地幔柱引起的熱點型火山作用在全球大洋中廣泛存在,形成了以海山鏈和無震海嶺為代表的海底構造-地貌痕迹,如北太平洋夏威夷海山鏈和東北印度洋東經九十度海嶺等。熱點型岩漿侵比特時的板塊構造環境,會對其形成的海山和海嶺的最終結構和形貌特徵產生顯著影響。據此,通常將熱點型火山作用分為板內型和近擴張中心型兩個端元類型,它們分別通過岩石圈彈性變形和殼下低密度“山根”達到均衡。二者之間的過渡類型可能同時具備端元類型的部分特徵,其侵比特管道和最終結構與先存構造(如大型岩石圈破裂帶等)密切相關。
85°E海脊是東北印度洋一條線性基底隆起,表現為顯著的空間重力負异常帶。由於海脊大部分深埋於孟加拉深海扇沉積物之下,現時對其構造特徵、構造内容和起源的認識存在較大爭議,提出了板內變形帶、洩露型轉換斷層、廢棄擴張中心、熱點型海脊等多種成因機制。其中,熱點型海脊成因模型能够解釋絕大部分觀察到的海脊結構特徵。但是,海脊反“S”形的平面展布特徵,與單一熱點侵位於向北運動的印度板塊形成的熱點型海脊/海山鏈的理論痕迹相衝突。對此,近年來有學者提出海脊南、北不連續以及南、北部分別由不同熱點形成等模式,但仍然缺少對海脊關鍵部位結構的描述和對整條海脊成因機制的合理解釋。
研究人員利用北緯11°附近採集的一條橫跨海脊的深反射地震剖面,精細刻畫了海脊的結構特徵,並結合本區磁异常數據和前人研究成果,構建了85°E海脊的侵比特模式。地震資料顯示,11°附近的海脊表現為顯著的基底隆起,隆起之下的莫霍面下凹;海脊的地殼厚度達到正常洋殼厚度的兩倍左右;海脊發育典型的熱點型火山機构;海脊位於南北向深大斷裂之上,斷裂構成岩漿上湧的通道,並且破壞了海脊的原始結構。這些觀察結果表明11°N附近的85°E海脊是由沿洩漏型斷裂帶侵比特的熱點岩漿作用形成。結合以往的研究結果,提出整個85°E海脊是由弱地幔柱產生的單一熱點作用於向北漂移的印度板塊上形成。其在位置、形態和結構上沿走向不同分段的變化,反映了先存斷裂帶導致的地幔柱淺層熔體的橫向重新分佈。
圖1研究區構造地質背景及測線分佈圖
圖2海脊不同分段結構及成因模式圖
上述研究成果以“Hotspot volcanism along a leaky fracture zone contributes the formation of the 85°E Ridge at 11°N latitude,Bay of Bengal”(孟加拉灣北緯11°附近的85°E海脊形成於沿洩露型斷裂帶發生的熱點型岩漿作用)為題在構造地質學研究主流期刊Tectonophysics(構造物理)發表。論文第一作者為海洋礦產資源評估與探測科技功能實驗室尚魯寧副研究員,通訊作者為海洋礦產資源評估與探測科技功能實驗室胡剛正高級工程師。研究得到海洋試點國家實驗室“十四五”重大專案(2021QNLM020001-1)、中國地質調查局深海科學鑽探井位選址調查項目(DD20190236)、自然資源部海岸帶科學與綜合管理重點實驗室開放基金(2021COSIMZ003)和國家自然科學基金(42006067)聯合資助。