夏威夷-皇帝海山链运动学过程研究

The Hawaiian-Emperor seamount chain is located in the middle of North Pacific Ocean extending from northwest to southeast, including two segments, the older Emperor which trends N10oW and the Hawaiian trending N110oE. Recently, the research focus for the Hawaiian-Emperor seamount chain is the origin of the seamount chain and the cause of the bend, which is the key of investigation on the upwelling in the mantle, movement of lithosphere, and material energy exchange between different layers. Paleomagnetism is the best method for the kinematic studies on the seamount chain. Previous studies have investigated the origin of the seamount chain with paleomagnetic method. However, limited by the precision of the instruments, it is difficult to calculate the movement velocity of hotspot precisely. To solve this problem, this project will sample targeted, and take systematical paleomagnetic investigations using new magnetic instrument with high precision. Based on the paleomagnetic data, calculate the paleolatitude, and further obtain the precise shift velocity of hotspot, which is significant for the discussion of pacific plate, and Hawaiian hotspot movement. This project will provide reliable data support for the kinematic mechanism of Hawaiian-Emperor seamount chain.

夏威夷-皇帝海山链是位于北太平洋中部的一条自西北至东南延伸的海底火山链。研究其成因机制和运动学过程是研究西太地区软流圈、岩石圈相互作用以及跨圈层物质能量交换的关键科学问题，对于解释东亚大陆动力学演化过程亦具有重要意义。古地磁学是研究大陆漂移和板块运动的有效手段之一，对夏威夷-皇帝海山链开展精细的古地磁研究，有助于解析该海山链的运动学过程。以往古地磁研究指出海山链形成是热点南向移动和太平洋板块西向运动共同作用的结果，但是受样品采集和仪器测量精度的限制，热点与太平板块的运动特征并不清晰。本项目拟对夏威夷-皇帝海山链开展针对性的系统采样，利用高精度仪器获得高质量的古地磁数据，重建各海山的古纬度，计算热点移动速度，进而识别热点与太平板块在海山链形成过程中的相互作用过程，重建夏威夷-皇帝海山链81-47Ma间的运动学过程。希望通过本项目的实施，可以为夏威夷-皇帝火山链的形成机制提供可靠的数据支撑。

夏威夷-皇帝海山链是位于北太平洋中部的一条自西北至东南延伸的海底火山链。研究其成因机制和运动学过程是研究西太地区软流圈、岩石圈相互作用以及跨圈层物质能量交换的关键科学问题，对于解释东亚大陆动力学演化过程亦具有重要意义。古地磁学是研究大陆漂移和板块运动的有效手段之一，对夏威夷-皇帝海山链开展精细的古地磁研究，有助于解析该海山链的运动学过程。为此，我们向IODP样品库申请古地磁定向样品200块，开展了系统的古地磁测试分析。通过综合地球化学、地球动力学结果分析，得到以下结论：（1）皇帝海山链上各海山的古纬度从老到新逐渐降低，并在 47.5 Ma 达到现今夏威夷热点的纬度位置，说明 热点在 80-47.5Ma存在南向移动。根据古纬度变化，计算得到热点在此期间的平均移动速度为65.23 mm/yr，而在56-49 Ma期间，热点移动速度加大，这可能是夏威夷地幔柱尾在该期间快速归位的结果。（2）在热点运动的条件下，对80-47 Ma期间的太平洋板块运动进行重建。发现55-47 Ma期间，太平洋板块的运动方向由NNW327o转到NWW293o，发生了34o转向，低于夏威夷-皇帝海山链在47 Ma处的转折角度，说明该转折是太平洋板块运动转向和夏威夷热点运动共同作用的结果;（3）综合热点、太平洋板块的运动特征和前人对各海山的地球化学分析，构建了夏威夷-皇帝海山链的三阶段形成模型，即1）脊柱相互作用阶段（Meji-Detroit 海山）；2）热点-太平洋板块共同运动阶段（Suiko海山-H-E bend）; 3) 太平洋在固定热点上运动阶段（夏威夷岛链）。同时，提出47-55Ma期间太平洋板块和深部地幔柱并不是完全独立的，而是存在共演化特征，太平洋板块的西向俯冲对深部地幔流改变和上部的板块运动发挥着重要作用。这些成果可以为西太平洋海底地形演化及太平洋板块古地理重建提供数据支撑，为俯冲起始过程中太平洋板块的运动特征提供一定的证据。受本项目资助，共发表5篇论文，其中国际SCI论文4篇，国内核心1篇。相应成果发表于Reviews of Geophysics、Earth-Science Reviews、Global and Planetary Change和海洋地质与第四纪地质上。