研究进展

孙启良和解习农教授在国际地学领域知名期刊《Earth and Planetary Science Letters》发表论文

发布人:发表时间:2020-05-19点击:

近日我院孙启良和解习农教授在国际地学领域知名期刊《Earth and Planetary Science Letters》发表了题为“How do deep-water volcanoes grow?”(深水火山如何建造?)学术论文。海洋学院孙启良教授为第一兼通讯作者,合作者包括英国利兹大学的Craig Magee博士,英国帝国理工学院Christopher A.-L.Jackson教授以及英国布里斯托大学的Samuel J.Mitchell博士。

深水火山(喷发时水深大于1000米)广泛分布于大陆边缘盆地和大洋盆地之中。虽然可以通过地形数据(多波束等)了解其外部形态,但是目前对其内部结构尚知之甚少,对其真实喷发体积及建造过程也尚未揭示。阐明这些重要科学问题,不仅能够更好的评估和规避火山喷发所引起地质灾害,而且能够更好理解岩浆喷发/循环系统以及地球深部动力学。

 


1:深水火山三维结构特征(上部锥形火山体以及下部火山喷口形凹陷)


图2:研究区深水火山与陆地(Grosse et al., 2009)、浅水(Magee et al., 2013)、岛弧(Wright et al., 2006)及太平洋深水区火山(洋中脊和海山;Smith, 1988)几何特征对比,可以观察到它们之间有明显的差异和不同的延伸趋势,说明喷发环境对其影响较大。


本研究基于南海北部高精度三维地震资料,首次确定了深水火山的内部精细结构和真实体积,并明确了深水火山的生长/建造过程。研究区火山喷发水深大于1500米,主要分布于晚中新世至第四纪地层。它们个体规模较小(直径小于3000米,高度小于560米,体积小于0.92km3),但是火山斜坡坡度大(高达42°)(图1)。更为重要的是大部分深水火山主要有两部分组成,即下部“火山口状“的凹陷以及上部锥状火山体。传统方法只能识别和研究上部火山锥体部分,因此对深水火山的真实构成和体积的认识有较大的偏差。下部”火山口状“凹陷内部主要由平行的地震反射所构造,并且凹陷边界可观察到侵蚀现象;通过分析发现深水火山下部是在火山喷发早期,热液流体侵蚀海底软沉积物,继而沉积物被底流带走形成凹陷(类似于海底麻坑的形成过程),稍后喷发的岩浆和部分侵蚀的沉积物填充在凹陷之内形成平行的地震反射特征。在凹陷被填平之后,喷出物质开始在海底之上堆积,形成了锥状并向下收敛的深水火山上部地震反射特征。这说明喷出岩浆物质更倾向于在火山上部堆积,导致火山垂向加积速度大于横向扩展速度,形成陡峭的斜坡(图2-3)。

通过与陆地、浅水、岛弧及洋中脊等沉积环境的火山相比,发现大陆边缘盆地深水火山与它们有明显的差别(图2-3)。大陆边缘盆地中的深水火山主要受控于超高的静水压力(研究区大于15 Mpa)、“软沉积”海底(温度低、含水高和弱固结)和低喷发速率。高静水压力能够阻止岩浆脱气及破碎,从而岩浆以一种逸出的方式喷发。“软沉积”海底有利于喷发初期的海底侵蚀形成凹陷;并且能够促进喷出岩浆在喷口附近固结,形成垂向加积的特征。

火山生长模式:垂向加积大于横向扩展速度;(b)浅水火山生长模式:垂向加积与横向扩展相等(Magee et al., 2013);(c)浅水火山生长模式:垂向加积主导,直径保持不变(Magee et al., 2013)(d)浅水玄武碎屑岩丘生长模式:高度基本保持不变,横向扩展为主(Calvès et al., 2011);(e)陆地盾状火山生长模式:垂向加积为主,间或短暂横向加积;(f)不同喷发环境火山生长趋势。


论文信息如下:

Title:How do deep-water volcanoes grow?

Authors:QiliangSun, CraigMagee, Christopher A.-L.Jackson, Samuel J.Mitchell, XinongXie

Sources: Earth andPlanetaryScienceLetters, Available online: 15 May 2020

Doi: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116320

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X20302648