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【前沿报道】Geology:新生代中期太平洋板块运动改变——对西北夏威夷海岭和环太平洋的意义
2018-12-11 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  在大洋板块内部有多条由火山锥构成的火山岛链。它们呈线状定向展布,年代和方向性明显,一端连着现代活火山,另一端连着距活火山愈远而时代愈老的串珠状死火山,夏威夷岛-皇帝海山就是典型代表(图1)。通常认为火山链反映了岩石圈板块越过热点的移动轨迹,它记录了板块运动的方向和速率。假定地幔柱—热点位置是固定的,板块在地幔柱上方运动形成火山岛的直线排列和年龄则可以用来重建板块运动的方向和速率。 

  火山热点轮廓的弯曲,如最典型的夏威夷-皇帝弯曲构造(图1 H-E Bend,以下简称“HEB”),过去被认为是板块运动发生变化的直接记录,但近期有学者发现,因太平洋下地幔流动变化而引起地幔热点位置的变化能更好地解释这一现象,热点位置变化可以用来研究过去地幔环流的模式。O'Connor 等(2015)通过夏威夷-皇帝弯曲附近Muscicians海岭的地球化学研究认为,海山(岭)的形成与地幔柱活动无关,而是由于太平洋板块变形导致的伸展环境引起,太平洋板块周边的系列俯冲事件可能触发了板块—地幔重组,从而形成了HEB。长期以来,岛链的弯曲特征、年龄演进和动力学机制一直吸引着众多学者。 

1 西北夏威夷海岭(NWHR)已做过测年的火山。桔色星标表示新生代中期板块运动发生改变的大致所在,Pearl Hermes环形岛礁以南的海山都属于白垩纪(Jicha et al., 2018 

  西北夏威夷海岭(NWHR)已积累了不少年代学数据,但上世纪七八十年代的K-Ar40Ar/39Ar数据表现出了明显的离散性,而从2006年起则只有12个火山进行过40Ar/39Ar定年,并且大部分靠近HEB区、NWHR的最北端。根据一系列玄武岩40Ar/39Ar定年结果,O’Connor等(2013)推测沿着NWHR有两个不同的年龄演进趋势,约15 Ma或早至27 Ma时板块运动速度明显的加快。问题是,他作出一论断时并没有使用年轻于25 Ma的熔岩40Ar/39Ar定年数据。 

  针对这一数据缺失问题,美国威斯康星大学B. R. Jicha等学者对西北夏威夷海岭开展了大量高精度的年代学研究工作。从覆盖整个西北夏威夷海岭、全长2800 km15个火山熔岩中获得26个新40Ar/39Ar定年结果,进一步加深了对海山年龄—距离关系的认识(图2)。研究成果。 

皇帝海山链南端-西北夏威夷海岭-夏威夷群岛火山取样位置相对于夏威夷基拉韦厄(Kilauea)火山的距离与样品40Ar/39Ar年龄图。皇帝火山群南端(53 Ma)向东南至中途岛(28 Ma)构成一种年龄变化趋势(57 km/Ma)。更年轻火山年龄(莱桑岛到基拉韦厄岛,21-0 Ma)则给出了显著变大的速率(87 km/Ma)。线性年龄回归计算仅对造盾阶段熔岩流。对有多阶段造盾火山,仅最老的熔岩年龄用于回归计算 

  得到的主要新认识如下: 

  1)利用新的40Ar/39Ar年龄—距离线性关系,结合前人研究,评估了西北夏威夷海岭片段在太平洋板块运动中的变化,将夏威夷-皇帝弯曲的时代确定为49.4 ± 0.4 Ma 

  2)将小于21M a52-28 Ma的年龄演进速率进一步外推,得到板块运动变化的位置(离夏威夷基拉韦厄火山约2235 km,图1中桔色星标),并且获得该点绝对年龄 25.3 ± 0.5 Ma。揭示了25.3 Ma太平洋盆地中发生一次重要的构造事件,导致了太平洋板块北向运动和逆时针旋转。随着板块运动方向的变化,扩张速率或板块运动速率明显从57 km/Ma增加至87 km/Ma 

  3)重新评价了环太平洋新生代中期事件和太平洋板块25.3 Ma转变之间的潜在联系。作者认为约25 Ma板块转向的意义可能比HEB那次更重要,因为它可能和环太平洋许多火山和构造事件相关,并且影响了位于太平洋盆地的4个热点轨迹,并对环太平洋火山弧有重要影响。这些地质事件的关联非常重要,但具体过程和影响仍有待深入探讨。 

    

  相关参考文献    

  1. Jicha B R, Garcia M O, Wessel P. Mid-Cenozoic Pacific plate motion change: Implications for the Northwest Hawaiian Ridge and circum-Pacific[J]. Geology, 2018, 46(11): 939-942.  

  2. O’connor J M, Hoernle K, Müller R D, et al. Deformation-related volcanism in the Pacific Ocean linked to the Hawaiian–Emperor bend[J]. Nature Geoscience, 2015, 8(5): 393-397. 

  3. O'Connor J M, Steinberger B, Regelous M, et al. Constraints on past plate and mantle motion from new ages for the Hawaiian‐Emperor Seamount Chain[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2013, 14(10): 4564-4584.  

  4. Tarduno J, Bunge H P, Sleep N, et al. The bent Hawaiian-Emperor hotspot track: Inheriting the mantle wind[J]. Science, 2009, 324(5923): 50-53.      

  (撰稿:/岩石圈室)

 
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