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构造地质过程对冲绳海槽热液活动及成矿作用 的控制研究综述

2020-01-29 11:13680尚鲁宁海洋通报
 在对冲绳海槽及邻区构造地质学和热液地质学调查研究成果进行全面总结的基础上，将深部地球动力学机制、冲绳海 槽形成演化、岩浆作用过程、热液系统结构、流体循环模式和成矿作用特征等多方面的问题，纳入到统一的框架下，探讨了冲 绳海槽构造地质过程对热液活动和成矿作用的控制机理。分析认为，区域中尺度地幔流引起了东亚大陆边缘岩石圈向东的蠕 散，并驱动了菲律宾海板块沿琉球海沟向欧亚板块之下的俯冲。在弧后小尺度地幔对流、岩石圈减薄、板片反卷和俯冲后退的 共同作用下，冲绳海槽发生弧后张裂。张裂作用在岩石圈内形成了网状破裂系统，为岛弧和弧后岩浆上涌提供了通道，并且引 起了不同来源岩浆的干扰和混合。侵位到地壳浅部的岩浆为热液活动提供了热源和主要成矿物质来源，是影响热液活动分布的 主要因素。沉积层覆盖改变了流体的浅部循环结构和原始流体成分。热液区内普遍存在的流体相分离过程，导致了广域成矿作 用的发生。作为典型的初生弧后盆地，冲绳海槽内的海底 热液活动及其成矿作用与洋中脊热液区和成熟弧后 盆地存在显著的区别，构造地质过程的不同是造成 这些区别的主要原因。在冲绳海槽，地幔对流、板 块相互作用、弧后张裂、岩浆作用、热液活动和成 矿作用之间存在从宏观到微观的逐级控制关系。区 域中尺度地幔流引起了东亚大陆边缘向东的蠕散作 用，并且驱动了菲律宾海板块沿琉球俯冲带向欧亚 板块之下的俯冲。在板块俯冲激起了弧后小尺度上 地幔对流、岩石圈蠕散、俯冲板片反卷和俯冲后退 的共同作用下，冲绳海槽发生弧后张裂，软流圈上 涌，岩石圈减薄。张裂作用形成的岩石圈网状破裂 系统，为岛弧和弧后盆地两种不同类型岩浆的上涌 提供了通道，并且可能引起了二者的干扰和混合， 导致海槽岩浆岩普遍具有亲岛弧性。岩浆作用为热 液活动和成矿提供了热源和主要物质来源，是影响 热液活动分布的首要因素。断层是热液流体循环的 主要通道，断裂作用与岩浆作用的配置关系决定了 热液活动的强度和规模。沉积层的存在使得弧后盆 地流体运移过程更加复杂：高孔渗性地层为流体运 移提供了良好通道，也为流体的聚集提供了储集空 间;低孔渗性地层阻碍了流体的运移，形成良好的 盖层。地层和断裂的空间配置关系导致了流体的横向运移和垂向成层分布。流体相分离作用产生的富 蒸汽相流体和富金属离子流体在化学成分和物理化 学性质方面存在显著差异，导致其在海底之下运移 过程的不同，引起了成矿作用过程和产物的差异， 进而促进了广域成矿作用的发生，形成多种类型的 热液堆积物。 对冲绳海槽热液活动和成矿作用的构造地质学 约束进行深入研究，为海槽内海底资源的勘探和开 发提供了依据。现今冲绳海槽中-东部的中央地堑 和琉球火山前锋地区，构造活动强烈，岩浆作用活 跃，孕育了多处热液活动区，富集了热液多金属硫 化物资源。而海槽西侧岩浆活动相对平静，堆积了 厚层沉积物，热流值较低，为天然气水合物的稳定 赋存提供了有利条件。因此，目前针对冲绳海槽 “东热液、西冷泉”、“东硫化物、西水合物”的勘 探和研究思路是科学而合理的。冲绳海槽处于形成 演化初期阶段，尚未形成统一的扩张中心，岛弧和 弧后岩浆作用具有不连续性，海底热液活动多集中 于海底火山附近，表现为“多点组成的热液活动 带”。单一热液多金属硫化物矿体规模较小，且热 液区地形崎岖，覆盖了厚层沉积物，采用传统的海 底采矿模式和设备进行开发，势必造成巨大的经济 效益、安全、生态风险。海槽内覆盖了厚层陆源碎 屑和火山沉积物，流体在沉积层内的循环在整个流 体循环过程中占据重要地位甚至是主导地位，产生 了独特的硫化物赋存状态和化学成分，并且形成了 体量巨大的流体储库。这为冲绳海槽热液硫化物资 源开发模式提供了新的启示：如果能够通过钻探等 方式，改变地下高温流体循环，制造人工喷口，并 通过控制喷口物理化学参数，人为控制多金属硫化 物堆积体的生长，或直接对热液流体进行开采，将 会实现热液资源的高效和环保开发。对此，仍需开 展进一步的研究工作。

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