紀(jì)　飛，高金耀，張　濤，楊春國，丁維鳳

(1. 國家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012; 2. 國家海洋局 海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

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東經(jīng)九十度海嶺有效彈性厚度計(jì)算及其對構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的解釋

紀(jì)飛1,2，高金耀1,2，張濤1,2，楊春國1,2，丁維鳳1,2

(1. 國家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012; 2. 國家海洋局 海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

摘要:有效彈性厚度(Te)表示巖石圈抵抗變形的能力，其大小主要取決于巖石圈內(nèi)部的溫度結(jié)構(gòu)和地殼物質(zhì)組成。作為全球最長的海嶺之一，東經(jīng)九十度海嶺(NER)來源與形成過程一直是國內(nèi)外科學(xué)家研究的熱點(diǎn)，然而受到該地區(qū)復(fù)雜構(gòu)造活動(dòng)的影響，研究者對海嶺的形成過程仍缺乏清晰認(rèn)識(shí)。本文從Te的角度出發(fā)，通過空間褶積方法計(jì)算了沿著NER不同位置處Te的空間分布特征。計(jì)算結(jié)果表明，整個(gè)海嶺的Te主要在0～35 km之間變化，表現(xiàn)為北(8°N～1°N)高(平均值為20 km)、中(1°N～15°S)低(平均值在5 km以下)、南(15°S～30°S)高(平均值為30 km)，變化趨勢與凱爾蓋朗熱點(diǎn)的3期巖漿活動(dòng)相對應(yīng)。Te的變化反映了NER形成過程中東南印度洋脊與熱點(diǎn)的相對位置的調(diào)整，說明NER是凱爾蓋朗熱點(diǎn)、印度洋板塊擴(kuò)張與東南印度洋洋中脊遷移三者共同作用的結(jié)果。最后，結(jié)合Te的結(jié)果與ROYER板塊重構(gòu)的結(jié)果，本文提出了NER形成過程的模式。

關(guān)鍵詞:褶積算法；有效彈性厚度；東經(jīng)九十度海嶺；構(gòu)造演化

0引言

板內(nèi)海嶺是認(rèn)識(shí)地球各種過程的重要窗口，其研究意義不言而喻[1]。東經(jīng)九十度海嶺(NER)是源自凱爾蓋朗熱點(diǎn)的一條巨大的熱點(diǎn)痕跡，形成于晚白堊紀(jì)至古近紀(jì)。其空間展布形態(tài)、物質(zhì)組成和地球物理特征對研究印度洋擴(kuò)張歷史具有重要的指導(dǎo)作用。

自20世紀(jì)以來，眾多國外學(xué)者用多種地球物理方法對NER以及東西兩側(cè)的沃頓、東印度洋盆的洋殼結(jié)構(gòu)、年齡以及形成過程進(jìn)行了深入研究[2-4]。古地磁數(shù)據(jù)顯示，整個(gè)海嶺作為海山鏈，起源于40°S～50°S之間[2]，從而證明了該海嶺是在晚白堊紀(jì)時(shí)期隨印度板塊快速向北漂移過程中，由凱爾蓋朗熱點(diǎn)拖帶出的產(chǎn)物。新發(fā)布的Ar40/Ar39測年數(shù)據(jù)表明NER的形成年齡自北向南從距今84 Ma到37 Ma遞減，間接地支持了海嶺源自熱點(diǎn)的結(jié)論[5]。然而磁條帶對比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沃頓洋盆的形成年齡并非同海嶺鏈一樣呈現(xiàn)單調(diào)遞減的規(guī)律，而是從北向南呈現(xiàn)先變小、再變大、最后再次變小的趨勢。LIU et al[6]認(rèn)為此現(xiàn)象為古洋脊存在的證據(jù)，并證明古洋脊滅亡于中漸新世。ODP Leg120航次的分析結(jié)果表明，現(xiàn)今位置的東南印度洋脊(與消亡的古洋脊對應(yīng))導(dǎo)致南極-澳大利亞板塊的分離，分離時(shí)間段與古洋脊消亡時(shí)期幾乎重合，從而說明了東南印度洋脊在歷史過程中發(fā)生過“跳躍”。ROYER et al[3]對ODP Leg121航次期間取得的中印度盆地的磁力數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，計(jì)算出洋脊的遷移距離大約為11個(gè)緯度。

因?yàn)樵贜ER形成過程中，東南印度洋脊發(fā)生過遷移，以及海嶺附近的磁條帶難以識(shí)別等原因，導(dǎo)致對NER的形成過程尚未形成一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。本文采用空間域計(jì)算有效彈性厚度(Te)的方法，通過薄彈性板撓曲差分方程空間域的解，與任意點(diǎn)負(fù)載進(jìn)行褶積計(jì)算，得到了區(qū)域負(fù)載響應(yīng)下的撓曲莫霍面；通過將其與重力反演莫霍面對比，獲取了沿NER的Te空間分布；最后從巖石圈撓曲剛度的角度出發(fā)，討論了海嶺發(fā)育過程中，洋脊相對熱點(diǎn)地理位置的變化及該變化對海嶺發(fā)育的影響，這對認(rèn)識(shí)NER的形成過程具有重要意義。

1地質(zhì)背景與研究現(xiàn)狀

位于東印度洋的NER，為1條南北向長約5 500 km、東西向?qū)?00～200 km的水下火山型洋脊。其最南端自30°S一直向北延伸，最后淹沒在巨厚的孟加拉沖積扇之下。海嶺平均水深2 500 m，比兩側(cè)洋盆高出2 km左右。NER最南部與Broken Ridge相連，ODP鉆孔254和1141獲取的玄武巖測年數(shù)據(jù)分別為距今37 Ma和95 Ma，表明海嶺南部的形成時(shí)期晚于Broken Ridge。根據(jù)地貌可將海嶺從北向南分為3段差異明顯的部分：(1)5°S以北呈現(xiàn)較寬而不連續(xù)的火山塊；(2)5°S一直到Osborne Knoll表現(xiàn)為狹長、連續(xù)、線性展布的海嶺；(3)Osborne Knoll以南部分又重新變寬，線性程度降低。海嶺東西兩側(cè)分別為廣袤而平坦的沃頓洋盆和東印度洋盆，平均水深約5 000 m。從水深地形圖(圖1)中可以很清楚地看到，在沃頓洋盆中存在若干條與海嶺展布大致平行的轉(zhuǎn)換斷層。NER以南為東南印度洋脊，其與海嶺最近位置距離約為900 km。GREVEMEYER et al[7]對該地區(qū)廣角反射地震的調(diào)查結(jié)果表明，NER東西兩側(cè)為正常的洋殼厚度，約為6.5～7.0 km。而在海嶺正下方的地殼受到海嶺負(fù)載以及底侵的影響，最厚可達(dá)24 km。

板塊重構(gòu)結(jié)合磁條帶對比的結(jié)果揭示了從澳大利亞板塊、南極洲板塊和印度洋板塊分裂，到印度洋形成的發(fā)展過程[4]：自晚白堊紀(jì)以來，南極洲板塊與澳大利亞板塊緩慢裂解，一直持續(xù)到距今46 Ma。在此期間，在凱爾蓋朗熱點(diǎn)以及印度洋板塊向北漂移的共同作用下，NER北部以及中部形成(對應(yīng)上文地貌分段)。之后3 Ma內(nèi)(距今46～43 Ma)，凱爾蓋朗海臺(tái)南部Labuan 盆地與澳洲板塊西南側(cè)的Diamantina Zone、北凱爾蓋朗海臺(tái)與Broken Ridge先后相繼分開。在距今43～37 Ma期間，伴隨著熱點(diǎn)的一期巖漿活動(dòng)，塑造了NER的南部。東南印度洋脊繼續(xù)擴(kuò)張，在距今37 Ma將海嶺與熱點(diǎn)隔開，NER的生長過程到此結(jié)束。

圖1　NER及周邊水深圖Fig.1　Bathymetry of Ninetyeast Ridge and its around area黑色點(diǎn)為ODP和DSDP鉆孔位置以及對應(yīng)的年齡The black dots represent the location of ODP and DSDP andcorresponding age of seamount data

2數(shù)據(jù)來源

本文在計(jì)算過程中使用了水深、洋殼年齡、重力以及沉積物厚度等數(shù)據(jù)。其中水深數(shù)據(jù)為NOAA于2008年8月發(fā)布的ETOPO1全球水深/地形模型，包括全球地形高程以及冰下地形(主要針對南極、格陵蘭島等存在冰雪覆蓋區(qū)域)。該網(wǎng)格數(shù)據(jù)由不同區(qū)域數(shù)據(jù)拼合而成，包括水深測量、多波束聲吶以及衛(wèi)星雷達(dá)測高等網(wǎng)格數(shù)據(jù)[8]，網(wǎng)格為1′×1′。水深結(jié)果如圖1所示。地殼年齡數(shù)據(jù)源自Müller發(fā)布的海洋洋殼年齡數(shù)據(jù)模型(見圖1中白色線)。

空間重力異常數(shù)據(jù)采用SANDWELL在2014年發(fā)布的最新的第23版本數(shù)據(jù)，網(wǎng)格為1′×1′，空間重力異常分布見圖2。整個(gè)區(qū)域的空間重力異常幅值變化不大，主要分布在-100～80 mGal范圍內(nèi)。其中，負(fù)空間異常主要集中在巽他海溝、東印度洋洋盆以及沃頓洋盆轉(zhuǎn)化斷層位置，正異常分布在印度洋中脊和NER之上。異常分布趨勢與地形存在明顯的相關(guān)性。沿著NER的異常值主要在30～50 mGal范圍內(nèi)變化，左右兩側(cè)伴生負(fù)異常，主要由巖石圈厚薄變化引起。

圖2　研究區(qū)空間重力異常Fig.2　Free-air gravity anomaly of study area

沉積物厚度采用最新的全球海洋及邊緣海沉積模型2.0版,網(wǎng)格為5′×5′。該數(shù)據(jù)體主要有以下3個(gè)來源：已發(fā)布的等厚圖，ODP、DSDP鉆孔資料和NGDC以及IOC的反射地震剖面和地震數(shù)據(jù)，最終由NGDC拼接而成，結(jié)果如圖3所示。研究區(qū)內(nèi)的洋盆地區(qū)沉積物厚度很小，平均在200 m以下。NER與Broken Ridge附近的沉積物厚度較厚，基本維持在600～1 000 m之間。沉積物最厚的區(qū)域集中在研究區(qū)域北側(cè)的孟加拉灣，厚度可達(dá)8 000 m以上。

圖3　研究區(qū)沉積物厚度Fig.3　Thickness of sediment in study area

3計(jì)算方法與結(jié)果

3.1撓曲模型

本文采用了空間域計(jì)算Te的方法，與譜方法[9-10]比，具有以下優(yōu)勢：克服了導(dǎo)納法本身算法帶來的不穩(wěn)定性，可以計(jì)算任意不規(guī)則形狀負(fù)載產(chǎn)生的撓曲，得到的Te分布圖具有較高的空間分辨率[11]。

計(jì)算撓曲模型的方法由HERTZ[12]首次提出，見公式(1)。其可以計(jì)算任意形狀的負(fù)載在均一薄彈性板上產(chǎn)生的撓曲。

DΔ·Δω+(ρm-ρinfill)gω=P

(1)

其中:Δ表示拉普拉斯系數(shù)，D為巖石圈剛性強(qiáng)度，ω為負(fù)載產(chǎn)生的撓曲，ρm和ρinfill分別表示地幔密度和填充撓曲位置處物質(zhì)的密度(這里取地殼密度)，g為重力加速度。HERTZ推導(dǎo)出方程解的表達(dá)式如公式(2)所示：

(2)

HERTZ對公式(2)進(jìn)行了修改，用貝塞爾函數(shù)序列沿著計(jì)算點(diǎn)進(jìn)行展開，然后以r的冪數(shù)形式表示為距離r的函數(shù)，如公式(3)所示：

(3)

(4)

WIENECKE將log函數(shù)和sine函數(shù)解與差分方程頻率域解在同頻率域內(nèi)進(jìn)行了比對，提出了可以精確計(jì)算巖石圈撓曲的響應(yīng)函數(shù)，見公式(5)：

(5)

為了更加方便、快捷地計(jì)算負(fù)載產(chǎn)生的撓曲，本文將海水和沉積物轉(zhuǎn)換成了地殼，得到了均一地殼密度下的“假地形”[14]。并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了熱沉降改正[15]，消除了巖石圈內(nèi)部熱不均一性的影響。熱改正之后的地形用于負(fù)載地形的計(jì)算。整個(gè)計(jì)算過程中，使用的參數(shù)如表1所示。

表1　模型參數(shù)

本文分別對Te=1 km至50 km共50個(gè)不同的Te值下的撓曲響應(yīng)函數(shù)與負(fù)載進(jìn)行褶積計(jì)算，獲得一系列撓曲莫霍面(圖4)。從圖4中可以看出，隨著Te的不斷增大，撓曲莫霍面幅值區(qū)間逐漸減小，撓曲莫霍面逐漸變得平滑。

圖4　有效彈性厚度Te分別取1、10、30和50 km時(shí)計(jì)算得到的撓曲莫霍面深度Fig.4　The depth of flexural Moho when Te is 1、10、30 and 50 km

3.2NER的Te分布

圖5　有效彈性厚度計(jì)算流程圖(改編自文獻(xiàn)[9])Fig.5　Flow chart illustrating the different steps of effectiveelastic thickness calculation procedures (modified from Reference[9])

空間域計(jì)算Te的步驟(圖5)可以分為以下3個(gè)階段[13]：首先，將重力反演得到的莫霍面進(jìn)行一定范圍的網(wǎng)格劃分，得到離散的“反演微網(wǎng)格”(本文中微網(wǎng)格寬度為96 km)；其次，將褶積計(jì)算得到的50個(gè)不同的撓曲莫霍面按照同等大小網(wǎng)格進(jìn)行劃分，得到“撓曲微網(wǎng)格”；再將“反演微網(wǎng)格”作為參考面，用“反演微網(wǎng)格”與對應(yīng)位置處的所有“撓曲微網(wǎng)格”進(jìn)行比對選取最合適(最小平方差)的微網(wǎng)格，并記錄下其對應(yīng)的Te值；最后將整個(gè)平面的Te進(jìn)行拼接，即可得到空間分布圖。

本文采用重力反演的方法計(jì)算了研究區(qū)域的莫霍面深度。計(jì)算方法主要利用PARKER算法[16]分別計(jì)算了水層、沉積物和殼幔邊界(這里選取研究區(qū)域的平均地殼厚度)等3個(gè)密度分界面產(chǎn)生的重力效應(yīng)，然后從空間重力異常中減去上述重力效應(yīng)，得到了地幔布格重力異常。再從中去除熱重力效應(yīng)之后，得到反映莫霍面起伏形態(tài)的剩余地幔布格重力異常。最后本文采用向下延拓的算法[17]，結(jié)合平均地殼厚度以及水深地形，計(jì)算了莫霍面的幾何形態(tài)(圖6)。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，本方法反演得到的莫霍面深度與反射、折射地震得到的莫霍面深度[6]基本一致。

最后經(jīng)過網(wǎng)格化的殘差(撓曲莫霍面與反演莫霍面之差)對比，計(jì)算得到了NRE區(qū)域Te分布如圖7所示。從圖中可以看出，NRE的Te在海嶺北部(1°N以北)偏高，平均為20 km；中部(1°N～15°S)較低，平均值在5 km以下；南部(15°S以南)再次升高，平均為30 km，最高可達(dá)35 km。整體表現(xiàn)出高-低-高的趨勢。

圖6　重力反演莫霍面深度Fig.6　Variation of depth to the Moho inversed fromgravity anomaly

圖7　沿NER有效彈性厚度分布(a)以及分布下?lián)锨裘媾c反演莫霍面之差(b)Fig.7　Distribution of Te along NER (a) and the difference offlexural Moho and Moho derived from gravity anomaly(b)虛線表示根據(jù)變化進(jìn)行的分段The dot lines represent the different parts according to the variations

3.3巖漿通融量估算

本文根據(jù)地殼厚度變化計(jì)算了NER形成過程中巖漿通融量的變化，該方法較為簡捷、直觀，所以得到了廣泛的應(yīng)用[18-19]。在計(jì)算過程中，以O(shè)DP以及DSDP鉆孔的年齡數(shù)據(jù)為依據(jù)，對每隔10 Ma的地殼厚度變化進(jìn)行一次積分運(yùn)算，并去除了平均地殼厚度的影響，計(jì)算結(jié)果見圖8。如圖所示，從NER形成至距今70 Ma，凱爾蓋朗熱點(diǎn)的噴發(fā)速率較大；隨后的20 Ma內(nèi)噴發(fā)速率降低；在距今50～39 Ma期間，又逐漸上升，并超過了海嶺起始階段的噴發(fā)速率。其變化趨勢反映了在NER形成過程中，凱爾蓋朗熱點(diǎn)主要通過3期巖漿活動(dòng)對海嶺進(jìn)行了物質(zhì)供給。

圖8　凱爾蓋朗熱點(diǎn)活動(dòng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化Fig.8　Variations of magma influx from Kergulenhotspot with time虛線與圖7中虛線位置對應(yīng)The dot lines are consistent with the corresponding in fig. 7

4討論

4.1計(jì)算方法的模型假設(shè)以及Te計(jì)算結(jié)果的誤差分析

計(jì)算Te基于的物理模型認(rèn)為，地表負(fù)載與真實(shí)的Te分布褶積計(jì)算產(chǎn)生的地殼底界與莫霍面假定具有基本一致的形態(tài)。然而在實(shí)際計(jì)算中，由于NER兩側(cè)平坦的洋盆尚不足以產(chǎn)生具有一定起伏的結(jié)晶地殼底界面(如圖4)，所以與反演莫霍面對比過程中，造成計(jì)算結(jié)果可靠性低。因此作者認(rèn)為，具有相當(dāng)?shù)匦纹鸱?guī)模的海嶺為我們提供了一扇窺探地殼內(nèi)部屬性的窗口，從而可以較為準(zhǔn)確地得到海嶺負(fù)載下洋殼的Te值，而洋盆或者其他地形起伏較小的構(gòu)造單元?jiǎng)t很難做到這一點(diǎn)。本文沿著18°S自西向東分別切割了反演莫霍面以及Te=1,30和50 km時(shí)的撓曲莫霍面(圖9)。由圖可見，只有在海嶺正下方的位置處(灰色陰影區(qū)域)，反演莫霍面可以與不同Te下的撓曲莫霍面很好地區(qū)分開來。所以作者認(rèn)為盡管計(jì)算結(jié)果可以獲取空間Te的分布特征，但是計(jì)算結(jié)果的可靠性只有在負(fù)載位置(海山和島嶼)處具有可信度，而在地形變化平坦區(qū)域(洋盆和深海平原)計(jì)算結(jié)果可靠性較低。

圖9　不同Te對應(yīng)的撓曲莫霍面沿垂直洋脊走向垂向剖面(沿18°S方向)Fig.9　The vertical section of flexural Moho profile basedon different Te along 18°S

4.2Te的地質(zhì)意義解釋

Te表示介質(zhì)的剛性強(qiáng)度，與物質(zhì)組成和溫度結(jié)構(gòu)有關(guān)。相對于巖石圈，Te主要由其溫度結(jié)構(gòu)或地殼年齡決定。在海洋巖石圈，一般認(rèn)為Te在450±150 ℃范圍內(nèi)。一般地，當(dāng)負(fù)載生成壓在一定剛性強(qiáng)度的洋殼(圖10中虛線)之上，巖石圈發(fā)生彎曲變形(圖10中實(shí)線)，隨著時(shí)間推移巖石圈逐漸變冷，其本身剛性強(qiáng)度/Te也逐漸增強(qiáng)，所以巖石圈會(huì)一直以同樣的“姿態(tài)”支撐著上部負(fù)載達(dá)幾個(gè)甚至幾十個(gè)百萬年[20]。由于本文計(jì)算Te時(shí)基于的模型與負(fù)載時(shí)刻的巖石圈撓曲形態(tài)一致，計(jì)算Te表示負(fù)載時(shí)刻的巖石圈剛性強(qiáng)度，巖石圈實(shí)際Te表示目前時(shí)刻巖石圈的剛性強(qiáng)度。本文舉例說明了二者的區(qū)別，見圖10，計(jì)算獲得的Te為距今20 Ma時(shí)刻，即洋殼生成50 Ma后巖石圈的剛性強(qiáng)度，而實(shí)際巖石圈的Te對應(yīng)于距今70 Ma時(shí)刻洋殼的溫度結(jié)構(gòu)。

圖10　巖石圈計(jì)算Te與實(shí)際Te差異示例圖Fig.10　The sketch map shows the difference between thecalculated Te and real Te of lithosphere

正如前面提到的Te取決于巖石圈的溫度結(jié)構(gòu)，因此任何破壞溫度場的因素都會(huì)改變計(jì)算Te值的大小，如巖漿活動(dòng)等?；诖?，Te具有如下指示作用：(1)判斷海山的來源(板內(nèi)或洋中脊)；(2)指示海山形成時(shí)負(fù)載之下巖石圈年齡的新老程度以及后期熱活動(dòng)對其的影響。

4.3NER的形成原因

SCLATER和FISHER[21]依據(jù)板塊重構(gòu)以及中印度、沃頓洋盆的磁條帶對比結(jié)果認(rèn)為NER很可能負(fù)載在一條巨大轉(zhuǎn)換斷層之上。圖11為STEON等[22]整理并發(fā)布的全球磁條帶拾取結(jié)果。由于受到海嶺的影響，導(dǎo)致無法追蹤NER負(fù)載下的地殼年齡，出現(xiàn)空白區(qū)域。根據(jù)NER左右兩側(cè)的地殼年齡與位置關(guān)系，可以斷定海嶺處在一條巨大的轉(zhuǎn)換斷層之上。以磁條帶等值線20為例，可見等值線在海嶺鏈兩側(cè)分別位于5°S以北和15°S以南，差別達(dá)10個(gè)緯度。若NER負(fù)載在轉(zhuǎn)換斷層之上，便可以很好地解釋來自凱爾蓋朗熱點(diǎn)的物質(zhì)會(huì)沿著現(xiàn)今海嶺位置噴出的原因。

4.4Te對海嶺形成過程的指示

WATTS[23]對天皇-夏威夷海嶺鏈(HES)的研究證明海洋巖石圈Te與海嶺負(fù)載時(shí)的洋殼年齡存在直接關(guān)系,因此本文用Te判斷NER負(fù)載下伏洋殼產(chǎn)生位置與洋中脊的相對位置。若洋脊下的Te值較低，則認(rèn)為下伏洋殼產(chǎn)生在洋脊附近，反之則認(rèn)為產(chǎn)生位置距離洋脊較遠(yuǎn)。

COFFIN et al[5]計(jì)算了自距今130 Ma以來，凱爾蓋朗熱點(diǎn)的巖漿通融率，結(jié)果顯示凱爾蓋朗海臺(tái)形成期間的熱點(diǎn)活動(dòng)相比于NER要高出幾乎十倍，所以在距今84～37 Ma期間，熱點(diǎn)活動(dòng)比較微弱，本身并不會(huì)對負(fù)載之下的洋殼產(chǎn)生巨大的“烘烤”效應(yīng)，從而改變負(fù)載時(shí)洋殼的剛性強(qiáng)度。因此作者認(rèn)為本文中計(jì)算獲得的Te可以指示負(fù)載時(shí)的巖石圈溫度結(jié)構(gòu)或剛性強(qiáng)度。

圖11　磁條帶拾取的洋殼年齡Fig.11　Crust age derived from marine magnetic identifications圖中黑色實(shí)線為轉(zhuǎn)換斷層，磁異常等值線標(biāo)識(shí)引自ROYER和SANDWELL[22]的研究結(jié)果The solid line represents the location of fracture zone. The value ofchrons is after from result of ROYER and SANDWELL[22]

從計(jì)算的結(jié)果來看，NER的Te變化趨勢從北向南主要分3段，表現(xiàn)為“高-低-高”的特征，從時(shí)間上對應(yīng)形成NER的3期巖漿活動(dòng)。Te值的變化特征表明洋中脊相對熱點(diǎn)的位置發(fā)生了變化(假設(shè)熱點(diǎn)位置不變)。本文依據(jù)Te計(jì)算結(jié)果，并以ROYER和SANDWELL[24]對晚白堊紀(jì)以來東印度洋板塊重構(gòu)的結(jié)果作為基礎(chǔ),提出了NER生成模式，見圖12。

從圖12中可以看出，在海嶺開始形成的約4 Ma(距今84～80 Ma)內(nèi)，洋脊處于熱點(diǎn)的南面，距離熱點(diǎn)的位置較遠(yuǎn)，第1期巖漿活動(dòng)形成NER的北部負(fù)載在較老的洋殼之上。在距今80 Ma左右，洋脊發(fā)生跳躍，移至凱爾蓋朗熱點(diǎn)附近，并在接下來的時(shí)間內(nèi)，熱點(diǎn)的第2期巖漿活動(dòng)開始并持續(xù)到距今50 Ma左右，因此NER中部負(fù)載于新的洋殼之上(在NER中部形成過程中，板塊重構(gòu)的結(jié)果顯示洋脊逐漸向北漂移)。隨著洋脊逐漸向北漂移的過程中，熱點(diǎn)的第3期活動(dòng)開始加劇，噴出的物質(zhì)堆積在熱點(diǎn)周圍的老洋殼之上，形成NER的南部。在距今37 Ma時(shí)，洋脊再次跳躍至熱點(diǎn)附近，此時(shí)古洋脊消亡[3],熱點(diǎn)附近“休眠”的東南印度洋洋脊開始活動(dòng)，并將NER南部與Broken Ridge分割開，至此完成海嶺整體發(fā)育過程。

圖12　NER自距今84 Ma以來構(gòu)造演化示意圖Fig.12　Schematic diagram of tectonic evolution of NER since 84 Ma實(shí)線為當(dāng)前時(shí)間段洋脊位置，短虛線為轉(zhuǎn)換斷層，長虛線為東南印度洋脊非活動(dòng)期位置，不規(guī)則黑色塊表示巖漿物質(zhì)The solid line displays the current position of ocean ridge, the short dot lines give the location of transform faults, the long dot line representsthe location of Southeast Indian Ridge before activity, the black block is the magma erupted from Kerguelen hotspot

5小結(jié)

空間域計(jì)算有效彈性厚度的方法對于估算海嶺負(fù)載下洋殼的剛性強(qiáng)度具有很好地可靠性。沿NER的Te計(jì)算結(jié)果顯示：從北向南，Te展現(xiàn)出“高-低-高”的變化趨勢，基本對應(yīng)3期次凱爾蓋朗熱點(diǎn)活動(dòng)。Te的變化反應(yīng)了NER形成過程中，洋脊相對凱爾蓋朗熱點(diǎn)發(fā)生過2次“跳躍”，二者之間距離先由大減小，后又增大。

NER是熱點(diǎn)、板塊擴(kuò)張與洋脊遷移共同作用的產(chǎn)物。凱爾蓋朗熱點(diǎn)提供了海嶺形成的物質(zhì)來源，印度洋板塊擴(kuò)張完成了海嶺空間展布，東南印度洋脊控制了巖漿物質(zhì)噴出的位置，影響到海嶺的空間連續(xù)性和幾何形態(tài)。

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Effective elastic thickness of Ninetyeast Ridge and its implication for tectonic evolution

JI Fei1,2, GAO Jin-yao1,2, ZHANG Tao1,2, YANG Chun-guo1,2，DING Wei-feng1,2

(1.TheSecondInstituteofOceanography,SOA,Hangzhou, 310012,China; 2.KeyLaboratoryofSubmarineGeosciences,SOA,Hangzhou, 310012,China)

Abstract:The effective elastic thickness(Te) which depends on the deep lithospheric temperature structure and crustal compositions, represents the lithospheric ability to resist deformation. The Ninetyeast Ridge(NER), one of the longest seamount in the world, has been studied by many researchers over its original and process. However, the complicated tectonic activities cause that it is too difficult to uncover the evolution of the NER. Here we investigated the NER in terms of Te with convolution method and obtained its spatial variations of Te. The results show that values vary from 0 to 35 km. Te is characterized as high value (averaging 20 km) in the north section (8°N～1°N), low value (averaging less than 5 km) in the middle part (1°N～15°S) and high value (averaging 30 km) in the south section (15°S～30°S), which are associated with three stages of volcanic activities of Kerguelen hotspot. In addition, the variations of values reflect the adjustment of relative position between Southeast Indian Ridge and hot spot during the evolution of NER and further prove that the NER is influenced and controlled by the Kerguelen hotspot, Indian plate’s drift and Southeast Indian Ridge’s jump. Finally, by combining with the evidence of ROYER’s plate reconstruction, a model was proposed to show the evolution of Ninetyeast Ridge.

Key words:convolution method; effective elastic thickness; Ninetyeast Ridge; tectonic evolution

Doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.01.002

中圖分類號(hào):P313

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1001-909X(2016)01-0008-10

作者簡介:紀(jì)飛(1988-)，男，河北石家莊市人，主要從事海洋地球物理與巖石圈動(dòng)力學(xué)研究。E-mail:feijichn@yahoo.com

基金項(xiàng)目:南北極環(huán)境綜合考察與評估專項(xiàng)項(xiàng)目資助(CHINARE2015-01-03,CHINARE2015-04-01,CHINARE2015-03-03,CHINARE2015-03-04)

收稿日期:2015-05-04修回日期:2015-06-16

紀(jì)飛，高金耀，張濤，等.東經(jīng)九十度海嶺有效彈性厚度計(jì)算及其對構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的解釋[J].海洋學(xué)研究,2016,34(1):8-17,doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.01.002.

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