海底熱液活動的四維分布

海底熱液活動的四維分布

0海底熱液活動研究的意義1965年，美國的“atlanisii”科學(xué)調(diào)查船首次在黑海海底發(fā)現(xiàn)了由金屬礦床引起的熱液礦床，開啟了現(xiàn)代海床活動的研究序列。在初期階段,現(xiàn)代海底熱液活動調(diào)查研究所關(guān)注的主要問題是熱液成礦問題。但隨后一系列重大的調(diào)查發(fā)現(xiàn),如高溫黑煙囪、海底熱液生物的發(fā)現(xiàn),極大地改變了人們頭腦中已有的關(guān)于傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)甚至傳統(tǒng)生物學(xué)的認(rèn)識。人們發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代海底熱液活動的調(diào)查研究不僅可以為板塊構(gòu)造理論提供重要的證據(jù)支持,同時它也是我們認(rèn)識地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成的一個重要窗口。這樣熱液活動調(diào)查研究的科學(xué)意義在某種程度上更甚于其經(jīng)濟(jì)意義,從而得到更加廣泛的關(guān)注。海底熱液活動研究的主要科學(xué)問題有海底熱液活動的分布規(guī)律、成因機(jī)制、環(huán)境效應(yīng)及其成礦機(jī)理等。熱液活動發(fā)育的構(gòu)造環(huán)境研究不僅可以從理論上認(rèn)識熱液活動發(fā)育的機(jī)制,同時也可以為新的熱液活動區(qū)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)指明方向,多少年來一直是倍受關(guān)注的問題之一。對該問題的認(rèn)識也隨著熱液調(diào)查發(fā)現(xiàn)的深入而不斷從片面走向深入。20世紀(jì)70年代以前,Arrhenius等認(rèn)為只有快速擴(kuò)張的大洋中脊才能發(fā)育熱液活動。但于1974年Rona等就宣布了在慢速擴(kuò)張的大西洋中脊著名的TAG熱液活動區(qū)的發(fā)現(xiàn)。1974年勞海盆中熱液活動區(qū)的發(fā)現(xiàn)又將熱液活動發(fā)育的構(gòu)造背景從大洋中脊擴(kuò)大到了弧后盆地。很快,人們就認(rèn)識到現(xiàn)代海底熱液活動是一種全球性的地質(zhì)現(xiàn)象。很多文章總結(jié)了各個時期太平洋、大西洋乃至全球的現(xiàn)代海底熱液活動調(diào)查研究,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行熱液活動區(qū)的分布規(guī)律研究,但至今還沒有關(guān)于海底熱液活動區(qū)的水深分布特征和構(gòu)造環(huán)境系統(tǒng)而詳細(xì)的分類分析研究。開展這方面的研究工作對掌握現(xiàn)代海底熱液活動區(qū)的分布規(guī)律,對新的現(xiàn)代海底熱液活動區(qū)的預(yù)測分布,以及對熱液活動成因機(jī)制研究等都有重要意義。本文利用已發(fā)表的文獻(xiàn)資料對全球490多個熱液活動區(qū)的水深分布進(jìn)行了統(tǒng)計,對其構(gòu)造背景進(jìn)行了研究,對發(fā)育熱液活動的構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行了分類,并對各種構(gòu)造環(huán)境發(fā)育熱液活動的頻度進(jìn)行了統(tǒng)計分析。1海底熱液休閑活動區(qū)域分布對發(fā)育現(xiàn)代海底熱液活動區(qū)的經(jīng)度、緯度和水深3個參數(shù)進(jìn)行分析可以得到熱液活動的三維空間分布規(guī)律。對熱液活動區(qū)的經(jīng)度分析發(fā)現(xiàn),目前已知的熱液活動區(qū)主要分布在100°W附近(376個)、140°E附近(49個)、40°W附近(47個)、80°E附近(16個)和160°E附近(4個),對應(yīng)的區(qū)域分別是東太平洋海隆區(qū)、西太平洋邊緣弧后盆地區(qū)、大西洋中脊區(qū)、印度洋中脊區(qū)和夏威夷火山區(qū)。有趣的是,這些區(qū)域除大西洋中脊和印度洋中脊相差120°外,其它區(qū)域都相差60°,而均分大西洋中脊和印度洋中脊的恰好是位于20°E附近的東非大裂谷,這是一條和大洋中脊同級別的構(gòu)造活動帶。表明現(xiàn)代海底熱液活動區(qū)主要分布在地球表面沿經(jīng)向等間距分布的構(gòu)造活動帶內(nèi)。對熱液活動區(qū)的緯度數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),北半球熱液活動區(qū)的數(shù)目(331個)明顯高于南半球熱液活動區(qū)的數(shù)目(161個),而且熱液活動區(qū)主要集中在40°N和40°S中、低緯度帶之間。在南北兩極目前還沒有發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代海底熱液活動區(qū)。發(fā)育現(xiàn)代海底熱液活動的水深范圍跨度很大。最淺的熱液活動區(qū)是伍德勒克盆地的多布熱液活動區(qū),水深為6m;最深的熱液活動區(qū)位于格拉帕格斯三叉區(qū)的86°W熱液活動區(qū),水深為5100m。但全球熱液活動區(qū)大部分水深集中在1300~3700m之間。平均水深為2532m。出現(xiàn)熱液活動概率最高的水深為2600m,其次為1700m、1900m、2200m、3000m和3700m(圖1)。2現(xiàn)代水下熱液活動的結(jié)構(gòu)環(huán)境分析發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代海底熱液活動發(fā)育的構(gòu)造環(huán)境主要是擴(kuò)張軸上的中軸谷、無中軸谷的擴(kuò)張軸、火山口、陸殼、大陸裂谷、沉積物區(qū)和三叉區(qū)。2.1熱液活動的中外谷中軸谷是擴(kuò)張洋脊軸上的凹地形,在形態(tài)上呈“U”型或者“V”型,一般位于擴(kuò)張軸的中軸部位,沿擴(kuò)張軸展布。調(diào)查發(fā)現(xiàn),不論是快速擴(kuò)張的擴(kuò)張脊還是慢速擴(kuò)張的擴(kuò)張脊都可能發(fā)育中軸谷。但快速擴(kuò)張的擴(kuò)張脊上的中軸谷和慢速擴(kuò)張的擴(kuò)張脊上的中軸谷形態(tài)不同?？焖贁U(kuò)張的洋脊上的中軸谷寬度小,一般為1km到幾公里寬,幾十米到幾百米深;慢速擴(kuò)張的洋脊上的中軸谷寬度大,一般為幾公里到十幾公里,深度為幾百米。較窄的中軸谷一般底部較為平坦,平坦的底部表面常為新的熔巖流所覆蓋,熔巖流上往往發(fā)育沿擴(kuò)張軸延伸的海底裂隙。某些海底裂隙還可能進(jìn)一步發(fā)育成為規(guī)模較小的谷中谷。較寬的中軸谷底部一般并不平坦,其中可以發(fā)育孤立的海底火山或者沿中軸谷展布的火山脊。發(fā)育熱液活動的中軸谷并不具有特定的模式,而是在中軸谷的谷底、中軸谷中的谷中谷、中軸谷中的低丘、中軸谷中的火山以及中軸谷的海脊上都可能發(fā)育熱液活動。加拿大深潛器曾在東北太平洋海隆的勘探者洋脊南段進(jìn)行了多次深潛調(diào)查,發(fā)現(xiàn)沿該段擴(kuò)張洋脊發(fā)育小型的中軸谷。中軸谷1000m寬,超過100m深,沿洋脊的中軸展布。中軸谷的谷底海底裂隙、地塹、地壘十分發(fā)育。正在噴水的熱液活動區(qū)位于谷底的裂隙區(qū)。著名的TAG熱液活動區(qū)所在擴(kuò)張洋脊也發(fā)育中軸谷。此處的中軸谷有6km寬,幾百米深,谷底地形復(fù)雜,東西兩壁為臺地區(qū),谷底中軸以西為新火山區(qū),東側(cè)為裂隙和小斷層區(qū)。熱液活動區(qū)位于東側(cè)的裂隙區(qū)和小斷層區(qū)中。東太平洋海隆21°N擴(kuò)張脊上的NGS、OBS和SW熱液活動區(qū)則位于中軸谷谷底的新鮮的熔巖流區(qū)。谷中發(fā)育熱液活動區(qū)的例子是噴口l、噴口3和普萊姆熱液活動區(qū)。這3個熱液活動區(qū)位于胡安德?？ㄑ笾屑沟目迫R伏特擴(kuò)張段。該段洋中脊發(fā)育中軸谷,中軸谷寬2~3km,深80~120m,谷底平坦。詳細(xì)的調(diào)查發(fā)現(xiàn),在中軸谷的中軸部位又發(fā)育小峽谷,100m寬,30m深,上述的3個熱液活動區(qū)就限于這個100m寬的小峽谷中。大西洋中脊上斷劍熱液活動區(qū)、米尼茲吉文熱液活動區(qū)和幸運(yùn)熱液活動區(qū)都發(fā)育在中軸谷的火山上。斷劍熱液區(qū)和TAG熱液活動區(qū)位于同一個洋中脊擴(kuò)張段上,該脊段發(fā)育中軸谷,中軸谷的寬度為9km。詳細(xì)的調(diào)查發(fā)現(xiàn),平坦的谷底西側(cè)發(fā)育一座新火山,熱液活動區(qū)即位于該新火山上。米尼茲吉文熱液活動區(qū)和幸運(yùn)熱液活動區(qū)位于海洋學(xué)家破裂帶以北的擴(kuò)張段上。該擴(kuò)張段的中軸谷中也發(fā)育了谷底火山,熱液活動區(qū)就位于火山口的底部或者邊緣。大西洋中脊的蛇坑熱液活動區(qū)位于開恩斷裂帶南側(cè)的擴(kuò)張段上。該擴(kuò)張段發(fā)育的中軸谷有20km寬,是大洋中脊中較寬的中軸谷,中軸谷的底部發(fā)育一列新火山脊,4km寬,500m高,40km長,規(guī)模為整個大西洋擴(kuò)張洋脊之最。熱液活動區(qū)位于新火山脊的頂峰。2.2洋中脊上熱液休閑活動中軸谷是擴(kuò)張洋脊上的一個較為普遍的現(xiàn)象,但在一些擴(kuò)張洋脊的擴(kuò)張段上中軸谷只是斷續(xù)出現(xiàn),而在有些擴(kuò)張段上則不發(fā)育中軸谷。調(diào)查發(fā)現(xiàn),在不發(fā)育中軸谷的擴(kuò)張脊上也可以出現(xiàn)熱液活動。戈達(dá)洋脊是東北太平洋海隆南端的一段擴(kuò)張脊段,該擴(kuò)張段的大部分?jǐn)U張軸都發(fā)育寬而深的中軸谷,塞科里夫熱液活動區(qū)位于戈達(dá)脊的北段,此處海底地形比南北兩側(cè)的地形都高,是一個軸高的部位。最初Collier等和Rona等指出這里的熱液活動區(qū)并不發(fā)育在中軸谷中。隨后詳細(xì)的海底地形和深潛調(diào)查證實了上述結(jié)論。近幾年法國的“航?！鄙顫撈鳌⒚绹摹鞍栁摹鄙顫撈骱腿毡镜摹吧詈?500”深潛器在南東太平洋海隆進(jìn)行了一系列的深潛調(diào)查,發(fā)現(xiàn)該段洋中脊從北到南幾乎是一個連續(xù)的熱液活動區(qū),Haymon等在該區(qū)域的詳細(xì)的海底地形調(diào)查發(fā)現(xiàn)在16°30′~17°56′S之間的南東太平洋海隆雖有眾多的熱液活動區(qū)發(fā)育,但此段洋中脊上沒有發(fā)育中軸谷。另外,弧后盆地中的一些擴(kuò)張洋脊的脊軸位置也不發(fā)育中軸谷,但卻發(fā)育熱液活動區(qū)。VFR脊上的WhiteChurch、VaiLili和HineHina熱液活動區(qū)是這方面的一個典型例子。外留福脊是南部勞盆地中一條年輕、活躍的擴(kuò)張脊,寬2.5~5km,高500~600m,脊頂寬幾百米到1km,脊頂上很多的火山丘,高可達(dá)60m,并有很多裂隙、斷層沿脊的走向展布,脊上無中軸谷發(fā)育,熱液活動區(qū)位于脊頂翼側(cè)。再如皮吉脊熱液區(qū)位于中部勞盆地中北西南東方向延伸的皮吉擴(kuò)張脊上,其上熱液活動區(qū)出現(xiàn)的部位裂隙發(fā)育,但無中軸谷。2.3熱液活動的破火山海底火山口是發(fā)育熱液活動的一個重要場所。熱液活動區(qū)往往發(fā)育在海底火山口內(nèi)側(cè)坡或者口底部位。一個火山口往往有多個熱液活動區(qū)發(fā)育。發(fā)育熱液活動區(qū)的火山口在火山口的大小、火山口的形態(tài)以及海底火山所處的構(gòu)造位置方面沒有明顯的特別之處。較大的火山口發(fā)育熱液活動區(qū),一些較小的火山口也同樣有熱液活動區(qū)存在。發(fā)育熱液活動的海底火山所處的構(gòu)造位置也多種多樣,即可以位于大洋中脊,也可以位于弧后盆地,還可以位于板塊內(nèi)部。同樣發(fā)育在大洋中脊和弧后盆地擴(kuò)張軸上的海底火山所處的構(gòu)造位置也各有不同,有的位于無中軸谷的擴(kuò)張脊軸上,有的位于擴(kuò)張脊的中軸谷中,有的則偏離擴(kuò)張脊的中軸而位于擴(kuò)張軸的側(cè)翼。如1987年“阿爾文”深潛器在胡安德福卡洋脊的中軸擴(kuò)張段進(jìn)行深潛調(diào)查時在擴(kuò)張軸的中軸處發(fā)現(xiàn)了一座破火山口。這是一座方形的破火山口,8km長,5km寬。沿破火山口的內(nèi)坡有多個正在活動的熱液活動區(qū),其規(guī)模在發(fā)育熱液活動的破火山口中是較大的。該破火山口所處擴(kuò)張脊沒有發(fā)育中軸谷。大西洋中脊的幸運(yùn)熱液活動區(qū)則發(fā)育在位于中軸谷的海底破火山口中。“航?！鄙顫撈骱汀鞍栁摹鄙顫撈髟诖颂幍恼{(diào)查發(fā)現(xiàn),該段洋脊發(fā)育的中軸谷寬11~15km,中軸谷中部的海山形成寬大的海臺,海臺上的山錐發(fā)育破火山口,在破火山口的底部發(fā)現(xiàn)了一個直徑300m的熔巖湖,熱液活動區(qū)主要沿湖的邊緣分布。部分火山口熱液活動區(qū)位于擴(kuò)張軸的軸旁火山上,如東太平洋海隆21°N的紅山熱液活動區(qū)。東太平洋海隆21°N是較早發(fā)現(xiàn)熱液活動的地區(qū)之一。早在20世紀(jì)70年代“西雅娜”深潛器和“阿爾文”深潛器就在此擴(kuò)張段的中軸谷中發(fā)現(xiàn)了多個熱液活動區(qū)。后來在此地區(qū)進(jìn)一步的調(diào)查發(fā)現(xiàn)在擴(kuò)張軸以西18km處發(fā)育一座海底火山,并發(fā)現(xiàn)此火山的破火山口中發(fā)育多個熱液活動區(qū)。再如,東南印度洋脊的布么蘭熱液活動區(qū)也位于擴(kuò)張軸的軸旁海山上?；『笈璧氐臒嵋夯顒訁^(qū)更多地是發(fā)育在海底火山之上。如沖繩海槽中的南奄西熱液活動區(qū)。南奄西熱液活動區(qū)位于中部沖繩海槽北端中央地塹的西北側(cè),大致呈菱形,東西長6km,南北寬3km,海丘周圍水深1000m,頂部水深600m,海丘的相對高度約400m。在海丘的頂部有類似火山口的地形,火山口直徑約1000m,口深超過100m,中央最大水深720m。日本的“深海2000”深潛器曾多次在此處下潛進(jìn)行熱液活動調(diào)查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱液活動區(qū)位于火山口西北坡接近底部,在底部的小凹陷中有多個熱液煙囪,煙囪噴口的溫度接近當(dāng)?shù)睾Ｋ姆悬c,為270多度。如北斐濟(jì)盆地柯氏海槽中的94S01熱液活動區(qū)。該海槽中發(fā)育北西走向斷裂帶,沿斷裂帶發(fā)育多座海底火山。調(diào)查發(fā)現(xiàn),其中一座海底火山的頂部發(fā)育火山口,火山口呈不規(guī)則的圓形,寬2.5km,長3km,深度范圍為1050~1320m,口底范圍1.3km×2km,最大水深1575m。熱液活動區(qū)發(fā)育在口底的枕狀熔巖上。再如福蘭克林海山熱液活動區(qū),位于伍德勒克盆地中西北西向延伸的海底擴(kuò)張軸的西端,該處的擴(kuò)張軸是一條高600m的火山脊,福蘭克林海山就是其上較大的一個火山錐,直徑2km,高150m,該峰頂即是熱液活動區(qū)所處的火山口,鐵錳氧化物廣泛分布于火山口中,從幾厘米高到7m高,其間還有一些正在噴水的噴口,水溫20~30℃。東馬奴斯盆地的迪莫斯熱液活動區(qū)也位于一個破火山口中,火山口的直徑只有1.5km,在發(fā)育熱液活動的火山口中則屬于較小的。另外,還有一些在地形上和火山口相類似,但尺度更小的地形,稱為熔巖井,也發(fā)育熱液活動區(qū)。如中部勞盆地中南北走向的新火山脊上有許多熔巖井,多為15~20m深,直徑100m,熔巖井中也發(fā)育熱液活動區(qū)。2.4陸后盆地的熱液活動前面提到的絕大多數(shù)現(xiàn)代海底熱液活動區(qū)都發(fā)育在洋殼之上,如東太平洋海隆、大西洋中脊、太平洋板內(nèi)火山等。但也有一些現(xiàn)代海底熱液活動區(qū)位于大陸地殼之上。這些陸殼又和普通的陸殼有所不同,一般都處于由陸殼向洋殼演化的進(jìn)程中,要么在陸殼上發(fā)育大陸裂谷,要么在陸殼上發(fā)育海底火山。如伍德勒克盆地中的多布熱液活動區(qū)和東盆地?zé)嵋夯顒訁^(qū)。伍德勒克盆地位于新幾內(nèi)亞以東,是印澳板塊和太平洋板塊相互作用的緩沖區(qū)。兩個重要特征使其有別于其它邊緣海盆。首先,它不位于海溝、弧后背景中,而是位于俯沖帶的前面,新生的洋殼在此向東俯沖到所羅門島下面;其次,一條擴(kuò)張軸從東到西縱貫整個盆地,但有2種地殼共存于盆地中,海盆由東部的海底擴(kuò)張,向西變成大陸裂谷進(jìn)入陸殼。盆地擴(kuò)張在這種較為復(fù)雜的構(gòu)造背景中進(jìn)行。伍德勒克盆地的熱液活動調(diào)查發(fā)現(xiàn),其擴(kuò)張軸中有一條火山脊,火山脊上有許多的火山機(jī)構(gòu),如多布海山、福蘭克林海山等。熱液活動區(qū)主要位于這些海山之上。多布海山位于伍德勒克盆地西端的大陸地殼上,這是一個直徑2.5km,高700m的火山錐,山峰水深只有330m。而福蘭克林海山位于伍德勒克盆地中西北西向延伸的海底擴(kuò)張軸的西端洋殼上,該處的擴(kuò)張軸是一條高600m的火山脊,脊上發(fā)育有10~40m高的火山錐,無任何沉積,福蘭克林海山就是其中較大的一個火山錐,直徑2km,高150m,峰頂是一個火山口,直徑500~700m,深60~100m,鐵錳氧化物廣泛分布于火山口中,從幾厘米到7m高,其間還有一些正在噴水的噴口,水溫20~30℃。同樣,伍德勒克盆地中的東盆地?zé)嵋夯顒訁^(qū)也位于陸殼之上。該區(qū)位于多布海山和福蘭克林海山之間,是大陸地殼和海洋地殼相互交接、過渡的部位,其中發(fā)育有一條3km長,1.5km寬的大陸裂谷,裂谷中央有串珠狀的火山丘,高40~60m,熱液活動區(qū)就位于這些火山丘之上。沖繩海槽是一個典型的弧后盆地,已有很多關(guān)于其地殼屬性方面的討論。一般認(rèn)為沖繩海槽處于洋殼和陸殼過渡階段的大陸裂谷期,海槽中發(fā)育的中軸地塹為大陸裂谷,其中發(fā)育熱液活動區(qū)的情形和伍德勒克盆地發(fā)育熱液活動區(qū)的情形相似。2.5海槽內(nèi)熱液活動區(qū)域現(xiàn)已查明,典型的大洋地殼結(jié)構(gòu)為三層結(jié)構(gòu),最上層為現(xiàn)代沉積層,第二層為大洋玄武巖層,第三層為大洋的下地殼層。最上層現(xiàn)代沉積層的厚度隨洋殼年齡的增加而增加,也隨離大洋中脊距離的增加而增加。在新生洋殼的地方,如大洋中脊軸地區(qū)和新發(fā)育的火山地區(qū)現(xiàn)代沉積層的厚度非常薄,有些地方甚至缺失最上層的現(xiàn)代沉積層,新鮮的洋殼直接出露于海底。一般情況下,發(fā)育現(xiàn)代海底熱液活動的地區(qū)為新生洋殼的地方,年輕的海底之上除新鮮的熔巖覆蓋之外,無任何沉積。但也有個別的熱液活動區(qū)則是發(fā)育于沉積很厚的區(qū)域。戈達(dá)洋脊上伊坎那巴海槽中的北坎熱液活動區(qū)和南坎熱液活動區(qū)就是發(fā)育在很厚沉積物地區(qū)上的兩個熱液活動區(qū)。伊坎那巴海槽位于戈達(dá)洋脊南段的南部,是在洋脊中軸谷的基礎(chǔ)上發(fā)育成的凹形槽地,約從40°40′N向南一直延伸到門多西諾轉(zhuǎn)換斷層,長100km,海槽的最上層發(fā)育幾百米厚的現(xiàn)代沉積。自1986年起Zierenberg等利用“阿爾文”深潛器在海槽中進(jìn)行了多次熱液活動調(diào)查,在海槽的北部和南部發(fā)現(xiàn)了熱液活動區(qū)。其中位于海槽北部的北坎熱液活動區(qū)有多個硫化物丘,最大的中央丘范圍為600m×1200m,高100m,其上有2處熱液噴口,溫度分別為217℃和108℃。南部的南坎熱液活動區(qū)也有類似的情況。2個熱液活動區(qū)所處的位置都有很厚的沉積層。另外一例是圭亞瑪斯盆地中的圭亞瑪斯熱液活動區(qū),該盆地位于加利福尼亞灣的裂谷帶中,盆地中有兩條重疊的海槽,北槽長,南槽短,兩者相間25km,海槽深100m,水深為2020m,槽底是由平坦的沉積物構(gòu)成?！鞍栁摹鄙顫撈髟诤２壑羞M(jìn)行了多次的深潛調(diào)查,結(jié)果在平坦的沉積物構(gòu)成的海底上發(fā)現(xiàn)了很多10~15m高突出的熱液沉積,范圍都在100m左右,其上有一些正在活動的噴口,噴口溫度為315℃。2.6叉區(qū)熱液活動的分布在海底上發(fā)育一些3個板塊(或微板塊)接合點構(gòu)成的三叉區(qū),它們在構(gòu)成形式上或者為3條擴(kuò)張洋脊的交匯處,或者為2個擴(kuò)張洋脊和1條斷裂的交匯處,或者為1條擴(kuò)張洋脊和2條斷裂的交匯處,在位置上它們或者發(fā)育在大洋中脊地區(qū)或者發(fā)育在弧后盆地中。如大洋中的戈拉帕戈斯擴(kuò)張中心在2°N,102°W和東太平洋海隆構(gòu)成的戈拉帕戈斯脊—脊—脊三叉區(qū)(GTJ),印度洋中印度洋脊、東南印度洋脊和西南印度洋脊構(gòu)成的羅垂格茲脊—脊—脊三叉區(qū)(RTJ),大西洋中北大西洋脊、南大西洋脊和特西拉脊構(gòu)成的亞速爾脊—脊—脊三叉區(qū)(ATJ),美洲南極洋脊、南大西洋脊和西南印度洋脊構(gòu)成的波威特脊—脊—脊三叉區(qū)(BTJ);如弧后盆地中的北裴濟(jì)盆地中015°擴(kuò)張軸,160°擴(kuò)張軸和060°北斐濟(jì)斷裂帶構(gòu)成的脊—脊—斷裂三叉區(qū),北部勞海盆中東北、東南和西向延伸的擴(kuò)張脊交匯形成的皇家三叉脊區(qū)等。三叉區(qū)在構(gòu)造上十分活躍,除洋脊的擴(kuò)張外,往往疊加繞三叉區(qū)中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。活躍的構(gòu)造特征決定三叉區(qū)也應(yīng)該是熱液活動發(fā)育的重要場所。以羅垂格茲脊—脊—脊三叉區(qū)為例,Gamo等首先于1993年在此地區(qū)發(fā)現(xiàn)了熱液柱異常,推測下面有熱液活動區(qū)存在。后來,日本、德國等國家都在此三叉區(qū)組織了多次的熱液活動調(diào)查,最終發(fā)現(xiàn)了多個存在高溫?zé)嵋簢娍诤蜔嵋荷锏臒嵋夯顒訁^(qū)。北斐濟(jì)盆地是一個年輕的弧后盆地,位于新赫不黎斯海溝島弧系的東側(cè),10Ma前由于新赫不黎斯弧的順時針旋轉(zhuǎn)開始發(fā)育而成。在盆地發(fā)育的后期階段(3Ma)至今,海洋地殼沿南北向的擴(kuò)張脊增生,但在1Ma前,18°10′~16°50′S間的擴(kuò)張軸由南北向旋轉(zhuǎn)為15°,從而發(fā)育形成目前北斐濟(jì)盆地著名的三聯(lián)點系統(tǒng)。這個三聯(lián)點系統(tǒng)包括15°擴(kuò)張軸、160°擴(kuò)張軸和60°北斐濟(jì)段裂帶,這是目前盆地中最為活躍的地方。德國的SO99航次和SO134航次在此區(qū)域的調(diào)查發(fā)現(xiàn)了正在活動的熱液噴口和熱液生物。3構(gòu)造環(huán)境對熱液室的影響如上所述,多種構(gòu)造環(huán)境都可能發(fā)育現(xiàn)代海底熱液活動,但不是每一種構(gòu)造環(huán)境發(fā)育熱液活動的幾率均等,這在把全球已知的海底熱液活動區(qū)按照其發(fā)育的構(gòu)造類型進(jìn)行統(tǒng)計分析就可以看出。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),發(fā)育熱液活動區(qū)最多的構(gòu)造環(huán)境是擴(kuò)張洋脊上的中軸谷和火山口,分別為325處和130處,其次是不發(fā)育中軸谷的擴(kuò)張軸,為41處。其它一些構(gòu)造環(huán)境目前已知的熱液活動區(qū)數(shù)目很少。圖2是擴(kuò)張軸的中軸谷、海底火山口、不發(fā)育中軸谷的擴(kuò)張脊、陸殼和大陸裂谷區(qū)、構(gòu)造三叉區(qū)和沉積物區(qū)中發(fā)育的熱液活動區(qū)數(shù)目對比。其中的數(shù)目有的相互重合,如部分?jǐn)U張脊中軸谷中的火山口的熱液活動區(qū)的數(shù)目既出現(xiàn)在擴(kuò)張脊中軸谷這一欄中,同時也出現(xiàn)在火山口這一欄中,所以此處統(tǒng)計的熱液活動區(qū)的總數(shù)目超過本文統(tǒng)計的熱液活動區(qū)的總數(shù)目。4海底熱液活動的構(gòu)造環(huán)境關(guān)于現(xiàn)代海底熱液活動區(qū)熱源的討論有助于我們理解熱液活動的空間分布特征。很顯然,要維持熱液噴口持續(xù)不斷的熱流輸出,熱液活動區(qū)之下需要有高溫?zé)嵩吹拇嬖凇Ｎ覀冎?地球內(nèi)部的熱源主要有摩擦熱、地殼放射性生熱和高溫內(nèi)核由內(nèi)向外的傳導(dǎo)熱和對流熱。首先,熱液活動的熱源不可能是摩擦熱,因為到目前,我們還沒有在走滑斷層和俯沖帶中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代海底熱液活動的存在;其次,這個熱源也不可能是地殼的放射熱和地球內(nèi)核由內(nèi)向外的傳導(dǎo)熱,否則的話,現(xiàn)代海底熱液活動在地球表面應(yīng)該趨于均勻分布,就是說在地球的兩極地區(qū)應(yīng)該觀測到和其它地區(qū)一樣多的熱液活動區(qū),但這和我們的統(tǒng)計結(jié)果不相符。由此,現(xiàn)代海底熱液活動的熱源主要是地球由內(nèi)向外的對流熱,即在熱液活動區(qū)下方的某一深度存在由地球深部向上遷移而來的熱物質(zhì)?？紤]到地球的自轉(zhuǎn),地球熱物質(zhì)由內(nèi)向外的遷移會更趨向于垂直于地球的自轉(zhuǎn)軸,這樣可以解釋地球物質(zhì)在赤道和中低緯度地區(qū)的膨脹和在兩極地區(qū)的塌陷,也可以解釋熱液活動區(qū)主要集中在40°N和40°S中、低緯度帶之間這一觀測結(jié)果,因為這樣在兩極地區(qū)垂直于地球自轉(zhuǎn)軸的下方根本沒有熱源物質(zhì)存在。前面已指出,現(xiàn)代海底熱液活動區(qū)的水深雖然深可超過5000m,淺可到6m,但多為2600m,平均水深為2532m。我們知道,太平洋平均水深為4282m,大西洋平均水深為3597m,世界大洋的平均水深為3711m。由此可見,現(xiàn)代海底熱液活動區(qū)發(fā)育的場所根本不在海盆的最底部,而是位于高于海盆底部以上超過1000m或更高的位置上,這主要是大洋中脊和海底火山。這些海底上的正地形都是地球內(nèi)部熱物