慢速扩张大洋中脊的非转换断层不连续带演化研究

Non-transform discontinuities (NTDs) are representative structural units that are widely distributed at mid-ocean ridges, where the seafloor spreading takes place, with both temporal and spatial variations in the magma amount. It is innovative work to study the evolution of the NTDs at slow-spreading ridges, which is closely linked to cyclic magmatic accretion and tectonic extension at the ridge axis. Due to the lack of data, previous studies on the NTDs have been limited to the ridge axis. However, it is necessary to analyze off-axis structural in both ridge flanks to completely capture and understand NTD evolution. Taking advantage of a unique opportunity of international collaboration, we propose an in-depth study of NTD evolution using comprehensive ship borne geophysical data. The study area is located between 24-27 N, extending to 26-29 Ma in both flanks of the Mid-Atlantic Ridge. We expect to produce a time-series geological and geophysical record of the NTDs, and build a new conceptual model on the dynamic driving mechanism of ridge propagations. The proposed research will not only produce fundamental new insights into the evolution of the oceanic lithosphere, which covers two-thirds of the earth's surface, but also broaden the deep-sea research field in our country.

全球海底扩张的一个重要特点是大洋中脊岩浆量随时间与空间变化，而非转换断层不连续带是体现岩浆量变化最重要的结构单元。研究 非转换断层不连续带的演化过程，是探索慢速扩张大洋中脊上岩浆和构造活动的周期变化及两者内在联系的创新性工作。受数据所限，以往针对慢速扩张大洋中脊非转换断层不连续带的研究大多集中于洋中脊附近，但仅依靠洋中脊附近的资料，不能全面记录非转换断层不连续带的发展演变。本项目基于独特的国际合作机会，提出对北大西洋24 -27 N，自洋中脊向两侧延伸至 26～29 Ma范围内的非转换断层不连续带进行研究，再现非转换断层不连续带的演化过程，建立关于洋脊跃迁的动力机制的新概念模型。研究区拥有高精度的船载测量地球物理数据，为详细研究非转换断层不连续带的时间演化提供了坚实的数据保证。本研究对于认识覆盖全球2/3面积的海洋岩石圈的演化有重要启示作用，对开拓我国国际海底基础研究新领域也具有积极意义。

慢速扩张大洋岩石圈的增生通常是间歇性且高度不对称的。我们综合详细的高分辨率多波束地形、重力异常、侧扫声纳图像，以及磁异常数据对24°-27°10’N 范围内的地壳厚度分布和地形特征进行研究。在沿洋中脊走向和垂直于洋中脊走向两个方向，地壳厚度和地形特征都存在明显的变化。沿洋中脊走向，内角和外角处的吊桥厚度和地形特征存在明显不同：内角处地壳厚度较薄，水深较浅，而外角则分布有正常厚度地壳，水深较大。垂直于洋中脊走向，地壳厚度的变化存在长短两种时间尺度，长尺度的变化在10 个百万年的量级，在此基础上叠加2‐3 个百万年的短时间尺度变化。这种时间变化很可能是由洋中脊处地幔的阵发性对流或地幔非均质性造成的洋中脊下岩浆供应量的变化所造成的。我们的观测数据反映，地壳厚度和扩张速率并未存在明显的相关性。因此，在低岩浆供应期，构造扩张会相应增强，以保障全速扩张的发生。这种构造扩展通常集中在洋中脊一侧长期存在的断层上，造成地壳厚度和地形特征在洋中脊两侧的强烈不对称性。地壳厚度偏薄的一侧通常表现为抬升的不规则地块，火山特征很少，伴随长期存在的大断层，而地壳厚度偏厚的一侧地形则较为规则，断层尺度小，火山特征多见。