北冰洋Mohns洋中脊的非对称扩张机制研究

The interactions between mantle upwelling, melt extraction, lithosphere rheology and corresponding faulting effect are key factors in the process of asymmetric crustal accretion. Due to the limitations of the observing conditions, the relationship between these factors and its effect on the asymmetric spreading are still lack quantitative understanding. Mohns ridge has a special morphology and its crustal thickness and spreading rate experience highly asymmetric spreading. It present a unique environment to study the asymmetric spreading. Aiming to investigate the mechanism of asymmetric spreading of Mohns ridge, we will calculate the mantle upwelling velocity, temperature, melt migration and rheology of the lithosphere under the constraints of the observation and quantitatively analyze the relationship between those factors. Simulate the mantle velocity and temperature field with real ridge morphology; Calculate the path of the melt migration and extraction with mantle temperature field and the mid-ocean ridge morphology; Analyze the effect of temperature field and melting on the rheology of the lithosphere and the rheology react to mantle flow field and melt extraction path; Quantitatively investigate the role of these relationship in the asymmetric spreading. Our study will improve the magmatic-tectonic interaction model in the asymmetric spreading process and provide basic theory to the exploration of sulfide deposits.

地幔上涌、熔融抽提、岩石圈流变性及相应断层活动等因素由深到浅相互作用，共同导致了非对称的地壳增生。由于观测条件的限制，目前对这些因素之间的相互关系以及其在非对称扩张中的具体作用还缺乏定量认识。Mohns洋中脊具有特殊的几何形态和强烈的非对称性,是研究非对称扩张机制的极佳区域。本课题拟在实测资料的约束下，模拟地幔速度场、温度场、熔融运移抽提路径和岩石圈流变性，定量分析它们之间的相互关系，揭示Mohns洋中脊非对称扩张的机制。主要研究内容为：模拟特殊洋中脊几何形状下的地幔速度和温度场；计算洋中脊几何形状和地幔温度共同控制下的熔融运移和抽提路径；分析温度场和熔融分布对岩石圈流变性的影响以及流变性对地幔流场和熔融抽提的反作用；定量研究各影响因素相互关系及其对非对称扩张的作用。研究成果对完善非对称地壳增生过程中的岩浆-构造相互作用模式具有重要意义，并将为我国热液硫化物矿床的勘探提供基础理论参考。

慢速-超慢速扩张的Mohns洋中脊具有特殊的几何形态以及强烈的非对称地形，是研究非对称扩张机制的天然实验室。利用公开资料和我国北极科学考察采集的实测资料，项目组完成了剩余水深、剩余地幔布格重力异常、地壳厚度、非均衡地形的计算以及磁条带的追踪；分析了50 Ma以来Mohns洋中脊两侧共轭区域的地球物理场、地壳结构与扩张速率的对称性，揭示了Mohns洋中脊区域存在的两类非对称地壳结构。.在类型I的非对称（35-15 Ma期间最为强烈）中，Mohns洋中脊西侧的高剩余地形对应更负的剩余地幔布格重力异常（RMBA），表明隆升的地形至少部分地被厚地壳或者热地幔所补偿；在类型II的非对称中（6-0 Ma），西侧高的地形对应更正的RMBA，其隆起的地形可能为岩石圈内的应力所支撑。由南向北逐步增加的RMBA、由南向北延伸的地幔低速异常区以及类型I的非对称地壳与其南部强岩浆活动的空间联系，使得我们提出类型I的非对称地壳是受到了由南向北逐步减小的高温地幔的影响。此高温地幔可能为源于Jan Mayen地幔柱或者残留的古冰岛地幔柱头。类型II的非对称地壳结构是构造作用集中发育在洋中脊西侧的结果。洋中脊西侧位于大型正断层的下盘区域，构造拉伸导致其地形隆升和地壳减薄。类型II的非对称地壳结构在Mohns洋中脊北部和Knipovich洋中脊交界处更加明显。我们认为超级斜向扩张（约49°）的Knipovich洋中脊容纳了相当一部分的走滑分量，起到了类似转换断层的作用。Mohns洋中脊的西侧位于这一特殊几何结构的“内角”，更容易受到构造作用而隆升。Mohns洋中脊东侧的板块被“固定”于更老的岩石圈板块，其隆升受限于“3/4板块”挠曲作用。.根据研究内容和成果，我们形成文章3篇，其中已录用SCI论文1篇，投稿SCI论文2篇（审稿中），同时完成专著1部，硕士学位论文1篇，参加国内外会议3次。