劉 偉， 孫鈺杰， 鄭涵月， 辛孟燃， 何 煒，魏 桐， 郭詩岳，陳思放， 劉雯文， 馮雨歌

南方科技大學(xué) 海洋科學(xué)與工程系，深圳 518055

俯沖背景下形成的溝-弧-盆體系是研究板塊構(gòu)造理論中板塊俯沖和弧后擴張過程的天然實驗室。其中弧后擴張盆地具有獨特的大地構(gòu)造位置和極其復(fù)雜的地球動力學(xué)過程，因此是研究板塊俯沖和弧后擴張過程的理想場所（周祖翼等,2001; 潘桂棠等, 2012; Magni, 2019）。

沖繩海槽是一個典型的初始弧后擴張盆地，它由于菲律賓海板塊向西北方向的歐亞板塊俯沖而形成（金翔龍等, 1983; 吳自銀等, 2004; 李家彪等, 2017）。其構(gòu)造活動復(fù)雜，巖漿活動強烈，熱液發(fā)育，沉積作用多變（尚魯寧等, 2014; 宗統(tǒng)等, 2016; 曾志剛等, 2016; 竇衍光等, 2018; Zhao et al., 2019）。前人的研究多集中在構(gòu)造、巖漿、熱液或者沉積某一單一領(lǐng)域，本文結(jié)合前人的研究成果，在簡述沖繩海槽復(fù)雜的構(gòu)造過程的基礎(chǔ)上，對沖繩海槽的構(gòu)造演化與巖漿、熱液和沉積作用的關(guān)系進行探討，并對下一步在該區(qū)進行系統(tǒng)的地球科學(xué)研究工作做出展望。

1 地質(zhì)背景

東海及其臨區(qū)在構(gòu)造上分為三隆兩凹（圖1），自西向東分別為浙閩隆起帶、東海陸架盆地、釣魚島隆褶帶、沖繩海槽和琉球島弧隆起帶。沖繩海槽地處東海大陸架東部，琉球島弧西側(cè)，南接臺灣北部，北達日本九州島。海槽全長大約1300 km，整體呈NNE走向，往南部漸變?yōu)镹EE至E-W走向。北部水深較淺，北端深度僅幾百米，南部水深較深，最深可達2324 m（許東禹等, 1997）。

吐噶喇海峽（斷裂）和宮古海峽（斷裂）將沖繩海槽分為北、中、南三段（金翔龍和喻普之, 1987）。各段構(gòu)造格局不同。北段由西向東可細分為三個亞單元（Liu et al., 2016），分別為北緣陸架坳陷（Northern Frontal Continental Shelf Depression，簡稱NFD）、北部龍王隆起帶（Northern Longwang Ridge，簡稱NLR）和吐噶喇坳陷（Tokara Depression，簡稱TOD）。中央段由南緣陸架坳陷（Frontal Continental Shelf Depression，簡稱SFD）、南龍王脊（Southern Longwang Ridge，簡稱SLR）和伊平屋坳陷（Iheya Depression，簡稱IHD）組成。南段則主要由海槽凹陷（Trough Depression，簡稱TRD）組成。海槽西側(cè)為東海陸坡，寬度大約為11～70 km。東海陸坡北段坡度相對較平緩，中段坡度較陡直，南段則坡度不一，發(fā)育各種斷塊臺地和海底峽谷（Yu and Lee, 1998；吳自銀等, 2004; 趙月霞等,2011）。海槽中部為槽底，地形較復(fù)雜，分布著洼地、海山和海底平原。海槽東側(cè)發(fā)育著琉球島弧，島弧西部為火山內(nèi)弧，東部為非火山外弧。

沖繩海槽發(fā)育兩組斷裂帶，一組平行海槽走向，為NE向，另一組垂直海槽走向，為NW向。NE走向斷裂主要表現(xiàn)張性正斷層特征，在海槽北部較發(fā)育，中斷和南段則發(fā)育相對稀疏，NE走向斷裂主要發(fā)育在沉積層中，缺少大型的深入基底斷層。NW向斷裂則規(guī)模較大，斷面近平直，切割NE向斷裂。

沖繩海槽的地層劃分主要依賴于地震資料，Kimura和Masaaki （1985）將中北部海槽劃分為5層。Park等（1998）則識別出海槽南部的7個主要地震單元。Liu等（2016）依據(jù)廣泛發(fā)育的3個不整合面，將地層綜合劃分為4層：第四系海相層、上新統(tǒng)淺海沉積層、中新統(tǒng)濱海沉積層、前中新統(tǒng)聲學(xué)基底層，3個不整合面從老至新代表了花東運動、龍井運動、琉球運動。

2 構(gòu)造演化過程

地殼結(jié)構(gòu)是構(gòu)造演化研究的基礎(chǔ)。前人對沖繩海槽的地殼結(jié)構(gòu)做了大量探測工作（Vajk, 1964;金翔龍等, 1983; 李乃勝等, 1990; 喻普之等, 1989;周祖翼等, 2001; 江為為等, 2002, 2003; 郝天珧等,2004; 韓波, 2008; 尚魯寧等, 2014; 張訓(xùn)華等, 2014;孟祥君等, 2015），發(fā)現(xiàn)沖繩海槽地殼厚度相對于東海陸架和琉球島弧明顯減薄，海槽地殼北厚南薄。北部厚約27 km；南部厚度大都小于20 km，局部僅13 km；中部未探測到莫霍面，但下地殼內(nèi)的異常低速表明下地殼已經(jīng)受到破壞。Yan和Shi（2014）通過對沖繩海槽的巖漿巖研究，認為海槽北部處于陸殼拉伸階段，中部處于裂谷階段，而南部已進入初始海底擴張階段。根據(jù)沖繩海槽重力場特征、地震反射特征、海底磁異常特征和玄武巖特征，張訓(xùn)華等（2014）認為沖繩海槽的大部分地殼性質(zhì)屬于減薄的陸殼，南部可能出現(xiàn)洋殼。沖繩海槽中南段發(fā)育的磁異常條帶顯示出洋殼特征（Lee et al., 1980）。但是這些磁異常條帶也可能是基性巖漿沿斷裂帶侵入造成，而與海底擴張形成的洋殼無關(guān)（Sibuet et al., 1987）。

圖1 沖繩海槽及鄰區(qū)構(gòu)造格架圖（修改自 Liu et al., 2016）Fig.1 Structural map of the Okinawa Trough and adjacent regions (modified from Liu et al., 2016)

從大的構(gòu)造格局看，沖繩海槽是東海的一部分，其形成演化自然受控于東海的構(gòu)造演化。在早白堊世之前, 華南大陸東緣為古太平洋，而不是現(xiàn)今的陸緣海。侏羅紀—早白堊世，古太平洋向歐亞大陸俯沖，在華南東緣形成安第斯型陸緣，在現(xiàn)今表現(xiàn)為閩浙中生代巖漿巖帶。晚白堊世至中始新世，太平洋板塊轉(zhuǎn)為NNW向運動，華南陸緣及東海處原始的陸架海處于被動陸緣階段，即陸緣海誕生。中始新世以來，太平洋板塊的俯沖方向發(fā)生變化，由NNW轉(zhuǎn)向NWW，太平洋在華南東緣東海處的俯沖重新開始，形成老的溝-弧-盆體系。中中新世以來，東海進入?yún)^(qū)域沉降，菲律賓海板塊與華南東緣發(fā)生碰撞，古琉球島弧開始發(fā)生裂離，形成釣魚島隆褶帶和現(xiàn)今的琉球島弧，沖繩海槽作為新的弧后盆地也隨之形成（李家彪等, 2017）。

沖繩海槽處于弧后擴張的早期階段，但具體到?jīng)_繩海槽的構(gòu)造演化史，有諸多爭論。金翔龍等（1983）和Lee 等（1980）認為沖繩海槽形成于晚中新世，其主要構(gòu)造演化過程為隆升（中晚中新世）、開裂（中新世—上新世）、張裂（上新世—更新世）和擴張（全新世）。Kimura（1985）和Sibuet 等（1987）認為沖繩海槽形成于更新世。尚魯寧（2014）總結(jié)了上述兩種觀點，認為這一爭論的原因在于沖繩海槽南北構(gòu)造存在差異，沖繩海槽現(xiàn)今還未演化成統(tǒng)一的擴張中心，南北海槽的構(gòu)造演化是不同步的。北—中部裂陷作用始于中新世中晚期（Lin et al., 2005； Gungor et al., 2012）；而南部裂陷主要開始于第四紀（Park et al., 1998; Wu et al.,2007; Shang et al., 2017）。

對于沖繩海槽中—北段，早中新世之前存在統(tǒng)一的東海陸架東緣古隆起（圖2）。早中新世菲律賓海板塊的俯沖作用誘發(fā)古隆起產(chǎn)生了構(gòu)造薄弱帶，為后續(xù)的斷陷作用奠定了基礎(chǔ)。中中新世，沿先前的構(gòu)造薄弱帶發(fā)生斷陷作用，斷裂帶產(chǎn)生的巖漿活動，形成了古龍王火山弧隆起帶。晚中新世，斷陷向東躍遷，古龍王火山弧隆起帶成為殘留弧，西側(cè)的斷陷盆地為弧后盆地。上新世至今，海槽東部的琉球火山前鋒帶（火山內(nèi)?。┬纬纱笠?guī)模巖漿作用，西部的斷陷活動減弱，但未完全停止（Gungor et al., 2012; 尚魯寧, 2014）。

對于沖繩海槽南段，中中新世之前同樣存在統(tǒng)一的古隆起（圖2）。中中新世，菲律賓海板塊向歐亞板塊俯沖，造成古隆起抬升并發(fā)生剝蝕，形成中晚中新世區(qū)域不整合面，同時產(chǎn)生構(gòu)造薄弱帶。晚中新世，沿構(gòu)造薄弱帶產(chǎn)生初始的裂陷作用。但該裂陷作用持續(xù)到上新世便發(fā)生停止而與東海陸架一起區(qū)域性沉降。上新世末—更新世初，隨著俯沖的進行，沖繩海槽南段發(fā)生熱隆升，并波及東部的琉球島弧和西部的東海陸架。更新世至今，海槽沿先前隆升作用產(chǎn)生的構(gòu)造薄弱帶和斷層，發(fā)生快速裂陷和擴張，并產(chǎn)生大規(guī)模巖漿活動（尚魯寧, 2014）。

關(guān)于沖繩海槽南北構(gòu)造演化差異的原因，可能與菲律賓海板塊南北俯沖差異和臺灣碰撞造山作用有關(guān)。菲律賓海板塊向琉球島弧俯沖時，北部的俯沖方向垂直于海溝走向，而南部則存在較大的平移分量，為斜向俯沖。就俯沖速率而言，俯沖北慢南快；就俯沖深度而言，北部的俯沖深度要大于南部的俯沖深度。這就導(dǎo)致海槽南部的地殼相對北部，更容易向海底擴張形成的洋殼方向發(fā)展。臺灣造山作用雖然有“弧-陸碰撞”模型（Ho et al., 1986; Teng et al., 1990, 1996; Huang et al.,1992, 1997, 2000）和“弧-弧碰撞”模型（Hsu and Sibuet, 1995; Hsu et al., 1996; Sibuet et al., 1997）。但無論哪種模型，都不否認臺灣的碰撞造山作用一方面抑制了海槽的向西前展，另一方面引起的塊體旋轉(zhuǎn)則加速了海槽南段的被動張裂。此外，加瓜海嶺和大東海嶺的俯沖（Sibuet et al.,1998）、加瓜海臺的碰撞（尚魯寧, 2014）也對南北構(gòu)造演化造成了影響。

圖2 沖繩海槽南北構(gòu)造差異演化模式圖 （據(jù)尚魯寧，2014）Fig.2 Tectonic evolution of the northern and southern Okinawa Trough

3 構(gòu)造與巖漿作用關(guān)系

3.1 沖繩海槽巖漿巖發(fā)育特征

沖繩海槽火成巖主要有流紋巖、英安巖、安山巖及玄武巖四大類?；鸪蓭r分布具有地域差異性。海槽北段火山巖出露流紋巖或英安巖等酸性巖石，分布較散。海槽中段火山活動最為發(fā)育，流紋巖、英安巖、安山巖及玄武巖都有出露，且分布集中。而海槽南段出露的巖石主要為玄武巖或玄武質(zhì)安山巖等較基性的巖石（黃朋等，2006）。雖然海槽的火山巖類型復(fù)雜，但總體以基性玄武巖和酸性（流紋）英安巖為主（國坤等， 2016）。沖繩海槽玄武巖和玄武巖玻璃大都位于靠近拉斑玄武質(zhì)巖系的一側(cè)和鈣堿性的交界處（宗統(tǒng)等, 2016），這說明沖繩海槽兼具大洋中脊巖漿特征和弧后盆地巖漿特征，因而同時具有大洋拉斑玄武巖和弧后盆地鈣堿玄武巖的雙重性質(zhì)。沖繩海槽的酸性浮巖可定名為流紋英安巖或流紋巖，其具有一定的島弧環(huán)境特征，但是與島弧玄武巖不具有成因聯(lián)系（國坤等, 2016）。

關(guān)于海槽巖漿巖的地幔源區(qū)、俯沖物質(zhì)貢獻和巖漿演化模式，一直是學(xué)術(shù)界研究的熱點。國內(nèi)科學(xué)家對海槽巖漿巖的研究始于20世紀80年代對柱狀巖心中浮巖的研究。翟世奎等（1986,1994）通過對浮巖的斑晶礦物學(xué)特征的分析，認為灰白色浮巖巖漿是源于地幔的拉斑玄武質(zhì)巖漿經(jīng)結(jié)晶分異和地殼混染形成的，巖漿活動有自酸性向基性演化的趨勢。國外科學(xué)家特別是日本學(xué)者也做了大量工作。Shinjo等（1999, 2000）認為海槽存在E-MORB型地幔源區(qū)；火山巖具有雙峰式的分布特征，其中流紋巖分為兩種類型，1型流紋巖為玄武質(zhì)巖漿分離結(jié)晶后產(chǎn)生的，2型流紋巖則受到了地殼混染作用。Ishizuka等（1990）認為巖漿源區(qū)有可能從島弧型地幔轉(zhuǎn)變到N-MORB型地幔。最近幾年，中國科學(xué)家在沖繩海槽的研究中取得了較大進展。Guo等（2016, 2017, 2018a,b）認為海槽巖漿巖的地幔物質(zhì)來源于多個地幔端元，既有虧損地幔端元，也有富集地幔端元。海槽南端酸性巖受地殼污染程度大于海槽中北槽段。海槽的巖漿房為雙層結(jié)構(gòu)（淺部巖漿房和深部巖漿房），巖漿經(jīng)歷了多級分異演化。Zhang等（2019）認為俯沖組分對沖繩海槽南段地幔源區(qū)的貢獻要大于中北段。Zhang等（2018）對傳統(tǒng)認為的“沖繩中海槽流紋巖是玄武巖巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物”提出新的認識，認為玄武巖巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物是安山巖而不是流紋巖。

目前對海槽內(nèi)火山巖的定年數(shù)據(jù)較為稀少。翟世奎（1986）對柱狀巖心中五個浮巖層劃分出三個大的火山噴發(fā)旋回，但并未對火山噴發(fā)的時間做出限定。陳麗蓉等（1993）利用U系定年法測得海槽中段的酸性火山巖年齡，結(jié)果表明在距今約70 ka、30 ka和10 ka發(fā)生三次大的火山噴發(fā)旋回。黃朋等（2006）同樣利用U系測年法測得位于海槽北段東、西側(cè)的酸性浮巖年齡為17.7±2.1ka和88.7±5.9 ka，而海槽軸部的火成巖年齡為53.7±3.6 ka和55.4±3.7 ka。這顯示從晚更新世以來，沖繩海槽一直存在一期廣泛的火山活動。此外，黃朋等（2006）還發(fā)現(xiàn)定年時的得到的Th0（放射性同位素未衰變前的初始含量）數(shù)據(jù)在海槽中、北段值相似，而在海槽中、南段過渡帶的火山巖Th0值與中、北段明顯不同，這可能指示了海槽南段的火山活動特征不同于北、中段，并進一步推斷其巖漿房可能不是完全封閉的，使其Th0不同于其他測年樣品。Chen等（2018）對沖繩海槽南部的英安巖進行U-Th/He定年，認為菲律賓板塊俯沖脫水造成的海槽南部的鎂鐵質(zhì)巖漿作用發(fā)生于 0.28 Ma。

綜合國內(nèi)外的一些定年數(shù)據(jù)（圖3），沖繩海槽的火山活動可追溯到4 Ma，分成3～4 Ma、 1～3 Ma和 ＜1 Ma 三個階段。其中，第三階段（＜1 Ma）火山活動最廣泛，這表明晚更新世時海槽各區(qū)都處在相似的張性環(huán)境下。然而，海槽南部和釣魚島隆起帶南段的火山活動目前只能追溯至3～2 Ma，這可能是呂宋島弧12 Ma時向北與歐亞板塊碰撞造成的，碰撞暫時終止了海槽南段的張開直至3～2 Ma。

圖3 沖繩海槽及鄰區(qū)火山巖年齡分布（修改自黃朋等，2006）Fig.3 The ages of volcanic rocks in the Okinawa Trough

3.2 構(gòu)造活動對沖繩海槽巖漿巖分布的控制作用

沖繩海槽火山（巖漿）活動可分為3個類型（Sibuet et al., 1998）。第一類為弧火山（巖漿）作用（arc volcanism），可形成一系列線性的火山弧和火山島鏈。在沖繩海槽內(nèi)分布最為廣泛，其一直從日本南部延伸到臺灣東北，主要位于琉球群島以東，沖繩海槽邊緣以西，是一種連續(xù)活動的火山弧。進一步對該火山弧下覆區(qū)域進行地震剖面分析，可以發(fā)現(xiàn)火山弧位置大多位于俯沖帶中傾斜的貝尼奧夫地震帶上，說明是菲律海板塊俯沖作用形成了弧火山。第二類為弧后火山（巖漿）作用（backarc volcanism），是弧后盆地裂谷期形成的火山作用，通常沿弧后凹陷的正斷層出現(xiàn)，外形特征狹長，巖漿侵入年齡可能不到數(shù)萬年，由于常見于中心地塹內(nèi)的深洼地內(nèi)，又被稱為弧后裂谷火山作用。在沖繩海槽中部和南部發(fā)育較多。第三類為斜切弧后火山（巖漿）作用（cross-backarc volcanism），由于大量的弧后巖漿侵入弧后活動大陸裂谷而形成的。其主要發(fā)育在海槽西南段（以A區(qū)為代表，圖1）和中段（以B區(qū)為代表，圖1）。考慮到A區(qū)為加瓜海嶺的直接延伸處，這一巨大的相交弧后火山作用與位于80～100 km深的弧后盆地下方的加瓜海嶺極有可能存在關(guān)聯(lián)。B區(qū)處于大東海嶺的直接延伸處，其火山活動的成因與海槽西南部A區(qū)的斜切弧后火山活動的成因相似：都為加瓜海嶺和大東海嶺俯沖，造成斷層在海槽西南部A區(qū)和中段B區(qū)的巖石圈傳播，繼而過量巖漿作用通過與弧后大陸裂谷的地殼正斷層相連的通道到達海底。

總得來看，根據(jù)沖繩海槽玄武巖的性質(zhì)，沖繩海槽既有大洋中脊巖漿也有弧后盆地巖漿作用的特征。沖繩海槽火山活動期主要從4 Ma開始，一直延續(xù)到現(xiàn)代發(fā)育。弧巖漿、弧后巖漿和斜切弧后巖漿作用，分別與菲律賓海板塊俯沖形成的島弧、弧后盆地和海陵的俯沖有關(guān)。

4 構(gòu)造與熱液作用關(guān)系

4.1 沖繩海槽熱液分布特征

日本于1984年在沖繩海槽伊平屋脊夏島84 海丘發(fā)現(xiàn)的煙囪體拉開了沖繩海槽熱液調(diào)查的序幕。隨后經(jīng)過中國、日本兩國的多年調(diào)查，先后在伊平屋脊東端（1986年）、伊平屋脊東端北坡CLAM區(qū)（1988年）、伊是名海洼（1988年）、南奄西海丘（1988年）、伊平屋北海丘（1995年）、鳩間海丘（1999年）、龜山島（1999年）、伊是名海洼西南部洼底（2003年）、與論海丘（2010年）、伊平屋北海丘（2010年）、第四與那國海丘（2000年）、多良間海丘（2005年）、雨花海丘（2014年）發(fā)現(xiàn)了熱液活動區(qū)（圖4）。其中龜山島熱液區(qū)由中國臺灣中山大學(xué)1999年發(fā)現(xiàn)（Chen et al., 2005），雨花海丘唐印熱液區(qū)由中國科學(xué)院海洋研究所2014年發(fā)現(xiàn)（Zeng,2015; Zeng et al., 2017）。

圖4 沖繩海槽海底熱液活動區(qū)分布（修改自尚魯寧等，2018）Fig.4 The distribution of hydrothermal zone in the Okinawa Trough

從發(fā)現(xiàn)的熱液口位置來看，其分布與弧巖漿作用、弧后巖漿作用和斜切弧后巖漿作用息息相關(guān)。海槽中北段NNE 向分布的海山鏈上發(fā)育南奄西海丘熱液區(qū)，該區(qū)與海槽裂陷作用形成的巖漿活動相對應(yīng)。伊平屋中央地塹發(fā)育伊平屋脊CLAM 、夏島84海丘和伊平屋北海丘熱液區(qū)，該區(qū)與弧后巖漿作用相對應(yīng)。琉球火山前鋒則發(fā)育與論海丘、伊是名海洼、多良間海丘和鳩間海丘熱液區(qū)，該區(qū)與島弧巖漿活動相對應(yīng)。南部海槽張裂中心與琉球火山前鋒的交接地帶發(fā)育伊良部海丘、第四與那海丘和龜山島熱液區(qū)，該區(qū)與弧巖漿和弧后巖漿共同作用相對應(yīng)。臺灣東北部則發(fā)育雨花海丘熱液區(qū)，該區(qū)與斜切弧后巖漿作用相對應(yīng)（A區(qū)）。因此，不難看出海槽的熱液活動在東側(cè)較發(fā)育，其與弧巖漿作用和弧巖漿-弧后巖漿共同作用地帶相對應(yīng)，這是由于菲律賓海板塊俯沖導(dǎo)致的地殼拉張作用與豐富的弧巖漿供應(yīng)同時發(fā)生，使南部海槽中央地塹與火山前鋒交接地帶成為熱液活動發(fā)育的有利地區(qū)。

4.2 構(gòu)造活動對熱液發(fā)育的控制作用

構(gòu)造地質(zhì)過程控制了巖漿演化和斷裂發(fā)育，進而控制了熱液的形成分布。海底熱液偏酸性、溫度一般較高（分為高于300度的高溫流體、100～300度的中溫流體、低于100度的低溫流體）、化學(xué)組成多樣（富含K、Li、Pb、Rb、Ba、Mn、Fe、Zn、Pb、SiO2、H2S等多種組分），明顯受到了深部來源物質(zhì)的影響。熱液中CO2與Mg的含量表現(xiàn)為負線性關(guān)系，這說明熱液區(qū)存在巖漿去氣作用和流-巖相互作用（曾志剛, 2016）。在沖繩海槽熱液活動區(qū)，流體沿海底斷裂和裂隙噴出或涌出(翟世奎等,2001)，噴出過程中會與海水、沉積物相作用。酸性火山巖與海水的相互作用使得熱液流體中的K相對富集（Sakai et al., 1990）。除了富含金屬元素外，熱液中NH3也富集，表明熱液流體與沉積物中的有機質(zhì)發(fā)生過反應(yīng)（曾志剛, 2016）。同時，沖繩海槽熱液的87Sr/86Sr相當高，和海水或沉積物的87Sr/86Sr相似，這也表明了熱液在噴出海底前與海水和沉積物發(fā)生過作用。此外，沖繩海槽的熱液與洋中脊熱液明顯不同。沖繩海槽的熱液富集K、Li、Pb等元素（Sakai et al., 1990），而洋中脊熱液則貧氣和富Ca（Chiba et al., 1993, 1996），這說明弧后擴張和洋中脊擴張這兩種不同的構(gòu)造過程會通過控制巖漿熱源而控制熱液的組成。

熱源、流體和斷裂系統(tǒng)是形成熱液的必備條件。沖繩海槽深部巖漿活動的上涌為熱液提供了熱源，巖漿脫水去氣形成的高溫流體和下滲海水共同構(gòu)成了熱液的流體系統(tǒng)，熱源驅(qū)動熱液流體的循環(huán)，其流動通道為構(gòu)造活動控制的海底張性斷裂系統(tǒng)。

5 構(gòu)造與沉積作用關(guān)系

5.1 沖繩海槽淺部沉積作用特征

沉積作用受構(gòu)造運動、海平面升降、氣候變化和沉積物供給的影響。沖繩海槽四周的隆起區(qū)分別為中國大陸東部、臺灣島、琉球島弧、日本九州島、朝鮮半島，長江、黃河、東海陸架的側(cè)向搬運、臺灣造山帶的侵蝕、琉球島弧、九州島和朝鮮半島的物源均有可能是潛在的復(fù)雜物源區(qū)。而且海槽水深較深，洋流復(fù)雜，這導(dǎo)致了其沉積環(huán)境的復(fù)雜性。

關(guān)于沖繩海槽北部的物源，蔣富清等（2008）通過對Y127 孔的稀土元素分析，認為在15～11.1 ka，沉積物源主要來自長江，海平面變化和母源性質(zhì)影響了沉積物稀土元素的特征。11.1 ka至今，物源來源于火山活動產(chǎn)生的火山物質(zhì)、生源碎屑和少量黃河來源的沉積物。朱愛美等（2015）對CSH1孔進行稀土元素分析，認為8 ka以來沖繩海槽北部沉積物存在火山碎屑的貢獻，MIS2-MIS5a（MIS，即Marine Isotope Stages，深海氧同位素階段）以來自中國上地殼的陸源碎屑為主。在冰消期早期、末次冰盛期及MIS3、MIS5a期，也檢測出來自臺灣河流物質(zhì)輸入的信號。Li等（2015）通過對PC-1孔的Sr-Nd同位素分析，認為22.3～14.8 ka期間，物源主要來自黃河。14.8～7.3 ka期間，物源主要來自東海陸架。7.3 ka至今物源主要來自臺灣。Zhao等（2017）對IODP U1429站位巖芯進行主微量元素和黏土礦物分析，認為沖繩海槽北部沉積物主要由34～8 ka的黃河提供，8 ka至今的物源則主要來自九州島。Jiang等（2019）通過對海槽北部Y127孔和中部E017孔的Sr、Nd同位素分析，認為沉積物18～10.5 ka時主要來源于的長江，此時海平面較低和大陸架上水道發(fā)育廣泛。在10.5～7.0 ka期間，海平面上升導(dǎo)致長江、黃河的泥沙輸入海槽增加。同時，大規(guī)模的火山活動也為海槽貢獻了大量的物質(zhì)。在7.0 ka至今期間，除了黃河的重要貢獻外，黑潮的加強還導(dǎo)致臺灣向海槽沉積物輸入量的增加。

針對沖繩海槽中段的物源，金秉福等（2006）通過對DGKS9603 孔的常量、微量和稀土元素分析，認為晚更新世中期以來，物源以陸源沉積為主，末次盛冰期沖繩海槽中部的陸源物質(zhì)可能主要來自古長江；進入全新世后，生物沉積有所增加。Dou等（2010）對DGKS9604巖心粘土礦物組合進行分析，認為沖繩海槽中段在28～14 ka期間主要由長江提供物源，部分物源由東海陸架提供。在14～8.4 ka期間，物源主要來自東海中—外陸架，占據(jù)60%以上，長江物源則減少到30%以下，這與該時期海平面的急劇上升相吻合。8.4～1.5 ka，臺灣的黏土礦物主導(dǎo)了海槽中部的物源，這與黑潮進入海槽內(nèi)的時間相吻合。1.5 ka以來，長江供源的沉積物越來越多，這可能與黑潮的減弱和更大的長江河流通量有關(guān)。

至于沖繩海槽南部的物源，Diekmann等（2008）通過對海槽南部ODP U1202站位巖芯進行粒度、黏土礦物和元素XRF分析，認為28～19.5 ka物源主要來自臺灣西北部，19.5～11.2 ka物源主要來自中國東部。11.2 ka以來，物源以臺灣東北部河流沉積物為主。王玥銘等（2018）對海槽中南部的OKT12孔進行黏土礦物分析，認為16～10 ka時物源主要來自長江和東海陸架，10～4 ka時物源主要來自臺灣東北部，4 ka至今物源則來自臺灣東南部。

基于以上分析，沖繩海槽淺層的沉積物來源在南部主要以臺灣和長江供源為主，中部沉積物則以長江供源為主，北部則以黃河、長江和九州島供源為主。

5.2 構(gòu)造活動對沖繩海槽深部沉積的控制作用

不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的物源研究主要集中在晚更新統(tǒng)以來的地層，這主要由于海槽內(nèi)鉆井深度有限，IODP U1428站位的深井也只打到～400 ka。Zhao等（2019）等對該井鉆遇的巖心進行Sr-Nd同位素、重礦物和黏土分析分析，在排除了海平面變化、沉積物源供給差異的因素后，認為浙閩隆起帶的構(gòu)造活動控制了～416 ka前后的物源轉(zhuǎn)換（圖5）?！?16 ka之前砂質(zhì)沉積物占主導(dǎo)，～416 ka之后以泥質(zhì)沉積物占主導(dǎo)。520～380 ka期間青藏高原的劇烈隆升的遠程效應(yīng)（施雅風等, 1995; 王強等, 1999; 郭正堂等, 2001），可能導(dǎo)致浙閩隆起帶在～416 ka發(fā)生了大規(guī)模沉降（Zhao et al., 2019）?！?16 ka之前，浙閩隆起帶暴露在中國東海大陸架，阻止了東海和黃海水體的大規(guī)模交換，濟州海峽為黃海和東海水體的小規(guī)模交換地帶，并在濟州海峽附近產(chǎn)生了大規(guī)模潮流沙脊，為沖繩海槽北部提供相對粗粒的砂質(zhì)沉積物，而且 ～416 ka之前相對 ～416 ka之后古黃河提供的物源離沖繩海槽更近，更容易提供相對粗粒沉積物。 ～416 ka浙閩隆起帶沉降后，受陸架海侵作用，潮流沙脊和黃河河口向西遷移，有利于細粒沉積物輸入沖繩海槽北部。即使在海平面較低的階段，東亞邊緣海陸架的平坦地形和較低的降雨量也導(dǎo)致黃河流量較低，為沖繩北部海槽提供了細顆粒沉積物。

圖5 浙閩隆起帶演化圖（修改自Zhao et al., 2019）Fig.5 Zhe-Min Uplift evolution in the East Asian marginal Sea(modified from Zhao et al., 2019)

因此晚更新世以來，沖繩海槽鄰區(qū)構(gòu)造較為穩(wěn)定，海槽沉積物的物源主要受海平面、氣候和洋流等的控制。而 ～416 ka發(fā)生了浙閩隆起帶的沉降，導(dǎo)致沖繩海槽的沉積物由粗變細。對沖繩海槽更老的沉積物與構(gòu)造活動的關(guān)系，則由于未有鉆井取芯，還有待下一步的研究。

6 研究展望

迄今為止，沖繩海槽地區(qū)進行了多次地質(zhì)調(diào)查，取得了較為豐碩的成果。但現(xiàn)有的研究主要集中在海槽的淺部。IODP打的深鉆也僅有ODP195航次、IODP331航次和IODP346航次。這相對于淺層的鉆井來說顯得太少。而且IODP的鉆井也未鉆遇到基底，基底樣品的缺失對沖繩海槽深部構(gòu)造的認識和巖漿演化造成了困難。

（1）在未來條件允許的情況下，利用IODP的鉆井平臺或者其他平臺，進行深部鉆探，獲取基底玄武巖。由于海槽水深北淺南深，可考慮先鉆探北部基底，再鉆探南部基底。相信基底樣品的研究會對海槽的擴張程度和巖漿演化以及熱流發(fā)育起到非常積極的作用。特別是現(xiàn)在針對海槽南部是否擴張產(chǎn)生洋殼還存在爭議，取得基底樣品后相信會解決這一爭議。

（2） 現(xiàn)有的地球物理測線主要與海槽垂直，便于探究溝-弧-盆體系的特征，但還缺少近平行于海槽的地震剖面。建議在平行于海槽的方向上布置一條地震測線，該測線在海槽中央。這一方面有利于與現(xiàn)有的垂直海槽的地震剖面聯(lián)合對比，另一方面相對于垂直海槽走向的地震剖面更易探測到洋殼。

（3）現(xiàn)在關(guān)于沖繩海槽的研究多集中在某一單一的領(lǐng)域，建議加強構(gòu)造—巖漿—熱液—沉積—古生物等學(xué)科的綜合性研究。本文雖然嘗試通過構(gòu)造作用來串聯(lián)起巖漿作用、熱液作用與沉積作用，但探討的還不夠深入。一方面，本文闡述的構(gòu)造對巖漿巖和熱液發(fā)育的控制主要體現(xiàn)在較大的板塊尺度，與菲律賓海板塊俯沖時造成的弧后擴張的位置（弧后盆地中央和弧后盆地邊緣）有關(guān)。而探討的構(gòu)造對沉積作用的控制的尺度則較?。ɑ蛘哒f時間尺度較小）。未來大洋鉆探獲取的長序列的巖心則適合討論較大尺度的構(gòu)造控制沉積作用。另一方面，本文在巖漿作用、熱液作用和沉積作用三者之間的關(guān)系探討較少，這也是未來要加強研究的地方。

7 總結(jié)

通過前人對沖繩海槽的構(gòu)造演化、巖漿分布、熱液發(fā)育和沉積作用的研究，認為：

（1）菲律賓海板塊的西北向俯沖導(dǎo)致了沖繩海槽的形成，沖繩海槽南北構(gòu)造演化差異的原因，可能與菲律賓海板塊南北俯沖差異和臺灣碰撞造山作用有關(guān)。

（2）沖繩海槽發(fā)育弧巖漿、弧后巖漿和斜切弧后巖漿作用，分別與菲律賓海板塊俯沖形成的島弧、弧后盆地和海嶺的俯沖有關(guān)。

（3）菲律賓海板塊的俯沖形成的巖漿和斷裂系統(tǒng)為沖繩海槽內(nèi)發(fā)育的熱液提供熱源和運輸通道，使海槽內(nèi)發(fā)育與各種巖漿活動有關(guān)的熱液。

（4）～416 ka發(fā)生了浙閩隆起帶的沉降，導(dǎo)致沖繩海槽北部的沉積物由粗變細。晚更新世以來，沖繩海槽鄰區(qū)構(gòu)造較為穩(wěn)定，沉積物受構(gòu)造活動的控制不顯著。

（5）對沖繩海槽深部構(gòu)造、巖漿、熱液和沉積作用的研究還較為欠缺，有賴于更深部的鉆井取芯進行研究。

致謝：感謝劉青松教授對本文的指導(dǎo)，感謝萬世明研究員提供圖5的原圖。陳巧、何愛迪、徐艾、鄒雪蓉、王永欣對本文的資料收集亦有幫助！