埃默里冰架地质考察执行计划.doc

中国第24次南极考察科考项目申报科研项目：南极埃默里冰架格罗夫山综合地质调查与研究考察中文名称：埃默里冰架东缘和西福尔丘陵地质考察考察英文名称：Geological investigation of eastern Amery Ice Shelf and Vestfold Hills1考察背景东南极大陆的泛非构造热事件及其在冈瓦纳超大陆拼合过程中的作用和意义是国际地学研究的一个热点，吸引了包括我国学者在内的众多地质学家。泛非事件在南极沿岸不同地区的发现使先前建立的环东南极格林威尔活动带解体，因而改变了许多过去传统上的认识。特别是由中外地质学家新近建立的普里兹造山带，因其发育在从前假设的统一东冈瓦纳陆块的内部，加之自身出露的局限性和研究程度的薄弱，所以还存在者一系列的问题。这些问题包括：(1)造山带的性质碰撞造山带还是板内造山带？(2)造山带的结构与延展方向；(3)造山带内格林威尔事件的性质；(4)造山带在1000-550Ma期间发生了什么？(5)冈瓦纳超大陆的拼合过程；(6)罗迪尼亚超大陆的形状。由此可见，东南极普里兹泛非造山带的研究不仅对冈瓦纳超大陆的重建具有重要的科学意义，对中元古罗迪尼亚超大陆的形成和演化也将提供重要的制约。该造山带将成为全球新元古代早古生代构造演化研究的重要场所之一。普里兹泛非造山带未被冰雪覆盖的裸露基岩是从普里兹湾经埃默里冰架东缘延伸到格罗夫山(附图1)。当前对造山带的研究相当的不均衡。普里兹湾地区，特别是拉斯曼丘陵及其以东的研究最早，也最详细，中外地质学家已做了大量的工作，在国际上发表了大量的论文。实际上，泛非事件的识别和普里兹造山带的确立都是基于这一地区的研究。格罗夫山南部是我国地质学家首次在19981999年考察的，并在19992000、2005-2006年又继续做了工作，初步成果已经发表，进一步的深入工作正在进行之中。由于受考察条件和后勤保障的影响，连接普里兹湾和格罗夫山的埃默里冰架东缘一直是国内外考察和研究的薄弱地区，我们在以前的多次考察中也未敢贸然涉足这一地区的主要露头。实际上，普里兹湾、埃默里冰架东缘和格罗夫山三个地区在物质组成、变形特征和年代学结构上均存在着明显的差异。特别是埃默里冰架东缘，其在大地构造部位上属于泛非兹造山带的西缘，越过埃默里冰架即是北查尔斯王子山格林威尔(1000 Ma)地体，其南部又与南查尔斯王子山太古宙变质杂岩相望，构造位置相当重要(附图1)。国际上对该区的工作也非常薄弱，绝大多数露头(特别是南部)都未经考察。而且，除我们在北部麦卡斯克尔丘陵的少许研究外，其它地点的年代学资料非常缺乏，致使有些研究者怀疑其主体和南部地区可能属于北查尔斯王子山格林威尔地体的延伸，而非泛非造山带的一部分。所以，在埃默里冰架东缘开展详细的调查和研究对查明泛非造山带的完整结构、延展方向和演化历史等方面具有重要意义，这项研究将深化对整个泛非造山带性质的认识以及冈瓦纳超大陆重建的理解。同时，由于这一地区的绝大多数露头都未经考察，在调查和研究工作中不排除会有某些新的发现。附图1 普里兹湾查尔斯王子山地质简图及埃默里冰架的位置2考察内容(1)埃默里冰架东缘的岩石组成：详细调查埃默里冰架东缘的主要岩石类型，包括正片麻岩(花岗质片麻岩)类型、镁铁质麻粒岩类型、变质沉积岩类型和岩浆岩类型。查明这些岩石类型与普里兹湾和格罗夫山地区的相似性与差别，为普里兹造山带的结构和物质组成的确定提供重要信息。(2)埃默里冰架东缘的变形特征与变形演化序列：详细调查埃默里冰架东缘的构造变形特征，特别是早期挤压变形和晚期伸展变形这两次重要构造变形事件在该区的反应及其地质意义和转换关系，确定主期变形作用的时代。同时，查明中新生代兰伯特地堑形成是在埃默里冰架东缘留下的痕迹及其构造意义，进而建立整个普里兹造山带的构造变形演化序列。(3)埃默里冰架东缘的变质作用：重点查明埃默里冰架东缘是否也象普里兹湾地区一样存在多期变质作用？现存的矿物组合中有没有形成于格林威尔期的？泛非期变质的温压条件到底有多高？不同地点的变质峰值和演化轨迹有何差别，其指示的地质意义是什么？在此特别强调对与造山演化具有重要指示意义岩石，如石榴二辉麻粒岩、超高温变质岩等的寻找。(4)埃默里冰架东缘的岩浆作用：重点研究埃默里冰架东缘不同时代岩浆岩的侵位时代、构造环境、源区性质以及与同后造山时期岩石圈拆沉的联系，其中包括中元古代大规模基性酸性岩浆事件的性质与构造环境，该区果真存在格林威尔期紫苏花岗岩吗？在格罗夫山地区出现新元古代大规模岩浆作用是否影响到了这一地区？泛非期岩浆作用是否产生了紫苏花岗岩或A型花岗岩？(5)埃默里冰架东缘的构造属性：根据上述考察和研究，结合重要岩石类型的同位素定年，确定埃默里冰架东缘的大地构造属性，即这一地区到底属于北查尔斯王子山格林威尔地体向东的延伸部分，还是归于普里兹泛非造山带西缘？如果属于普里兹带的一部分，其对普里兹带的构造性质和演化过程的确定提供了什么样的重要信息？3方法和手段在南极从事地质工作与国内一般地质调查存在很大差别，其一是考察困难，部分露头(特别是较小者)直升机无法降落；其二地质露头小且分散，最大的连续露头也不过几公里，它们彼此之间往往不好连接；其三大部分地区没有地形图，要靠卫星遥感图像工作。基于此，我们采用总的工作原则是以较大的地质露头为考察重点，包括福斯特冰原岛峰(Foster Nunatak)，拉夫冰原岛峰(Luff Nunatak)，元旦冰原岛峰(New Year Nunatak)，吉洛克岛(Gillock Island)，赖因博尔特丘陵(Reinbolt Hills)，林顿史密斯冰原岛峰群(Linton-Smith Nunataks)和詹宁斯岬(Jennings Promontory)，对这些丘陵或冰原岛峰进行详细的野外路线地质调查和大比例尺填图，而对其它的小露头只进行直升飞机停留取样，以达到对整个埃默里冰架东缘地质格架进行控制的目的。野外工作的重点是岩石类型鉴别和构造运动指向的确定，以便于各个分散露头的地质连接。地质样品取回后，需做各种分析测试，包括显微镜下鉴定，构造岩组分析，岩石地球化学分析，矿物电子探针分析以及同位素年代学测定等，最终建立埃默里冰架东缘乃至整个普里兹造山带的构造演化过程。4工作计划工作方案(一)前提条件：韩国或无直升飞机留在中山站（一）埃默里冰架东缘地区考察时间：雪龙船第一次停留中山站期间主要考察方式为“蛙跳”式作业，即由直升飞机送考察队员至考察地点后返回中山站，每一考察地点考察工作结束后(一般23天不等)，再由直升飞机送到另一考察地点，直至考察工作结束。考察地区主要包括3个露岩区，时间为8天，直升飞机4个航次，8个起落点，约需8个机时。具体飞行航次与考察时间如下：第一航次：目的地詹宁斯岬(Jennings Promontory)，距中山站175km，停留3天。第二航次：目的地赖因博尔特丘陵(Reinbolt Hills)，距中山站195km，停留3天。在转移基地时在林顿史密斯冰原岛峰群(Linton-Smith Nunataks)停留10分钟取样。第三航次：目的地福斯特冰原岛峰(Foster Nunatak)，距中山站260km，停留2天。在转移基地时在吉洛克岛(Gillock Island)停留10分钟取样。第四航次：从福斯特冰原岛峰返回中山站，途经拉夫冰原岛峰(Luff Nunatak)，和元旦冰原岛峰(New Year Nunatak)分别停留10分钟取样。 （二）西福尔丘陵和赖于尔群岛地区租用澳大利亚直升飞机在西福尔丘陵和赖于尔群岛地区开展野外考察，野外工作13天，需直升飞机6个架次(距离较近)。此项工作在雪龙船离开中山站之后进行。如果无法使用澳大利亚直升飞机，此项工作将在雪龙船返回中山站之后进行，使用国内直9直升机来完成考察任务。注：如执行第一方案，刘晓春随雪龙船去长城站，由阿根廷返回北京。西福尔丘陵和赖于尔群岛地区的考察工作由刘健和崔建军二人完成。方案一附图：20072008年埃默里冰架地质考察与工作部署图虚线表示直升飞机飞行路线，公里数为考察地点距中山站的直线距离。工作方案(二)前提条件：国内直升飞机留在中山站（一）埃默里冰架东缘地区考察时间：雪龙船离开中山站以后现场工作计划分2个工作区域，主要考察方式仍为“蛙跳”式作业，即由直升飞机送考察队员至考察地点后返回中山站，每一考察地点考察工作结束后(一般24天不等)，再由直升飞机送到另一考察地点，直至工作区域考察结束。具体考察路线如附图，共需22天，10个航次，约20个起落点，约需20个机时。具体飞行航次与考察时间可参考如下： (1)曼宁冰原岛峰群(Manning Nunataks)工作区域(8天) 第一航次：目的地皮克林冰原岛峰(Pickering Nunatak)，距中山站300km，停留2天。如果直升机不能到达，可考虑取消这一航次。 第二航次：目的地福斯特冰原岛峰(Foster Nunatak)，距中山站260km，停留2天。在转移基地时可以在黑格冰原岛峰(Haigh Nunatak)和南部的2个无名冰原岛峰分别停留10分钟取样。 第三航次：目的地拉夫冰原岛峰(Luff Nunatak)，距中山站260km，停留2天。 第四航次：目的地元旦冰原岛峰(New Year Nunatak)，距中山站260km，停留2天。第五航次：从元旦冰原岛峰返回中山站，途经特斯特冰原岛峰(Tester Nunatak)和米切尔冰原岛峰(Mitchell Nunatak)等5个冰原岛峰分别停留10分钟取样。 (2)赖因博尔特丘陵(Reinbolt Hills)詹宁斯岬(Jennings Promontory)工作区域(15天)第六航次：目的地吉洛克岛(Gillock Island)，距中山站210km，停留4天。第七航次：目的地赖因博尔特丘陵(Reinbolt Hills)，距中山站195km，停留4天。第八航次：目的地林顿史密斯冰原岛峰群(Linton-Smith Nunataks)，距中山站180km，停留2天。在转移基地时在约翰逊冰原岛峰(Johnson Nunatak) 停留10分钟取样。第九航次：目的地詹宁斯岬(Jennings Promontory)，距中山站175km，停留4天。第十航次：从詹宁斯岬返回中山站，途经布兰斯泰特群岩(Branstetter Rocks)停留10分钟取样。方案一附图：20072008年埃默里冰架地质考察与工作部署图虚线表示直升飞机飞行路线，公里数为考察地点距中山站的直线距离。（二）西福尔丘陵核赖于尔群岛地区使用国内直升飞机在西福尔丘陵和赖于尔群岛地区开展野外考察，野外工作13天，需直升飞机6个架次。此项工作在埃默里冰架东缘地区工作结束后进行。5作业要求对埃默里冰架东缘现场考察的困难是该地距中山站距离较远，大致在150300Km。考虑到野外工作的安全性，考察组至少需要3人，以便相互救援。由于地质考察组在第21次南极考察中已考察了距中山站30150km的大量基岩露头，野外宿营20余天，积累了野外工作的成功经验。考察使用的主要交通工具是直升飞机，运送考察队员和有关物资、食品到作业点，所以要保证直升飞机的航次和燃油供应。此外，自己携带1台铱星通讯电话，以便随时与中山站联络，确定直升机接送地点和时间。野外工作用帐篷、服装和部分食品等自备，气象保障和部分食品等由中山站负责。6交通方式主要交通工具是直升飞机，若执行第一方案，需要在雪龙船第一次停靠中山站期间来完成。考察队员将在野外连续作业8天，由直升飞机负责食品运输和转移工作区域，需要4个航次。若执行第二方案，现场分曼宁冰原岛峰群和赖因博尔特丘陵詹宁斯岬2个工作区域。由直升飞机送考察队员至考察地点后返回中山站，每一考察地点考察工作结束后(一般24天不等)，再由直升飞机送到另一考察地点，直至一个工作区域考察结束。修整数天后，再以相同的方式考察第二个工作区域。7作业设备手持卫星(铱星)电话1部，手持全球定位系统(GPS)2部，双人帐篷2顶，海绵垫2个，睡袋3个，80升背包3个，携带南极野外服装、装备，锤子、罗盘、放大镜、掌上电脑等3套。8现场执行人刘晓春 中国地质科学院地质力学研究所刘 健 中国地质科学院地质力学研究所崔建军 中国地质科学院地质力学研究所1.2 对预定考察区域（海域）的环境生态简述，包括自然地理及动、植物分布情况（1000字内）：埃默里冰架东缘(Eastern Amery Ice Shelf)位于北查尔斯王子山和拉斯曼丘陵之间。本次考察地域主要是埃默里冰架东缘南部的一些内陆基岩露头，包括詹宁斯岬(Jennings Promontory)、赖因博尔特丘陵(Reinbold Hills)和曼宁冰原岛峰群(Manning Nunataks)，地理坐标介于70007130S和70007400E之间。这些丘陵或冰原岛峰距普里兹湾海边大致100250km，基本上沿埃默里冰架东缘呈北北东南南西方向呈岛链状分布。根据有关资料和我们在第21次南极考察中对其北部约50km的麦卡斯克尔丘陵的实地考察结果得知，该