区海山的热点源主要位于现今法属玻 利尼西亚群岛区，因而提出中太平洋海山群是多热点成因的板内火山作用和板块 构造运动的共同产物，它们在1 3 0 9 0 m a 期间起源于法属玻利尼西亚热点群； 章家保( 2 0 0 5 ) 的研究则表明，海山在漂移和升降过程中，尚受到多期的热点活 动和断裂活动的改造作用，经过一个漫长的过程后才到达今天的位置，最后形成 了现今呈簇状分布的海山群川。 从上可见，虽然国内外学者对研究区海山已傲过不同程度的研究，但对于查 清研究区内的海山构造地貌及其对富钴结壳时空分布的控制作用，目前的研究还 是远远不够的，有必要进行更深层次和更具体的研究，为我国结壳矿区的圈定和 申请，以及将来的结壳资源开采提供科学依据。 1 3 研究内容 针对现有研究的薄弱点，结合研究区现有的调查资料和考虑到学位论文的时 间，本文就如下三方面的内容展开研究： ( 1 ) 海山地貌类型的憩 分 海山地貌的分类与分级，是研究海山构造地貌的重要基础。然而，目前尚无 统一的海由分类标准不同海区地貌单元的分级分类方案的不同，导致了地貌类 型的认识差异【1 8 l 。因此，海山地貌类型的划分依据、分类标准和分类方法等， 是本文研究的第一项内容，其结果不但是可作为海山地貌类型研究的基础，也有 助于揭示海山的形成机制和演化历史。 ( 2 ) 海山地貌发育规律 与大陆地貌一样，洋底地貌的发育同样是内、外营力长期相互作用的结果 p s i 。不同的发育过程，必然影响到海山自身的形态特征1 1 9 - 2 3 1 。反之，根据海山 4 中山大学硕士学位论文 的形态特征，可以探讨海山的形成和发育过程，以及在这一过程中各种影响或控 制因素。另一方面，海山的空间分布受板块的移动速度和方向、热点的分布、断 裂的活动特征以及海流作用等因素的综合影响。因而海山地貌的区域变化规律， 是本文研究的另一项重要内容。 ( 3 ) 海山与富钴结壳的分布研究 了解海山形态特征、空问分布规律、形成和演化历史等，目的是研究富钴结 壳的成因及分布。因此，海山地貌形态和空间分布规律、以及形成过程和演化历 史等对富钴结壳形成和分布规律的关系，是本文研究的第三方面内容。 1 4 资料处理和地图编制的方法 本文的主要研究资料均来源于我国历次大洋勘查，包括全覆盖的多波束水涿 数据、海山测年、地质取样、地震剖面和浅层剖面、海底摄像，部分海山年龄资 料来自于o d p 和d s d p 数据1 4 。1 0 ) 。 通过对海山的多波束水深数据作精细处理后，编制海山地形图、三维地形示 意图、坡度图，以这些图件为基础，结合地质取样和地球物理资料编制海山地貌 图。除三维地形示意图的编制软件为s u r f e r 外，其它3 种地图的编制软件均为 m a p g i s 。数据处理和图件编制的具体方法如下： ( 1 ) 多波束水深数据的后处理方法参照多波束海底地形探测技术规程， 主要使用多波束后处理系统m b s y s t e m ，并结合s u r f e r 、a u t o c a d 等辅 助软件，及部分自主开发的模块。 ( 2 ) 海山地形图的等深线间距为5 0 0 m ，按深度分层设色，由浅至深由浅蓝 至中蓝分层次设色，以显示海底地势的高低、坡度陡缓的变化。 ( 3 ) 海山坡度图是以各种颜色充填地形坡度分区，以示海底地形坡度的变 化。坡度色块图的划分间距及充填颜色为：= o 5 - ，浅黄色；0 5 斧， 黄色；2 铲，棕红色；5 1 5 2 ，浅绿色：1 5 2 5 ，绿色；2 5 3 0 ， 红色；- 3 俨，蓝色。色块图不标界线，叠加的等深线以相应海山的海 底地形图为基础，等深线之间不充填颜色，仅标出水深注记。 ( 4 ) 三维地形图示意图以一定的光照角度和视角来突出显示海山地势的高 5 中、西太平洋海山构造地貌及其成因探讨 低变化，模拟海山的地形高低。海山的最浅水深以红色表示，最大水 深以蓝色表示，中间水深以两种颜色的过渡色表示。 ( 5 ) 海山地貌图以图示的方式综合表现区域地貌结构、成因、发育演变特 征，不同的地貌类型用不同颜色表示，山顶地貌以黄色系列颜色充填， 山坡地貌以蓝色系列颜色充填。地貌图上叠加等深线和断层标记。 ( 6 ) 海山地貌单元面积计算方法是用m a p g i s 系统的计算功能，计算各地貌 单元在图上的投影面积，再计算此单元的斜坡面积，计算公式【3 2 l 为： s = s 1 c o s o 式中s 为斜坡面积，s 1 为投影面积，0 为地貌单元的平均坡度。 ( 7 ) 海山地形参数在l ：2 5 万、等深线间距5 0 m 的高精度海山地形图上直 接读取和计算，一些特殊数据点用数据处理系统m b s y s t e m 读取。 1 5 主要研究成果 通过研究，获得了如下主要成果或新认识。 ( 1 ) 控制研究区海山发育的地质构造，主要为太平洋板块内的大型断裂带 或两组断裂的交汇部位： ( 2 ) 海山链的形成是地幔热点和板块扩张联合作用所至；海山的形成时间 在距今6 5 1 5 0 m a 之间，总体上从东南向西北逐濒增大； ( 3 ) 研究区的海山可分为平顶型和尖峰型两类前者的特点是具有平坦的 山顶平台和陡峭的山坡，平台与海山的面积比大于1 0 ，海山水深 1 5 0 0 6 0 0 0 m ，海山平台上沉积较厚的第四纪有孔虫砂和钙质软泥， 富钴结壳被深埋且矿床厚度较大；后者( 尖峰型) 顶部发育小型平台， 平台与海山面积比小于1 0 ，或无平台而成尖顶状。山坡地形略为平 缓，海山水深1 2 0 0 5 5 0 0 m ，海山平台上的沉积物较薄，富钴结壳直 接裸露，或被浅层沉积物覆盖，矿床厚度较小； ( 4 ) 海山随太平洋板块的运动而漂移，漂移过程中不但受到多热点火山和 断裂活动的改造，还发生垂直方向上的运动，平顶型海山曾露出海面 经较长时期风化剥蚀其后沉没水下；尖峰型海山则未出露过、或出露 时间短暂，故未能形成大规模的山顶平台。 6 中山大学硕十学位论文 第二章区域地质背景 2 1 中一西太平洋的地层 o d p 和d s d p 资料，证实了海底扩张模型揭示的洋壳年龄变化规律，即自 洋中脊向外，岩石地层的时代逐渐变老 2 3 , 2 4 l 。研究区位于太平洋中脊的西侧， 最老的地层为下侏罗统，岩石地层的时代向东逐渐变新。东部的中太平洋广泛发 育的地层主要为第四系一上白垩统，而下白垩统一上侏罗统则发育于西太平洋地 区( 图2 - 1 ) 。 图2 - l 中、西太平洋地层分布示意图( 据文献【3 3 ，3 4 ，修改) 中太平洋地区的地层自上而下为： ( 1 ) 第四系：主要为陆源碎屑沉积和碳酸岩沉积，沉积层表面常分布有锰 矿结核，结核直径较大； ( 2 ) 新近系：以灰岩为主，次为碳酸盐一硅质沉积物，其中含多层锰的氧 化矿； ( 3 ) 古近系：主要为硅质沉积岩和灰岩，含锰矿结核，结核直径较大； ( 4 ) 上白垩统：多为硅质岩、碳酸岩，部分陆源沉积； 7 中、两太平洋海山构造地貌及其成冈探讨 在西太平洋地区，广泛发育的是早白垩世至晚侏罗世地层。上侏罗统主要由 拉斑玄武岩、球粒玄武岩和散布于拉斑玄武岩中的锰氧化物( 包括碎片、结壳、 锰膜) 等；区内下白垩统地层分布广泛，主要为陆源固结的沉积岩和礁灰岩、硅 质岩等；上白垩统出露少且不全，通常只见塞诺曼阶，主要为陆源沉积、碳酸岩 和火山碎屑岩等： 太平洋内j 3 k 1 地层局限在太平洋西部构造区，这是由于太平洋的演化具 有两个古老的扩张轴：一个位于中太平洋海盆，扩张作用发生于早白垩纪阿尔必 阶( 1 0 5 m a ) ，扩张轴走向北东；另一个位于南太平洋海盆，扩张作用发生于晚 侏罗启莫罩叽期( 1 5 0 m a ) ，扩张轴走向北西 2 4 彩1 。j 3 k i 层系沿北东向增厚， 这与晚侏罗一早白垩纪磁异常条带相吻合。 j 3 k l 地层通常是沿着子午线方向分布，其东面限制在早白垩世洋壳区，西 面止于深海沟和加罗林海盆始新世洋壳区。研究区内的大洋层一的厚度几乎都小 于o i k m ( d s d p l 6 6 、1 6 9 、1 7 0 、2 8 9 、3 0 3 孔) ，但向马尼希基海岭和沙茨基海 岭逐渐增厚至0 1 o 2 5 k i n ( d s d p1 6 7 、3 1 7 孔) ，莱恩海岭西麓为0 5 k m ( d s d p 2 8 8 孔) ；在南部所罗门群岛中的m a l a i t a 岛上，拉斑玄武岩呈夹层产于早白垩 世灰岩和陆源沉积物中。这一层系被作为大洋层二，厚度达1 5 k m 。在某些与火 山隆起有关的海域，该层以硅质火山沉积为主，而研究区西部则以碳酸盐一硅质 沉积为主，其区域分布受碳酸盐补偿深度( c c d ) 和火山物源两个因素和所控制。 c c d 的位置并非是固定的，深度从3 5 5 5 k m 不等1 2 6 。 深海钻探资料显示，在不同类型洋底的隆起区均有浅水成因的岩石出现，例 如夏威夷北部边缘有块状a l b i a n 灰岩( d s d p 4 6 5 孔) ：马尼希基海岭( d s d p3 1 7 孔) 见b a r r e m i a n - - a p t i a n 的火山沉积层和灰岩。此外，早白垩世是板内火山作 用的开始时期，各处的平顶山上均分布有礁获岩，而所有礁灰岩均属陆源成因的 火山一沉积作用和碳酸盐岩火山一沉积作用的产物。岩石的性质可表明深海沉积 物成岩的固结程度。马尔库斯内卡隆起( d s d p4 6 3 孔) 及其邻近海域分布有成 岩固结的岩石，而马绍尔群岛隆起则无此类型的沉积物。另外，局限在翁通爪 哇海台( d s d p2 8 9 孔) 的岩石包含着两套很相似的沉积相：浅海碳酸盐、火山 沉积物一深海钙一硅沉积物一深海碳酸盐岩，以及深海钙一硅质沉积物一深海碳 酸盐岩，这表明翁通爪畦海台远离活动火山区。 8 中山大学硕士学位论文 2 2 区域构造 根据沉积物中浮游生物群落重建古生态环境1 2 5 , 2 6 1 ，结合古地磁资料，包括海 洋m 磁异常条带的磁偏角【2 7 】研究结果，同时基于热点的分析 5 1 ，可追溯太平洋 板块的运动模式及太平洋板块最古老部分的古赤道和板块的构造历史1 5 - 9 1 。据现 有研究1 2 7 , 2 s l ，太平洋板块在中侏罗世是位于古纬度赤道以南的一个小板块，从晚 侏罗世启莫里支期开始到早白垩世，太平洋板块向南漂移到古纬度南纬2 2 。( 相 当现今南纬4 0 。) 的位置，且向南漂移的同时顺时针旋转了3 0 。；大约在阿普第 期( k 1 ) ，向南运动逐渐停止，且逐渐被向北漂移所取代。从o d p 8 0 0 孔沉积物 测得的古纬度磁极变化，证实在坎佩尼期( k 2 ) ( 7 5 m a 8 0 m a ) ，研究区所处 部位伴随太平洋从南向北漂移1 2 8 1 。 在晚始新世，可能由于印度板块和非洲阿拉伯板块对欧洲板块的碰撞，导 致太平洋板块相对于旋转轴和古赤道向南后退了8 0 1 2 6 , 2 8 1 。晚始新世至今，研究区 随太平洋板块继续向北西方向漂移。 2 3 区域火山活动 地球上9 0 的火山活动与板块会聚边界和离散边界有关，而太平洋的1 0 0 0 多座火山岛屿，却分布于远离板块汇聚或离散边界的板块内部，故其形成应与板 内的构造活动和岩浆作用密切相关。 太平洋内的海山常成群产出，且呈链状分布，形成海山链。海山链大体呈北 西向延伸。在太平洋赤道以北地区，从东往西分布有夏威夷岛链、莱思岛链、马 绍尔岛链等 关于海山链的成因，目前有各种不同的认识，诸如重力锚说嘲、构造控制 说鲫、扩张断裂带和转换断裂说 2 4 1 、热点和地幔柱说 2 9 1 等。热点和地幔柱说近 年来似乎获得较多学者的认同。 根据深海钻探资料，西太平洋主要火山活动期最早发生在中侏罗世卡洛期， 至今至少有过8 次主活动期。现将各期火山活动的发生年代、活动特征、火山岩 的类型及分布概况罗列如下( 表2 1 ) 9 中、西太平洋海山构造地貌及其成因探讨 中太平洋的火山活动，其发生年代较西太平洋的晚，即从早白垩世始，至第 三纪，主活动期至少有6 次，详见表2 - 2 。 表2 - 2 中太平洋火山活动简表( 据文献( 3 ) ，修改) 中、西太平洋火山活动的年代差异与前述区域地层的年代差异是致的。比 1 0 中山大学硕士学位论文 较表2 - 1 和2 2 ，可知中太平洋火山活动不但时代较晚，且岩性较单一，火山作 用以喷溢为主；西太平洋的活动时代较早，活动强烈，以喷发为主。 2 4 海山链的区域分布 图2 - 1 是西太平洋海底磁条带分布图，同时显示了海山的分布与大洋地磁条 带的空间关系( 图2 - i ) 海山成群产出或呈链状分布。海山密集区有中太平洋 海山区和马尔库斯一威克海山区，海山链主要麦哲伦海山链、马绍尔海山链和莱 恩海山链( 图2 2 ) 2 4 1 麦哲伦海山链 该海山链呈北西向链状分布，在海山两侧分布着一组磁异常条带( m 1 0 ：- m 3 6 ) 。o d p 8 0 0 孔位于海山东北侧m 3 3 号磁条带位置上，8 0 0 1 孔落在磁条带 东南皮嘉费他海盆中部侏罗纪磁静区。西南侧的磁条带中m 3 5 号与8 0 0 2 孔的位 置大致吻合。从磁条带展布特征看，麦哲伦海山链所在位置为一规模较大一条转 换断层带，火山活动显然与转换断层的活动密切相关，因而该海山链的形成明显 受该北西向的转换断层带的控制。 2 4 2 中太平洋海山区 中太平洋海山区长轴走向大体为东一西向，与太平洋其它海山链的总体走向 不协调。海山区所在的海域为侏罗纪的磁静区。从区域磁条带展布特征分析，中 太平洋海山区所处的构造位置十分复杂，推测区内的海山活动主要受到板内近东 西向的断裂带控制。 2 4 3 马尔库斯一威克海山区 该海山区的走向为北西方向，与马绍尔群岛的总体方向一致。海山所处的海 域为侏罗纪的磁静区，推断马尔库斯一威克岛区的构造是以板内北西向断裂活动 为主体，并控制火山活动形成海山。 1 1 中、西太平洋海山构造地貌及其成因探讨 图2 - 2 西太平洋海底磁条带分布图( 据文献【3 2 】，修改) 2 4 4 马绍尔海山链 马绍尔海山链东西两侧磁异常条带( m 1 l m 2 5 ) 相对应，岛链所在位置是 一条规模宏大的北西向转换断层带岩浆沿断裂带喷发或溢出形成火山岛链。 2 4 5 莱恩海山链 该区资料较少，但从区域构造格局分析，火山活动早期主要受到北西向断裂 活动控制，后期可能经受近东西断裂构造的干扰。 中山大学硕士学位论文 第三章海山的类型和组合特征 海山形成于海底火山作用，其后由于随着扳块的扩张以及地壳隆起和沉降， 经受了顶部的风化剥蚀和沉积、下部的水流冲刷和崩塌等等作用，形成今日之地 貌形态。 3 1 海山和海山区的分类 根据单个海山的形态特征，研究区内的海山可分为平顶型海山和尖峰型海山 两大类，两者的主要区别如表3 - 1 所示： ( 1 ) 平顶型海山的山体规模一般较大，其上发育有大规模的山顶平台，平 台与海山的面积比大于1 0 ；尖峰型海山的山体相对较小，山顶平台规模较小 或不发育，平台与海山的面积比小于1 0 。 ( 2 ) 尖峰型海山的顶部水深较浅，平顶型海山的山麓水深较大。 ( 3 ) 据现有研究1 6 , 切，平项型海山在发展历史上，曾经露出海面遭受较长 时期风化剥蚀，形成大规模的山顶平台，后沉没水下，因而在火山岩平台基底上 发育礁灰岩，其上有板状的富钴结壳，结壳埋深约6 0 1 5 0 m ；而尖峰型海山一 般未出露海面或出露时间甚短，故未能形成大规模的平台，山顶沉积物不发育或 甚薄，富钴结壳直接裸露。 从海山的分布或空间组合上看，除少数孤立海山外，海山多成群产出。本文 将2 个以上距离相近的海山组合称为“海山区”。其下由分为“平顶型海山区”和“尖 峰型海山区”平顶型海山区包含一个或以上的平顶型海山，尖峰型海山区可包 含多个尖峰型海山或平顶型海山，但以尖峰型海山为主。 同一海山区内的海山，由于地质构造条件和发育演化历史相近，其地貌特征 往往有一定的规律性可循。因此，根据海山的组合特征、山体规模和形态、山顶 平台面积、山顶沉积物的发育程度、结壳的分布状况等，我们有可能重建海山的 发展历史，追溯海山发育演化过程中的控制或影响因素等。 士，麒汁书洋蒋罄j壹海嚣及辫静醒藉t寸 涔u-1魏辫籀冈勾j盏士电嚣4等帛砖蝣 繁 簿 芷 书氨瞳箫 冈 冷旅瞳蘑 冈 砖爝 啦* 谋讲 怔瓣专汁瞳书澍蒂篮弼 强鬻渐耐汁皑卡玲书玲卡苗炼海手呻。 吣专，j、噎蔚龉弼萄骘沛耐，j、随 书吩蚺冷潮书玲卡苗簿溉汁川。 书澍幔新谌讲辫迎藩怔。 冷荣唑箭谌讲簿冲漪澈 e 穿潜档l 吣潍蒂醋_过u80瓦。器冷酷海6000km2 嵴簿帮爿融薄_u8lcm2 书澍噎赫潜灌辫汁 书玲尉港 汁盼阱h8瓦虹叫。姗汁爿醋：过400瓦 书澍皑新书玲潜瓣汁 书晗客臣 疑移 品 汁吨p o 鬟 吣潍，j、呻po美 卡澍瞧蔚_10美冷嚣嚏誓已po鬟 娩汁 游才( 籍 408：5500旨 u700000r口 书澍睦蔚旃才(籍爝汁 书吟= 边鞯* 籀 h802400|m _000nu00i口 洽露隆誓氨害*籀站藩 澍筒措藩 斟掣培寄沸耐。船酒降pob阱斟 爿沛耐潞沛斟瓣湖斟孑l妊粤 书簿皑籀澍简潜潜辫诅 耋占融串封 裤拼溘籀磐_uonl，*噼雨娑蒜辩雌 嫁萍裤斟耐=|妾溢黜。龉斌融嚣_i昙斟孑l舟尊 洽嚣皑翁疑箭浩蹲露潦潞炼辑 渐湔离拇 嗥幺至氍臣斯尉敞辫术毒活霉妄磐簿。 研筒簿才( 叫 *龄雎勰*觑潞黝匪蔚刮耳雷商蹲 牿嚣噎鞲前盎辫辩 蟹 龠峨 跚礴毒箭辫孓，譬o。，d，自，k) 姐漪珊辩海哥鞲冈0叁吾4) 畸了冲书：洋蔚冈av。路时箫簿，宣v瓣囱鞯膀毫2mu)，cp汁书稚蒂冈百()瀚鼬籀蘸沛斟洽嚣瞳簖 叶l 山大学硕士学位论文 3 2 不同类型海山的空间分布 我国己在研究区的2 5 个海山上进行了富钴结壳矿产资源勘查，对每个勘查 海山都以英语字母作了暂时命名，如m a 海山；每个海山内包含的小型海山，以 主体海山名字后加数字表示，如m a 海山包含两个海山，则分别命名为m a - 1 和m a 一2 海山。本文选取其中调查程度较高、资料丰富的1 3 个海山作为研究对 象，这1 3 个海山分别位于麦哲伦海山链( m a 、m c 、m d 、m e 、m k ) 、马尔 库斯一威克海山区(