海底環境及構造分布研究

印麗靜 呂劍泉

摘 要：隨著地球物理調查的深入和大洋鉆探資料的積累，科研工作者在近十幾年逐漸明晰了分布于太平洋洋底的海山和裂隙斷裂帶、海脊、海底高原與海隆等構造。該文基于筆者多年從事海洋地質的相關工作經驗，以中西太平洋海山區的構造地質特征和海洋環境為研究對象，分析了磁條帶分布、斷裂構造分布、大火成巖省分布，在此基礎上研究了區內海山的時空分布特征。

關鍵詞：中西太平洋 海山 時空分布

中圖分類號：P71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（c）-0-02

20世紀90年代以前，由于缺乏海底地形和地球物理數據，對太平洋海盆內部的構造還缺乏深入的認識和研究[1]。隨著地球物理調查的深入和大洋鉆探資料的積累，科研工作者在近十幾年逐漸明晰了分布于太平洋洋底的海山和裂隙斷裂帶、海脊、海底高原與海隆等構造。中、西太平洋海山區（0 °～30 °N、145 °E～165 °W）是太平洋海盆中最大的海山發育區，它包括西太平洋海山區（West Pacific Seamount Province，WPSP）和中太平洋海山群（Mid-Pacific Mountains，MPM）及其鄰近區域，是整個太平洋板塊上洋殼年齡最老、磁條帶異常最復雜、海山分布最密集、地質構造最獨特、構造活動最強烈的一個區域，是太平洋板塊中構造背景最為復雜的一個區域。區內有縱橫交錯的海山鏈（海山群）、獨立的海隆和海臺，有延伸上千公里的近南北走向及近東西走向的斷裂帶，也正是這些斷裂作用和板塊運動共同作用導致了板塊中強烈的火山活動。同時該區域也是世界各國爭相開展富鈷結殼調查最密集的一個地區，也是具有較高工業開采價值的富鈷結殼主要分布區。因而搞清中西太平洋區域的構造特征有利于我們理解及進一步研究整個太平洋海盆的海山發育特征，更好地認識太平洋海盆的構造演化特征。為此，該文擬通過中西太平洋海山區的磁條帶分布、斷裂構造分布、大火成巖省分布總結分析該區海山的時空分布特征。

1 磁條帶分布特征

太平洋磁異常記錄了太平洋及其周邊各板塊中生代以來活動的復雜歷史，相對于印度洋和大西洋，它的磁異常要復雜得多。綜觀太平洋中磁異常，宏觀上看太平洋磁條帶展布的形

狀頗似一頂邊朝東的梯形。從磁條帶圖（圖1）上看，中、西太平洋海山區的大部處于中生代磁靜區，區內主要有三組不同走向的磁條帶，分別是北面的近NEE向展布的磁條帶、東面近NWW向展布的磁條帶和南面幾近東西向延伸的磁條帶。由這三組磁條帶的展布方向推測，該區曾被三組擴張脊包圍，它們在中生代期間的活動形成了該區洋殼。由磁靜帶的存在也可以推測認為該區在其生長過程中經歷過磁極沒有發生反轉的一段時期即演化史上相對平穩的一個時期。對照太平洋板塊的演化史，我們可以認為研究區可能是最初位于南太平洋三聯點的太平洋板塊的一部分，是后來隨著太平洋的漂移而到達目前的位置的。

2 斷裂構造分布特征

隨著近年來，衛星測高精度的不斷提高、新型測深儀的不斷問世與投入使用，已獲得了大量有關太平洋的資料，對太平洋的認識也已經越來越深入。斷裂構造是太平洋中分布廣泛的一大線狀構造系，在世界大洋水深圖和根據衛星高程測量資料編制的大洋構造圖上可以清楚的看到，在太平洋洋底總共有數百個斷層。它們大量分布在太平洋的東半部和南部。在太平洋中按斷層的方向、構造形狀、構造位置和顯示的強度，大致可以分為三組斷層系：呈WSW–ENE走向的東北斷層系、呈WNW–ESE走向的南斷層系和呈NNW–SSE走向的西斷層系。而分隔這三組斷層系的廣闊海區卻并沒有表現出那樣有規律的構造（圖2）。盡管在西部海域也有斷層分布，但其數量和規模已無法與上述兩個區域的相比擬了，而且斷層特征和性質也已完全不同。

中、西太平洋海山區恰好位于東北斷層系與西斷層系這兩大太平洋斷層系相交匯的地方，WSW-ENE向的奇努克斷層帶、塞爾維奧斷層帶、門多西諾斷層帶、默雷斷層帶和莫洛凱斷層帶等斷層向西延伸到此，尤其是門多西諾大斷層橫穿該區，NNW-SSE向的卡西摩斷層帶、天皇斷層帶和摩姆斷層帶等斷層向南延伸到此。除了這兩個大斷層系以外，該區還分布著一系列的NW向的小斷層，如麥哲倫斷裂、諾沃斷裂及諾沃-坎頓斷裂等。值得我們注意的一個很奇特的現象是，該區域分布的各海山構造或呈NNW-SSE向線狀排列或聚集成群近東西向分布，而且有不少海山是沿著這些斷層或斷層的交叉部位發育的。有研究表明，大洋區的斷層是在不同時代形成的，一般認為位于馬爾庫斯-威克海山群、萊恩群島和皇帝海嶺基底上發育的斷層是該區最老的斷層，而別的斷層相對來說均要比它們年輕一點。

3 大火成巖省的分布特征

大火成巖省（Large Igneous Provinces，簡稱LIPs）是指那些規模巨大的連續的以富鎂鐵質巖石占優勢的噴出巖及與其相伴生的侵入巖。它包括大陸溢流玄武巖和伴生的侵入巖、火山被動邊緣玄武巖、大洋高原玄武巖、大洋盆地溢流玄武巖以及火山鏈等等。大火成巖省具有全球性的意義，它是地球表面上最重要的鎂鐵質巖石，僅次于大洋擴張中心的玄武巖和伴生的侵入巖。隨著地震層析成像、地球化學、海洋地球物理學、巖石學、地球動力學以及其他相關地質學科的不斷發展，對地球上大火成巖省的研究也越來越深入，Coffin等人對大火成巖省的分布作了很好的總結，分別于1992年和1993年相繼發表了全球大火成巖省的分布情況。

從全球大火成巖省分布圖上，可以清晰地看到太平洋中的大火成巖省分布最多，而且也是最密集的。而中西太平洋海山區是太平洋中大火成巖省的主要分布區域，恰位于太平洋三大大火成巖省的北部，其中包含了翁通-爪哇和瑙魯盆地的一部分。

4 海山時空分布特征

自從Hess于1946年利用回聲測深儀發現太平洋中的第一座平頂海山以來，一直困繞著那些從事洋底海山研究的科研人員的一個問題是：太平洋海盆內部究竟有多少海山，它們在洋底又是怎么分布的？然而對洋底海山分布數量的真正研究是20世紀60年代才開始的。研究資料表明：數萬座具有一定規模（以km為量級）的海山分布于太平洋海盆，它們的分布無規律可循，但最典型的情況是成群或成鏈狀分布。

據Wessel公布的太平洋海盆中的8022座海山的屬性數據和基于衛星測高反演和測深技術提供的太平洋海盆的地貌圖[13，14]，可以看出太平洋洋底海山海山主要分布在中西太平洋和西南太平洋這兩個區域，尤以北緯30 °與南緯30 °之間的太平洋地區的西部最為密集，其中包括中太平洋海山群，威克海山群、麥哲倫海山鏈、翁通爪哇海臺、卡羅琳海脊、萊恩群島、馬尼希基海脊、 夏威夷海山鏈和赫斯海隆等等；相比較之下東部則明顯要少得多，分布相對稀疏，尤其是東太平洋和東北太平洋地區只有在靠近大陸邊緣的地方稍微多一點。從各海山的規模上看，主要以高度小于3000 m基座半徑小于20 km的海山為主，對這8022座海山進行統計后發現，高度小于等于3000 m的海山為6667座，占了總數的4/5之多；而海山基座半徑在20 km以下的有7141座，占了總數的7/8以上。中西太平洋海山區是太平洋中海山密集發育區中最典型的一個區域，據統計，Wessel等人給出的太平洋中8022座海山中有約2129座海山位于該區域，占了總海山數的1/4之多。更值得一提的是，在81座海山基座半徑大于30km的海山中該區域擁有了64座，占了總量的3/4之多。由此可見，對中西太平洋區海山的研究具有很強的代表性：該區域海山大范圍密集發育，而且大規模的海山更為突出。

4.1 空間分布特征

中西太平洋區域主要包括中太平洋海山群、威克海山群、萊恩群島北段周圍的海山、夏威夷海山鏈中段的海山、馬紹爾海山脊、 麥哲倫海山鏈和加羅林脊等。從這些海山的展布來看，除中太平洋海山群、威克海山群和加羅林脊呈近東西走向外，其余的大致呈NW走向，且大部分海山都是沿著洋底的大構造走向（海脊和裂隙斷裂帶）發育或在構造走向交匯處發育。就海山自身的排列來看，它們或排列成鏈狀或聚集成群。Natland等人經過研究，根據海山的分布及其形態將太平洋海盆中的主要海山分為以下五種類型：（1）獨立于周圍海山鏈的大型海臺；（2）獨立于周圍海臺的大型海山鏈；（3）年齡呈有序遞變的海山鏈；（4）年齡呈無序排列的海山鏈和呈簇狀排列的海山群；（5）位于轉換斷層末梢的海山鏈。顯然，這種分類的規則注重的是各海山自身的形態、位置及與周圍構造間的關系，并將通常稱之為海臺的構造劃分為大型海山，這樣對于我們從全局觀點出發研究海山自身的構造環境和成因具有積極的意義。中西太平洋及其周邊區域的海山是太平洋海盆中海山多樣性的典型代表區域，例如麥哲倫海隆是上述的“無相連海山鏈的獨立的大型海臺”，而中太平洋海山群和萊恩群島都是“有彎曲張開和交錯等多種形狀的海脊的海山鏈（群）”，同時從海山分布圖也可以看出許多屬于（2）和（5）類型的海山鏈，同時有研究表明（3）類型的海山鏈在太平洋海盆中也大量存在。

4.2 時間分布特征

我們知道，海山都發育于洋殼基底之上，一般來說海山的形成要晚于洋殼。對Wessel提供的已確切知道其下洋殼年齡的6332座海山統計后發現，其中有3996座海山的洋殼年齡老于65 ma，有3664座海山的洋殼年齡老于84 ma，分別占了總量的63.1%和57.8%。而且就光對那些分布在中生代洋殼上的海山來看，其中有91.7%的海山分布在洋殼年齡老于84 ma的區域。中西太平洋海山區的洋殼都是中生代的洋殼，其中84～120 Ma、154～180 Ma時段年齡的洋殼比較寬；相應地，這兩個年齡條帶上所分布的海山數量也最多；而其他年齡條帶上的海山則較少（圖2）。根據Clouard 和Bonnevil于2004年5月公布的第2.1版的Ages of seamounts，islands and plateaus on the Pacific plate研究成果，并結合海底地形圖得到了研究區不同時期形成的海山的空間分布（圖3），主要分為三個形成時期即白堊紀時期形成的海山（圖3中黑色數字標記）、早第三紀時期形成的海山（圖3中紅色數字標記）和晚第三紀-第四紀時期形成的海山（圖3中紫色數字標記）。從圖上可以清楚地看到，該區域的海山主要是在白堊紀時期形成的，幾乎占了總海山的85%以上。

5 結語

綜上所述，中太平洋海山區海山除中太平洋海山群、威客海山群和加羅林脊呈近東西走向外，其余的大致呈NW走向沿洋底大構造或構造交匯處分布，且主要分布在84～120 ma和154～180 ma這兩個洋殼年齡帶上。但單從不同洋殼年齡條帶區域的海山整體的分布空間上看，海山分布的位置和方位與洋殼年齡條帶區域卻并沒有直接的成因關系，并不是洋殼越老其上海山就越多，這一現象也許從另一個側面暗示了太平洋海盆內海山的分布跟大洋中脊的擴張構造之間并沒有直接的關系，而主要是與發生在板內的構造活動和火山巖漿活動相關。通過對有限的已知海山年齡的一些海山的研究發現，太平洋海盆南部海山的形成年代普遍較晚，而海盆北部的海山除夏威夷海山鏈附近和加羅林脊的南部部分海山外，其他的海山都是早第三紀及以前形成的。而就單個海山群、海山鏈和某一區域分布的海山而言，海山的年齡并沒有先后順序。例如：對ODP143航次的869站位和ODP144航次的871、873、874、875和876站位資料的巖石年齡的究揭示馬紹爾-吉爾伯特海山鏈上各海山的年齡是無序的；對麥哲倫海山鏈上7座海山進行Ar40/Ar39同位素測年后也發現它們順著鏈的方向年齡并不是有序遞減的，并且根據最新公布的海山年齡的測定資料，經過統計研究分析后也發現，中太平洋海山群和萊恩群島海山鏈上各海山的年齡分布也都是無序的，并非如天皇-夏威夷海山鏈上各海山由北向南年齡呈有序遞減。

參考文獻

[1] 章家保，金翔龍，高金耀，等.斷裂和白堊紀巖漿活動對中西太平洋海山區海山形成的影響[J].海洋地質與第四紀地質，2006，26（1）：67-74.

[2] 李壽田譯.太平洋大地構造[C].太平洋及其周邊地區的大地構造發展，1992.