西南印度洋中脊热液区地壳结构的纵横波联合反演

The discoveries of thick crust, a detachment fault and a magma chamber are the highlight initial results of a 3D ocean bottom seismometer experiment in 2010 at the magma poor ultra-slow spreading Southwest Indian Ridge located at 50°E. But several critical scientific questions remain about how thick crust forms at a magma-poor ridge, what the composition of the crust is, how magma is transferred along the axis, and what the structure of the magma chamber beneath the hydrothermal vents is. Our proposed study is based on the high quality S wave data collected in 2010 and the finished P wave model. We will use S wave tomography and a joint P/S wave inversion method to determine the composition and fine structure of the crust. The analyses will be used to address the questions about 1) the relationship between the Moho discontinuity and a serpentinization front, 2) the possible magma transfer mode along the axis, and 3) the relationship between magma chamber and hydrothermal vents.

2010年的3D海底地震探测发现普遍缺少岩浆供给的超慢速扩张西南印度洋中脊在50°E隆起区存在厚地壳、拆离断层和岩浆房等构造。但对厚地壳的主要成因、地壳岩性特征、岩浆沿洋中脊轴运移模式、热液活动下方岩浆房的精细构造等问题还有待于进一步探讨，这些问题对于完善板块构造理论和超慢速扩张洋中脊构造成矿等有重大意义。本研究拟基于2010年采集的高质量横波地震记录并结合前期纵波结果，使用横波层析成像技术和纵横波联合反演方法，得到研究区地壳岩性特征及精细结构，对1）莫霍面与地幔蛇纹石化前缘的关系；2）沿洋中脊轴岩浆运移模式；3）热液活动与岩浆房的关系等科学问题进行解答。

超慢速扩张的西南印度洋中脊50度E热液活动区是我国的硫化物矿区，使用主动源地震层析成像等方法对热液活动区进行研究，可以获得热液活动区的深部速度构造，厘清地壳中主要间断面和大断层的空间展布，尤其是结合纵波和横波速度结构，可以获得泊松比等岩石性质特征，进而推演洋中脊地壳的形成过程，有助于认识热液活动过程和热液硫化物成矿过程，对认识地球科学和估算矿藏潜力等都有重要意义。本研究基于前期纵波速度结构，开展纵横波联合层析成像研究，获得了热液活动区拆离断层的纵横波速度结构，进一步验证了拆离断层中热液活动形成中的重要作用；同时也开展了离轴地壳结构和深部微地震定位研究，获得了新的岩浆运移模式和热液活动区下方软流圈的形态；基于接收函数和波形反演的方法，获得了克洛泽热点和西南印度洋中脊在150 km 深处可能存在相互作用的证据。这些认识有助于我们进一步认识超慢速扩张洋中脊形成演化过程、热液活动和成矿效应以及热点和洋中脊相互作用模式等地球科学前沿问题。