梁勁　沙志彬　陳弘（廣州海洋地質調查局，廣州，510760）本文研究得到國家重點基礎研究發(fā)展項目（編號：G2000046705-01）資助。第一作者簡介：梁勁，男，1971年出生，物探工程師，1995年畢業(yè)于成都理工學院信息工程與地球物理系，大學本科，曾經(jīng)從事大洋多金屬結核和結殼的勘探工作，現(xiàn)主要從事天然氣水合物調查研究工作。摘要　西太平洋由于大規(guī)?；鹕交顒哟嬖冢顚尤蹘r上涌，為結殼的形成提供了豐富的物質來源。根據(jù)磁測資料，對區(qū)內MF海山磁異常特征，采用似二度體磁力剖面異常特征計算公式，用正演擬合方法來反演地下地質體產(chǎn)狀、形態(tài)大小、基底起伏和磁性體物性參數(shù)，從而得出磁源體特征。研究海山性質及鄰域洋底的地質構造特征，特別是斷裂構造及其分布、巖漿活動規(guī)律以及巖石物性等有關的海山結殼的地質構造背景及其演化，為探討地質構造對結殼的生長的控制作用提供依據(jù)，并為評價富鈷結殼資源提供基礎資料。關鍵詞　西太平洋　磁異?！嗔褬嬙臁≌輸M合　火山活動1　前言富鈷結殼是海底重要的固體礦產(chǎn)資源之一。20世紀80年代以來，先進工業(yè)國對大洋底、特別是對中太平洋海山和西太平洋麥哲倫海山區(qū)以及約翰斯頓島專屬經(jīng)濟區(qū)進行了大量的調查工作?！熬盼濉逼陂g，我國開始有計劃地開展偵察性的調查。國土資源部“海洋四號”船DY95-7、DY95-9航次在麥哲倫海山區(qū)對MA、MC、MD、ME、MF五座海山完成了5826.5km的磁力測量。磁測數(shù)據(jù)作了磁力電纜長度校正和船磁方向校正，并以國際地磁參考場（IGRF）進行正常場校正，資料真實可靠。測區(qū)位于西太平洋的麥哲倫海山區(qū)，由五座海山組成，面積約60000km2，為國際公海區(qū)，是世界大洋中最大的海山群之一，西南距關島約400nmile，東南距馬紹爾共和國首都馬朱羅約1000nmile。區(qū)內水深1200～5500m。該區(qū)水下海山鏈呈NW-SE向展布，多為平頂山，山頂水深1200～1500m，山坡較陡，坡上有豐富的富鈷結殼。海山鏈是形成于侏羅－早白堊世洋底基底之上的火山構造隆起，區(qū)內磁條帶的展布和地層分布特征表明，海山鏈的形成與北西走向的轉換斷層密切相關。海山均是構造因素控制下，沿斷裂帶火山噴發(fā)/噴溢作用的火山成因，海山在形成過程中受到北東向次級斷裂控制，單座海山呈北東向展布。海山基座的主體巖石由中侏羅世洋中脊拉斑玄武巖、早白堊世板內堿性與拉斑玄武巖和洋島枕狀玄武巖組成，噴發(fā)年齡為100～200Ma。山頂主要沉積物為鈣質軟泥（有孔蟲碎屑）、火山碎屑巖、碳酸鹽殼（主要是鮞狀灰?guī)r）及粘土等組成（何高文等，2001）。根據(jù)有關資料（Nakan-ishi和Winterer,1998），測區(qū)西面的中生代磁異常條帶近NE-SW走向，磁異常條帶年齡往SE方向變老，從最新的M25（147Ma）到最老的M32（未確定年齡），經(jīng)歷了多次地磁極性倒轉（圖1）。圖1　測區(qū)附近海域中生代磁異常條帶分布圖（據(jù)Nakanishi和Winterer,1998，有修改）Fig.1　Distribution of Mesozoic magnetic lineation in round the study sea area2　磁異常特征本區(qū)磁異常面貌比較簡單，類型單一，且形態(tài)相似，各個海山大同小異。以MF海山為例，從平剖圖（圖2）看，測區(qū)磁異常呈有規(guī)律的條帶狀，且沿東西向平行排列、正負交替。異常變化梯度較緩，其形態(tài)較圓滑。有的磁異常振幅雖高達數(shù)百nT，但變化卻不很劇烈，異常形態(tài)十分寬緩，剖面間可追蹤對比。圖2　MF海山磁力異常（△T）平剖圖Fig.2　The MF seamount magnetic anomaly（△T）profile in plan對比海底地形圖（圖3）和磁力（△T）異常平面等值線圖（圖4）可以看出，MF區(qū)內磁異常主要發(fā)育在內平頂山南北兩側的山坡上，以負值為主，在負值的背景下，局部負異常發(fā)育，僅中部即山頂上有兩處異常值大于100nT的小正異常；平頂山南、北兩側邊緣處形成兩大伴生異常。北伴生異常北正南負，負異常幅值比正異常幅值大，負異常中心較兩翼平緩，異常中心極值超過－850nT。南、北兩翼陡峭，北翼較南翼陡（平均梯度值達120nT/km），梯度方向向北，其北側伴有一異常值大于400nT的正異常；南翼較緩（平均梯度值約90nT/km），梯度方向基本向南。南伴生異常南正北負，負異常亦具有中心較緩，南、北兩翼陡峭的特征，且異常幅值比正異常幅值大。異常中心極值超過－850nT；南北兩翼梯度值相近，（平均梯度值約為90nT/km），梯度方向近南北向，其南側伴有異常值大于300nT的正異常。3　磁異常解釋3.1斷裂與巖漿活動斷裂是火山巖巖漿活動的通道，海山本身就是火山巖漿沿斷裂發(fā)生噴溢活動的產(chǎn)物，而磁異常則是巖漿作用的地球物理表征，它是巖漿噴溢后所形成的巖石物性的客觀反映。因此，通過地磁異常分析可獲知巖漿活動的某些特征與規(guī)律，以及巖石的物性差異等（米納德，1978）。圖3　MF海山地形圖Fig.3　The map of the topographical from of the MF seamount根據(jù)磁異常的異常階梯帶、線性異常帶、串珠狀異常分布，以及異常被扭曲或斷錯等特征，可基本推斷和確定斷裂的分布狀況（瓦奎爾，1984）。如圖4所示，MF海山大的斷裂有兩條，屬于次級斷裂。F1斷裂位于海山體北部的平頂山邊緣，為EW向斷裂；F2斷裂位于海山體南部的平頂山邊緣，為NE向斷裂。斷裂位置磁異常發(fā)生明顯扭曲變化，兩側磁異常走向不同，異常面貌特征和異常振幅等存在一定的差異。對比海底地形圖（圖3）和MF海山△T磁異常平剖圖（圖2）可以看出，MF海山為大型平頂山，山頂平臺面積龐大，地形平坦開闊，有一大一小兩個山頂平臺，而海山的山坡地形陡峭。與之相應的磁異常變化單調，形態(tài)圓滑，少有局部發(fā)育，表明山頂平臺為單火山口中央噴溢式形成?？刂芃F海山兩大伴生負異常的磁源體，根據(jù)相似的地磁異常形態(tài)特征，相近的異常形態(tài)幅值，但其磁化方向幾乎相反，可認為它們來源于相同的物源，并可能形成于不同時期的分別沿F1和F2斷裂的火山噴溢活動。根據(jù)海山地形形態(tài)和磁異常特征分析，噴溢時熔巖向低洼處流溢。它們形成后經(jīng)后期構造運動逐漸下沉、沉降過程中，其頂面逐漸被海水侵削而成為平頂山。圖4　MF海山磁力（△T）異常等值線圖Fig.4　Contour magnetic anomaly（△T）of the MF seamount3.2　正演擬合從實用的角度出發(fā)，正演擬合計算采用似二度體剖面磁力異常計算公式。地科院礦床所研制了一套進行磁力異常剖面解釋研究工作的應用軟件系統(tǒng)。其主要原理是用計算機模型來模擬地下地質條件，用模型引起的理論異常與實測異常相比較，通過逐步修改模型的形狀和物性參數(shù)，使理論異常與實測異常相吻合來反演地下地質體的形狀或物性參數(shù)的目的。可依據(jù)一定已知資料反演地下地質體的產(chǎn)狀、形態(tài)大小、基底起伏和磁性體物性參數(shù)。該系統(tǒng)對二度體和似二度體剖面磁力異常的地質解釋十分有效，對三度體磁力異常的地質解釋亦有一定的參考價值。伴生異常一般在中緯度地區(qū)地下磁性體在斜磁化的條件下產(chǎn)生，并且在北半球具有南正北負的特征，測區(qū)位于北緯17°～19°，屬中、低緯度區(qū)，磁異常背景為負值，與正異常伴生的負異常幅值大，且磁異常分布特征與海山有一定的對應關系。該地區(qū)在正常磁化（地磁傾角約15°～20°）條件下，根據(jù)磁場公式，沿走向有限或無限延深的單個規(guī)則板狀體所引起的異常形態(tài)，應表現(xiàn)為兩正峰夾一負峰，負峰幅度比正峰幅度大，南正峰幅度比北正峰幅度大（羅孝寬等，1991）（圖5）。下面根據(jù)此特征，通過實測剖面的模擬計算對磁異常進行解釋。圖5　沿走向有限延深厚板狀體磁異常特征示意圖Fig.5　A sketch showing of magnetic anomaly character thick-platy body along the trend and limited extend圖6是正南北向切割MF平頂山的一個剖面。該地區(qū)正常磁化的地磁傾角約15°，異常形態(tài)特征表現(xiàn)為兩正異常夾一負異常，負峰幅度比正峰幅度大，南正峰幅度比北正峰幅度大。實測異常曲線中，可分為f1和f2兩個異常段，f1段表現(xiàn)為兩正異常夾一負異常，負峰幅度比正峰幅度大。北段正異常比南段正異常幅值大，但受測線范圍限制，形態(tài)不完整，負異常對應平頂山北側邊緣；南伴生正異常與f1段有重疊。f2段形態(tài)與f1段相類似，但磁化方向相反，北正異常與f1段部分重疊，南正異常比北正異常幅值大，受測線范圍限制形態(tài)不完整，負異常對應平頂山南側邊緣。根據(jù)上述分析，可知該剖面異常曲線基本上表現(xiàn)為該地區(qū)正常磁化異常的形態(tài)特征，根據(jù)此特征模擬出磁源體的分布狀況（圖6），磁異常為兩大磁源體所引起，其埋深約2km，為火山噴發(fā)的玄武巖。其中f1段磁源體有效磁傾角I為285°，有效磁化強度J為10A/m;f2段磁源體有效磁傾角I為16°，有效磁化強度J為12A/m，為正常磁化。根據(jù)磁條帶年齡分析，MF海山形成于侏羅紀，海山南北兩側巖石磁性有差異，但差異不大，而有效磁傾角幾乎相反，表明南北磁源體在磁場中磁化方向不一致，形成時間也不一樣，即發(fā)生了一次地磁極性倒轉。據(jù)此推測南北兩大磁源體是不同時期、不同位置的火山沿F1和F2斷裂噴發(fā)所形成。4　結論研究海山基底及鄰域洋底的地質構造特征，特別是斷裂構造及其分布、巖漿活動規(guī)律以及巖石物性等有關的海山結殼的地質構造背景及其演化，為探討地質構造對結殼生長的控制作用提供依據(jù)。圖6　MF-09線磁力異常正演擬合剖面圖Fig.6　Line MF-09 magnetic anomaly interpreted section通過對調查區(qū)磁異常特征進行討論、計算、解釋，可以得出如下結論：MF磁源體形成于侏羅紀，為火山噴發(fā)的玄武巖所構成，斷裂是火山巖巖漿活動的通道，平頂山是火山巖漿沿斷裂發(fā)生噴溢活動的產(chǎn)物，磁性基底埋深約2km。f2段巖石磁化方向與該地區(qū)現(xiàn)在的地磁傾角較一致，而f1段巖石磁化方向與該地區(qū)現(xiàn)在的地磁傾角幾乎相反，顯然是受地磁極性倒轉的影響；磁化強度相互之間有較小的差異，可能是由于該地區(qū)火山活動頻繁，為不同時期、不同位置、不同類型的火山多次噴發(fā)所致。由于大規(guī)模火山活動存在，深層熔巖上涌，為結殼的形成提供了豐富的物質來源。調查區(qū)拖網(wǎng)資料顯示，不同海山樣品中的Mn、Cu、Co、Ni含量有較大的差別（朱克超等，1999），這可能與海山體地磁異常所反映的地質構造特征的差異和構造環(huán)境的不同，以及與可能的地質發(fā)育史和年齡的差異有關。由此可見，地質構造對多金屬結殼的生長是具有明顯的控制作用的。從地磁學方面來說，結合海山磁異常特征來研究海山深部構造及火山活動對富鈷結殼成礦的影響，特別是結殼基巖層的地質構造及其背景和演化過程對富鈷結殼的分布與生長的控制作用，為探討基巖與結殼分布、厚度、品位之間關系提供依據(jù)，從而為進一步地研究磁異常特征與富鈷結殼的分布關系，并以此結合地形地貌等地質資料查明結殼分布的邊界及礦塊尺度，為評價富鈷結殼資源提供基礎資料。參考文獻何高文，趙祖斌，朱克超等.2001.西太平洋富鈷結殼資源.北京：地質出版社，3～35羅孝寬，郭紹雍主編.1991.應用地球物理教程——重力磁法.北京：地質出版社，230～248朱克超，李揚，趙祖斌.1999.麥哲倫海山區(qū)MA、MC海山玄武巖基巖的巖石學特征.海洋地質與第四紀地質（4）.北京：科學出版社，11～19H.W.米納德著，郝頤壽，谷磊昭譯.1978.太平洋海洋地質.北京：科學出版社，211Nakanishi and Winterer.1998.Journal of Geophysical.103（B6）:12453～12454V.瓦奎爾著.于聯(lián)生，杜曾蔭，吳銘先譯.1984.海底地磁學.北京：科學出版社，132The Magnetism Anomaly and Its Geological Significance of Mf Seamount in West PacificLiang Jin Sha Zhibin Chen Hong（Guangzhou Marine Geology Survey,Guangzhou,510760）Abstract:There largely developed volcano erupting and effusing of the lava from the deep stratum in West Pacific,which provided plentiful sources for the crusts coming into being。based on the magnetic anomaly of the MF in the study area,we adopted the magnetic anomaly formula in similar two-dimension and then inversively simulated the occurrence,dimension of the geological body,The configuration of its basement and its physical parameter etc.by the forward modeling method.The characteristic of the magnetism sources was drawn.The research on the geological structure of quality of the seamount and adjoining seafloor,especially on its geological background and the evolution such as the distribution of the stuctrual fault,the rule of the mag-ma activity and rock property etc,which is related to the formation of the crusts,provided groundwork not only for the understanding of geological structure effecting on the srusts formation,but also for the assessment of the Co-rich crusts scull resources.Key Words:West Pacific　magnetic anomaly　Fault structure　Forward modeling　Volcanic activity
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。