从西南印度洋中脊轴部形态及其两侧沉降速率变化探讨热点与洋中脊相互作用.pdf

王昊，谭平川，阮爱国.2023.从西南印度洋中脊轴部形态及其两侧沉降速率变化探讨热点与洋中脊相互作用.地震学报，45（3）：455470.doi：10.11939/jass.20220186.WangH，TanPC，RuanAG.2023.Discussionontheinteractionbetweenhotspotsandmid-oceanridgefromtheaxialmor-phologyandthevariationofsubsidencerateonbothsidesoftheSouthwestIndianRidge.Acta Seismologica Sinica，45（3）：455470.doi：10.11939/jass.20220186.从西南印度洋中脊轴部形态及其两侧沉降速率变化探讨热点与洋中脊相互作用*王昊1）谭平川1）阮爱国1，2，3），1）中国杭州310012自然资源部第二海洋研究所海底科学重点实验室2）中国上海200240上海交通大学海洋学院3）中国杭州310027浙江大学地球科学学院摘要基于高精度地形数据，将西南印度洋中脊（11.88E66.75E）分为 6 个区域，按不同区域分析洋脊轴部形态及其两侧基底沉降曲线的变化，由此探讨西南印度洋中脊的岩浆活动及其受热点影响的机制。结果显示：对于整个西南印度洋中脊，轴部隆起占 13.38%，轴部裂谷占82.8%，平坦过渡形占 3.82%，其中 19E，36E，41.2E，43.7E，50.4E 和 64.5E 等处为较集中的洋脊轴部隆起；埃里克辛普森英多姆转换断层之间的区域（39.4E45.77E）显示出异常浅的轴部裂谷和异常小且南北不对称的基底沉降速率，这表明埃里克辛普森英多姆转换断层之间的区域是热点对洋中脊影响较为明显的区域，南侧较北侧异常小的基底沉降速率表明热点与洋中脊的相互作用主要表现为热点岩浆从洋中脊南部向上流动到岩石圈底部，然后与岩石圈发生相互作用。关键词 西南印度洋中脊洋中脊轴部形态基底沉降曲线热点与洋中脊相互作用doi：10.11939/jass.20220186中图分类号：P736文献标识码：ADiscussion on the interaction between hot spots and mid-oceanridge from the axial morphology and the variation of subsidencerate on both sides of the Southwest Indian RidgeWangHao1）TanPingchuan1）RuanAiguo1，2，3），1）Key Laboratory of submarine Geosciences，Second Institute of Oceanography，Ministry ofNatural Resources，Hangzhou 310012，China2）School of Oceanography，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China3）School of Earth Sciences，Zhejiang University，Hangzhou 310027，ChinaAbstract：Basedonhighresolutionseafloorbathymetrymap，wedividedtheSouthwestIndian*基金项目国家自然科学基金（42076047，42006072）、自然资源部第二海洋研究所所基金（HYGG2001）和浙江省钱江人才 D 基金（QJD2002033）共同资助.收稿日期2022-09-30 收到初稿，2022-12-15 决定采用修改稿.作者简介王昊，在读硕士研究生，主要从事海洋地质研究，e-mail：；阮爱国，博士，研究员，主要从事海洋地球物理与深部构造研究，e-mail：第45卷第3期地震学报Vol.45，No.32023年5月（455470）ACTASEISMOLOGICASINICAMay，2023Ridg（SWIR）（11.88E66.75E）intosixregions.Ineachregion，weestimatethevariationoftheaxialmorphology，andthebasementsubsidencecurveovertheflanksofthespreadingridge，whichcanbeusedtoindicatethespreadingprocessoftheSWIRandhowitwasaffectedby the hot spot.The result shows that：For the entire SWIR，axial uplift accounts for13.38%，axialriftaccountsfor82.8%，andflattransitionalshapeaccountsfor3.82%，theareasat19E，36E，41.2E，43.7E，50.4E，64.5Ehavefocusmagmaticridgerepresen-ting axial ridge uplift；The area between the Eric Simpson-Indomed transition faults（39.4E45.77E）showsaxialvalleywithanomalousshallowbathymetryandasymmetricalanomalouslowbasementsubsidenceratesbetweennorthandsouth.Therefore，webelievethattheareabetweentheEricSimpson-Indomedtransitionfaultshasbeensignificantlyaffectedbythehotspots.Comparedwiththesubsidenceratenorthofthespreadingridge，theanomalouslowsubsidencerateinthesouthindicatesthattheinteractionbetweenthehotspotsandtheridgeischaracterizedbythehotspotsflowingupwardfromthesouthoftheSWIRtothebottomofthelithosphere，andtheninteractwiththelithosphere.Key words：Southwest Indian Ridge；ridge-axis morphology；oceanic basement subsidencecurve；interactionbetweenhotspotandmid-oceanridge 引言根据不同的扩张速率，全球洋中脊分为快速扩张洋中脊（60mm/a）、慢速扩张洋中脊（2060mm/a）和超慢速扩张洋中脊（20mm/a）（Dick et al，2003）。早期对全球洋中脊的研究主要集中于太平洋的快速扩张洋中脊和大西洋的慢速扩张洋中脊，对超慢速洋中脊的研究相对较少（李三忠等，2015）。全球已知的超慢速洋中脊主要为西南印度洋中脊（SouthwestIndianRidge，缩写为 SWIR）和北冰洋的加克洋中脊（GakkelRidge，缩写为 GR），其中在距今约 24Ma 前 SWIR 的扩张速率从约 30mm/a 降为约 14mm/a，进入其超慢速扩张阶段（Baineset al，2007；Patriatet al，2008）。早期对 SWIR 的研究大多是探讨其区域性的地球物理和地球化学特征，对于整个洋中脊扩张机制的变化，特别是热点与 SWIR 相互作用的研究相对较少。地震层析成像、地球物理数据以及地球化学数据表明 SWIR 的部分区域受到了马里昂（Marion）热点和克洛泽（Crozet）热点的影响（Sauteret al，2009；Zhanget al，2013；孙国洪等，2021），但热点对扩张脊的影响方式以及影响范围还存在争议（Georgenet al，2001；Sauteret al，2009；Zhanget al，2013；Gautheronet al，2015；Yanget al，2017）。洋中脊地形地貌是研究洋中脊动力学的理想窗口，已有研究发现洋脊扩张中心的地形地貌主要受控于岩浆活动和构造作用（Chen，Morgan，1990a；Bucket al，2005）。相对于快速扩张洋中脊以岩浆作用为主（扩张脊轴部隆起），慢速和超慢速扩张洋中脊受岩浆作用的影响较弱（Dicket al，2003；Sauteret al，2004，2013），洋脊轴部主要为裂谷形态（Linet al，1990；Sauteret al，2001）。经典的海底扩张学说认为洋壳的基底深度随着与扩张中心距离的增大而加深。McKenzie（1967）提出的板块冷却模型以及 Turcotte 和 Oxburgh（1969）提出的半空间冷却模型（halfspacecoolingmodel）都认为海底深度随年龄的平方根呈线性增加（60Ma）。最新的全球观测数据表明洋壳的基底深度 y 与洋壳的年龄 t 的 1/2 次方在 080Ma 为正相关关系，即 y（32520）456地震学报45卷t1/2Ma（2.60.2）km（Crosby，McKenzie，2009），其中沉降速率（32520）km/主要取决于大洋岩石圈的地幔温度场（Marks，Stock，1994），即洋脊扩张中心处地幔较热、岩石圈厚度较薄，远离扩张中心岩石圈变冷、变厚，并逐渐沉降。但是如果大洋岩石圈结构受到地幔柱或热点的影响，其地幔温度场会发生一定的变化，对应的沉降速率也会发生相应的改变。并且受地幔柱或热点影响的超慢速洋中脊，其扩张轴部的地壳一般较厚，其地貌表现为扩张轴部的隆起（Itoet al，1999）。对于早期热点与 SWIR 相互作用的研究，层析成像数据的分辨率较低，而地球化学数据在区域性方面受限。本文拟通过定量研究扩张脊轴部形态和扩张中心两侧基底沉降曲线的变化来探讨 SWIR（11.88E66.75E）如何受到热点的影响及其受影响的范围。1 地质背景 1.1 区域地质背景西南印度洋中脊（SWIR）的西边界为布维三连点（55S，0040W），东边界为罗得里格斯三连点（2530 S，70E）（图 1），全长约 7700km，平均全扩张速率为 14.02mm/a（李三忠等，2015）。SWIR 中段（34E52E）环绕着海底高原，其南侧较近的有德尔卡诺海隆、克洛泽高原，北侧较近的有马达加斯加高原（余星等，2020）。SWIR 的转换断层十分发育，本文研究区内即有 11 条转换断层（图 1）（Georgenet al，2001）。研究表明 SWIR 的地壳厚度和地幔温度自西向东呈减少和下降的趋势（Cannatet al，1999；Meyzenet al，2005；Fontet al，2007）。SWIR 中部（安德鲁贝恩加列尼）玄武岩 Na8的含量和地幔布格重力异常（mantleBougueranomaly，缩写为 MBA）与整个洋脊相比都为低值，暗示较高的地幔熔融温度（Sauteret al，2009；Sauter，Cannat，2010）（图 2）。而 SWIR 东部（加列尼转换断层以东）Na8值与 MBA 都较中部高（图 2）。Niu 等（2015）在 SWIR4917 E5049 E 处开展的精细广角地震调查确定了在 SWIR 岩浆供给充足的地方（5028 E）其地壳厚度可以达到 10.2km；而位于 4939 E 的三维地壳结构显示其地壳厚度从洋脊段中心的 78km 降至洋脊尾段的 34km（Zhaoet al，2013）；在 66E 和57E 处开展的海底水听器（oceanbottomhydrophone，缩写为 OBH）地震调查得到的地壳厚度为 2.25.4km（Mulleret al，1997，2000；Minshullet al，2006）。上述研究表明虽然 SWIR 的扩张速率变化不大，但是其沿轴的地壳厚度变化很大。西南印度洋中脊玄武岩（mid-oceanridgebasalt，缩写为 MORB）的地球化学成分变化较大，既包括（La/Sm）N1 的正常型 MORB（N-MORB），又包括（La/Sm）N1 的富集型 MORB（E-MORB），反映了地幔的非均一性（孙国洪等，2021），其 Sr-Nd-Pb 同位素比值变化范围为87Sr/86Sr 为0.702480.70520；143Nd/144Nd 为0.512370.51322；206Pb/204Pb 为 16.5819.66。1.2 热点的影响早期研究表明 SWIR 中部受到了马里昂热点和克洛泽热点的影响。马里昂热点是一个古老的热点（90Ma）（Storeyet al，1995），对 SWIR 地形地貌产生了巨大影响，例如马达加斯加高原和德尔卡诺海隆的形成都与马里昂热点有关（Zhanget al，2011）。同位素定年数据显示马里昂热点最新活动时间小于 0.45Ma（McDougallet al，2001）。根据剩余地幔布格重力异常（residualmantleBougueranomaly，缩写为 RMBA）的变化情况，安德鲁贝恩和发现号转换断层被认为是马里昂热点对洋脊影响的两个边界（Georgenet al，2001）。这段洋脊也表现出“热点异常特征”，即：高87Sr/86Sr、高206Pb/204Pb 和低143Nd/144Nd（图 3）。3期王昊等：从西南印度洋中脊轴部形态及其两侧沉降速率变化探讨热点与洋中脊相互作用4576420深度/kmABCDEFRTJSHMDT ABPEESDIIINGAAIIMELSWIRSEIRCIR非洲南极洲RTJBTJ10 E20304050607030S 4050克洛泽高原马达加斯加高原马里昂热点德尔卡诺海隆克洛泽热点-转换断层洋中脊研究区洋中脊热点洋中脊分段剖面A-F图1西南印度洋地形图及分区SWIR：西南印度洋中脊；SEIR：东南印度洋中脊；CIR：中印度洋中脊；BTJ：布维三连点；RTJ：罗得里格斯三连点；SH：沙卡；DT：迪图瓦；AB：安德鲁贝恩；M：马里昂；PE：爱德华王子；ES：埃里克辛普森；DII：发现号；IN：英多姆；GA：加列尼；AII：亚特兰提斯号；MEL：梅尔。下同Fig.1TopographicmapofSouthwestIndianOceanSWIR：SouthwestIndianRidge；SEIR：SoutheastIndianRidge；CIR：CentralIndianRidge；BTJ：BouvetTripleJunction；RTJ：RodriguezTripleJunction；SH：Shaka；DT：DuToit；AB：AndrewBain；M：Marion；PE：PrinceEdward；ES：EricSimpson；DII：Discovery；IN：Indomed；GA：Gallieni；AII：Atlantis；MEL：Melville.Thesamebelow642SHDT ABMaPEES DINGAA MELRTJ75075150MBA/(10-5 ms-2)水深/km4%3%2%Na8 含量10 E15202530354045505560657010 E15202530354045505560657010 E152025303540455055606570（a）（b）（c）图2SWIR 沿轴水深、地幔布格重力异常 MBA 和玄武岩 Na8含量变化图（修改自 Sauter，Cannat，2010）图中纵向灰色实线为转换断层位置。（a）沿轴水深；（b）沿轴 MBA 变化（Georgenet al，2001）；（c）玄武岩 Na8含量变化Fig.2Variationofthedepth，MBA，Na8compositionofbasaltsalongtheSWIRaxis（modifiedafterSauter，Cannat，2010）Theverticalgraysolidlineindicatesthelocationoftransformfaults.（a）Depth；（b）MantleBougueranomaly（Georgenet al，2001）；（c）Na8compositionofbasalts458地震学报45卷地球物理数据显示在英多姆和加列尼转换断层间的脊段具有异常低的 RMBA，可能表明该区域受到了克洛泽热点的影响（Zhanget al，2013），此段洋脊丰富的热液资源（Taoet al，2012）可能与克洛泽热点有关。但该洋脊段却没有发现 E-MORB 的地球化学证据。Yang 等（2017）支持该洋脊段受到克洛泽热点的影响，认为在克洛泽热点物质流向洋中脊的过程中，减压熔融未能影响其同位素的组成特征（Sauteret al，2009；Gautheronet al，2015；Yanget al，2017）。李三忠等（2015）认为克洛泽热点与洋脊的相互作用可以归属于弱热点与洋中脊相互作用一类。而 Ruan 等（2017）和胡昊（2020）用远震接收函数方法，揭示了 SWIR 和克洛泽热点地幔过渡带厚度减薄现象，推算出两个区域的地幔过渡带具有相近温度正异常，从而否定了克洛泽热点向 SWIR 岩浆运移的假设。Li 等（2015）在 SWIR5028E 处发现地壳厚度为9.5km，在其下方 49km 处发现低速异常区并认为是岩浆房（Niuet al，2015；Jian et al，2017a，b），这为克洛泽热点影响了英多姆加列尼转化断层段洋脊提供了地球物理数据的佐证。2 SWIR 分段前人对 SWIR 的分段主要依据大错距转换断层的分布和水深的区域性变化（Sauteret al，2001；Mendelet al，2003），本文根据转换断层对地形起伏的影响进行分段。图 4 为以发现号转换断层为中心沿洋脊中轴的水深变化情况（发现号以西为负，以东为正），并取SWIR 中轴距离热点最近的点为其投影点，SWIR 与马里昂热点的最小距离约为 243km，与克洛泽热点的最小距离约为 724km。由图 4 可以看出对地形起伏影响较大的有 5 个转换断层，即安德鲁贝恩、发现号、英多姆、加列尼和亚特兰蒂斯号。根据这 5 个转换断层将洋中脊分为 6 个研究区域，自西向东分别为 A 区 11.88E24.85E，B 区 35.74E41.43E，C 区43.21E45.77E，D 区 46.68E52.02E，E 区 52.40E56.76E，F 区 57.22E66.75E（图 1，图 4）。0.70240.70320.70400.7048SHDT ABMORB 参考线ES D INGAAII MEL0.512219.618.818.017.216.40.51260.5130206Pb/204Pb143Nd/144Nd87Sr/86Sr0 5 E10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 6570 E5 W0 5 E10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 6570 E5 W0 5 E10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 6570 E5 WMORB 参考线MORB 参考线0-27 E27 E-53 E53 E-70 E布维三联点马里昂三联点克洛泽三联点图3西南印度洋中脊玄武岩同位素比值变化图（修改自孙国洪等，2021）Fig.3VariationsinisotopicratiosofMORBsalongSWIR（modifiedafterSunet al，2021）3期王昊等：从西南印度洋中脊轴部形态及其两侧沉降速率变化探讨热点与洋中脊相互作用459 3 数据与方法 3.1 数据来源本次研究采用的地形数据是美国斯克利普斯海洋研究所（ScrippsInstitutionofOceano-graphy，缩写为 SIO）发布的 topo15.grd（SIO，2023）。地壳年龄数据和洋中脊扩张方向数据是Seton 等（2020）发布的 age.2020.1.GTS2021.2m.grd 和 dir.2020.1.GeeK2007.6m.nc，其中地形数据的分辨率是 15 ，年龄的分辨率为 2，扩张方向数据分辨率为 6。该分辨率足以满足本次研究中扩张轴部地形形貌的观测以及扩张脊两侧的基底沉降曲线的计算。3.2 计算方法 3.2.1 轴部裂谷深度为了精细地探测洋脊轴部地形以及扩张轴两侧基底沉降曲线沿洋中脊从西向东的变化，将沿洋脊的采样间隔设为 5km（图 5 相邻红色圆点的间距）。由这些点沿洋中脊的扩张方向（Sauteret al，2004；李三忠等，2015；Setonet al，2020）向南北各延伸 250km（约 25Ma），从而得到跨过洋中脊的地形剖面。其中扩张方向与磁异常条带近似垂直（图 5b）。为了弱化洋中脊三连点对研究的影响，我们分别去除靠近布维三连点与罗得里格斯三连点的部分洋中脊（图 1）。此外，我们还去除了安德鲁贝恩转换断层附近受多个大型转换断层影响的洋中脊段（图 1）。最终共获得 860 条横跨洋中脊的剖面。图 6 展示了参考 Anderson 等（2017）定义地形参数的方法来确定的横跨 SWIR 的三种典型剖面。其中 O 点为扩张中心，C 点为北边谷壁顶点，D 点为南边谷壁顶点。C 点相对 O 点的垂直深度为 TN，D 点相对 O 点的垂直深度为 TS（谷壁顶点深度减去扩张中心深度）。轴部裂谷深度 T 为 TN和 TS的平均值。当 T100m 时，扩张中心代表岩浆供给充足的轴部隆起（图 6a）；当100mT100m 时为轴部隆起与轴部凹陷的过渡态，即较为平缓的“一”字形距发现II号转换断层距离/km6.52000100001000200030005.54.53.52.51.50.5水深/kmABESDIIINGAAIICDEFAB马里昂克洛泽图4沿西南印度洋中脊的水深拟合图红色实线为最佳高斯拟合线；灰色条带为转换断层发育位置；红色条带为热点投影到洋中脊的位置；A，B，C，D，E，F 为洋脊研究分区Fig.4FittingdiagramofseafloordepthalongSWIRThesolidredlineisthebestGaussianfittingline；thegraystripesindicatethelocationoftransitionfaults；theredstripeisthelocationwheretheplumeisprojectedontothemid-oceanridge；A，B，C，D，E，Farethesegmentedstudyareas460地震学报45卷（a）（b）19 E2021222319 E2021222351 36S 52 0052 2452 4853 1253 3654 0054 24400030002000100051 36S 52 0052 2452 4853 1253 3654 0054 24300100100磁异常/nT300水深/m采样点洋脊有效扩张方向采样点洋脊有效扩张方向图5沿西南印度洋中脊采样以及扩张方向示意图（a）水深地形图；（b）磁异常分布图，磁异常数据来源于全球 2 分辨率磁力网格数据 EMAG2（Mauset al，2009）Fig.5SchematicdiagramofsamplingalongSWIRanditsspreadingdirection（a）Topographicmap；（b）Themagneticanomaliesmap，andthemagneticanomalydataarefromEMAG2（Mauset al，2009）123456430246NSNTSNTN12345NSTSTN洋脊北侧裂谷高度TS洋脊南侧裂谷高度TN12345NSTSTNCCCOO扩张中心C洋脊北侧裂谷顶点D洋脊南侧裂谷顶点OODDD水深/km水深/km水深/kmMa（a）（b）（c）剖面与洋脊交点（64.65 E，27.89 S）剖面剖面与洋脊交点（40.39 E，43.60 S）剖面剖面与洋脊交点（14.23 E，52.18 S）剖面 图 1 中剖面图6西南印度洋中脊轴部形态示意图（a）富岩浆段洋中脊轴部隆起形态；（b）富岩浆段至贫岩浆段的过渡形态；（c）贫岩浆段洋中脊轴部凹陷形态Fig.6Schematicdiagramofaxialmorphologyofmid-oceanridge（a）Axialrisecharacterizedbyrichmagmaticsupply；（b）Atransitionaltypebetweentheaxisriseandvalley；（c）Axialvalleymarkedbypoormagmaticsupply3期王昊等：从西南印度洋中脊轴部形态及其两侧沉降速率变化探讨热点与洋中脊相互作用461（图 6b）；当 T100m 时代表岩浆供给不足的轴部凹陷（图 6c）。3.2.2 沉降速率由于 SWIR 及其 250km 以内沉积物较少（200m）（Whittakeret al，2013；Dutkiewiczet al，2017），因此我们可以将海底深度等同于基底深度。早期的研究表明，受大洋板块半冷却空间模型的影响，基底深度与洋壳年龄的 1/2 次幂正相关（Parson，Sclater，1997；Stein，Stein，1992；Crosby，McKenzie，2009）。我们取洋脊两侧大于 4Ma（去除轴部裂谷的影响）的年龄的平方根与基底深度作散点拟合（多项式一阶）（Crosby，McKenzie，2009），得到其沉降线性方程式为yktb，（1）ytkMab式中：为基底深度，单位为 km；为洋壳年龄，单位为 Ma；为沉降速率，单位为 km/；为基底初始深度，单位为 km。获得的拟合线如图 7 所示。4 结果 4.1 SWIR 轴部裂谷深度的特征及变化情况图 8 展现了洋中脊轴部形态的变化情况，轴部隆起占比 13.38%，主要集中在 19E，36.1E，41.2E，43.7E，50.4E，64.5E 处。较深的轴部凹陷（图 6c）占比为 82.8%。两者的过渡形态，其轴部地形较为平坦（图 6b），占比 3.82%。SWIR 研究区域内轴部裂谷深度 T 的平均值为1.0km。A 区轴部隆起占 A 区采样点总数的 8.73%，B 区占其 28%，C 区占 39.5%，D 区占 12.28%，E 区没有轴部隆起，F 区占 11.72%。通过洋中脊轴部隆起情况可以推断，19E，36.1E，41.2E，43.7E，50.4E，64.5E 处较SWIR 其它地方可能具有更为集中的岩浆供应。图 9 给出了轴部裂谷深度与距马里昂热点和克洛泽热点距离的关系，本文以洋脊距热点 1000km 处（本文将 1000km 作为热点影响的极限距离）为界将 SWIR 分为区和区两部分，距马里昂热点 1000km内的区平均轴部裂谷深度为0.45km，区平均轴部裂谷深度为1.11km。区轴部隆起占 SWIR 采样点总数的 5.53%，占区采样点数的 30.13%；轴部凹陷和过渡形态占 SWIR 采样点总数的 12.79%。距马里昂热点超过 1000km 的区轴部隆起占SWIR 采样点总数的 8.09%，占区采样点数的 9.91%；轴部凹陷和过渡形态占 SWIR 采样点总数的 73.59%（图 9a）。拟合曲线 L 洋中脊北侧数据洋中脊南侧数据4.54.03.53.02.52.01.51.00.5102Ma3450水深/kmL:yk tb剖面与洋脊交点（14.50 E，52.18 S）剖面图7沉降曲线示意图Fig.7Schematicdiagramofbasementsubsidencecurves462地震学报45卷距克洛泽热点 1000km 内的区平均轴部裂谷深度为0.66km，1000km 外的区平均轴部裂谷深度为1.12km。区轴部隆起占 SWIR 采样点总数的 6.23%，占区采样点数的22.55%；轴部凹陷和过渡形态占 SWIR 采样点总数的 21.36%。区轴部隆起占 SWIR 采样点总数的 7.39%，占区采样点数的 10.21%；轴部凹陷和过渡形态占采样点总数的 65.02%（图 9b）。4.2 SWIR 沉降速率的特征及变化情况MaMaMaMaMaMa图 10 显示了 SWIR 沉降速率在不同区域的变化情况。SWIR 平均沉降速率为 0.368km/，A 区域的平均沉降速率为 0.393km/，B，C，D 区域的平均沉降速率为 0.29km/，E 和F 区域的平均沉降速率为 0.415km/，其中：A，D，E 和 F 区的沉降速率较为稳定，介于0.30.5km/之间，与全球实际观测的沉积速率值（0.3250.2km/）基本吻合（Crosby，McKenzie，2009）；而 B 区和 C 区的沉降速率出现异常小的值。埃里克辛普森英多10 E152025303540455055606570321012轴部裂谷深度/kmGAABCDEFDIIDTPEESINAIIMEL轴部凹陷平坦过渡轴部隆起马里昂克洛泽图8SWIR 轴部地形图（灰色和红色条带意义同图 4）Fig.8SWIRaxialmorphology（Themeaningofgrayandredstripesarethesameasinfig.4）5001000150020002500300032101210.21%22.55%7.39%6.23%65.02%21.36%轴部裂谷深度/km距克洛泽热点距离/km距马里昂热点距离/km（b）050010001500200025003000350032101273.59%12.79%8.09%5.53%30.13%9.91%0.1 km0.1 km轴部裂谷深度/km（a）A，E，FBCD图9轴部裂谷深度随与马里昂热点（a）及克洛泽热点（b）距离的变化图Fig.9DiagramofaxialriftdepthvariationwithdistancefromMarionhotspot（a）andCorzethotspot（b）3期王昊等：从西南印度洋中脊轴部形态及其两侧沉降速率变化探讨热点与洋中脊相互作用463MaMaMa姆段（39.4E45.8E，蓝色方框）是沉降速率异常小的区域（0.0974km/），此区域洋脊南北两侧的沉降速率有较为明显的差异，其中北侧的平均沉降速率为 0.179km/，而南侧平均沉降速率仅为 0.044km/（图 10b 蓝色方框），并且大部分北侧沉降速率大于南侧。MaMaMaMaMaMa图 11 给出了洋脊两侧沉降速率与距马里昂热点和克洛泽热点距离的关系，本文以距热点 1000km 处为界将 SWIR 分为区和区两部分，距马里昂热点 1000km 内的区平均沉降速率为 0.205km/，区平均沉降速率为 0.399km/。区沉降速率小于 B，C，D 区平均沉降速率 0.29km/的占 SWIR 采样点总数的 12.5%，占区采样点数的 65.38%；沉降速率大于或等于 0.29km/的占 SWIR 采样点总数的 6.61%。区沉降速率小于0.29km/的占 SWIR 采样点总数的 15.93%，占区采样点数的 19.69%；沉降速率大于或等于 0.29km/的占 SWIR 采样点总数的 64.96%（图 11a）。MaMaMaMaMaMa距克洛泽热点 1000km 内的区平均沉降速率为 0.265km/，1000km 外的区平均沉降速率为 0.402km/。区沉降速率小于 0.29km/的占 SWIR 采样点总数的14.46%，占区采样点数的 50.21%；沉降速率大于或等于 0.29km/的占 SWIR 采样点总数的 14.34%。区沉降速率小于 0.29km/的占 SWIR 采样点总数的 13.97%，占区采样点数的 19.62%；沉降速率大于或等于 0.29km/的占 SWIR 采样点总数的 57.23%（图 11b）。10 E1520253035404550556065701.00.60.20.20.61.0洋脊两侧沉降速率差值/(kmMa-1/2)B 28%C 39.58%D 12.28%（b）DTPEESDIIINGAAIIA 8.73%E 0%F 11.72%负值马里昂克洛泽正值10 E152025303540455055606570（a）DTPEESDIIINGAAIIB 28%C 39.58%D 12.28%A 8.73%E 0%F 11.72%0.200.20.40.60.81.0标准差小的沉降速率标准差大的沉降速率沉降速率/(kmMa-1/2)图10SWIR 沉降速率图图（a）中红色实线为各研究区域内沉降速率的拟合线，品红色虚线为 SWIR 沉降速率平均值，蓝色阴影为全球沉降速率均值范围（Stein，Stein，1992；Crosby，McKenzie，2009）；图（b）中蓝色和黑针线分别为洋中脊北侧沉降速率减去南侧所得的正值与负值，灰色及红色条带与图 4 同。顶部红色区域显示洋脊轴部隆起所占比例（a）沉降速率沿轴变化图；（b）洋脊两侧沉降速率差值沿轴变化图Fig.10SWIRsedimentationratediagramInfig.（a），thesolidredlineisthebestfitlineofthesubsidenceratealongtheSWIR，thereddottedlineshowsanaverageSWIRsubsidencerate，whilethehorizontalbluestripesrepresenttheglobalsubsidencerate（Stein，Stein，1992；Crosby，McKenzie，2009）；Infig.（b），theblackandbluelinesindicatethevaluesofdifferencebetweenthenorthernandsouthernsubsidencerate.Theverticalgrayandredstripesindicatethesamemeaningasinfig.4.Theredareasattoprepresentthepercentageoftheaxialriseforeachregion.（a）SubsidenceratevariationalongSWIR；（b）Axialvariationofthedifferencebetweennorthernandsouthernsubsidencerate464地震学报45卷 5 讨论与结论 5.1 SWIR 沿轴岩浆活动情况研究表明当扩张速率低于 20mm/a 时，由于地幔岩浆上涌速度较慢，受到地表热传导冷却作用的影响强烈，导致上涌地幔的温度快速降低，从而造成扩张洋中脊下方的岩石圈快速增厚（Whiteet al，1992）。较厚的岩石圈其弹性厚度较大，可以承受较大的动态应力，维持更大的断层间距、落差和弹性挠曲（Tapponnier，Francheteau，1978；Lin，Parmentier，1989；Chen，Morgan，1990a，b），承载的扩张轴部裂谷一般更深。如果洋脊在扩张过程中受到高温热点或地幔成分异常的影响，会产生较厚的洋壳从而减弱岩石圈的强度，使扩张轴部裂谷更浅甚至出现隆起形态（Sloanet al，2012）。本文研究结果显示 19E，36E，