超快速扩张洋壳钻探之二——IODP309航次介绍

    IODP309航次于2005年7月8日至8月28日在赤道东太平洋实施,其钻探目标是超快速扩张的洋壳。航次的首席科学家由英国南安普敦大学海洋与地球科学学院的Damon Teagle教授和日本静冈大学大学生物和地球科学系的Susumu Umino教授担任。该航次在ODP 206航次钻1256 D孔的基础上继续钻进,共钻进503.3米,取芯182.61米(见表1)。

   超高速扩张速率洋壳钻探计划是一个复合钻探计划,该计划首次设计钻穿上部喷出岩、进入岩墙,到达下伏辉长岩,分为三个航次进行实施——ODP206、IODP309和312航次,309航次是该计划的第2个航次。2003年1月结束的ODP 206航次在赤道东太平洋实施的1256 D孔钻进了距今15 Ma的洋壳,该地区洋壳在东太平洋洋隆高速扩张(>200 mm/y)时期形成。1256 D孔被设计来研究扩张速率和轴向低速带深度的倒转关系,目前通过地球物理观测的研究认为辉长岩是由于岩浆房的冷却形成的。

    在309航次期间,1256 D孔成功地钻进到了洋底以下1255米(基岩以下1005米),以每天大约15米的速度钻穿了800多米的大洋中脊玄武岩,进入了194.1米的席状侵入岩,平均取芯率约为36%。1256 D孔是大洋钻探历史上钻入洋壳基底第4深的钻孔,就进入高速扩张洋壳的进尺深度来说,更是仅次于504 B孔而列第二位。

    对309航次的研究已经取得了初步的成果,对1256 D孔已钻探的上部洋壳可以分为几个带:250-350米为喷出熔岩流,534-1004米为席状和块状熔岩流,1004-1061米为喷出岩和侵入岩的过渡带,>1060米为席状侵入岩。1256站最上部洋壳由大于280余米厚的喷出熔岩流,上覆于块状的、席状的和枕状熔岩流上,具有在水平面喷发产生的膨胀结构,席状和块状熔岩流组成了剩余的喷出岩部分(534-1004米)。1004-1061米的过渡带位于近垂直破碎带、接触关系为侵入接触并具有大量的矿化角砾岩。

    与其他的基岩站位相比(417和418站,504 B和896 A孔),1256 D孔喷发的熔岩具有较轻的热液蚀变,从氧化程度到海水蚀变在深度上都没有大的改变,这也表明氧化蚀变的发生与深度没有规律,通常与浸染脉网格相关。在1061米以下,块状玄武岩(有些具有辉绿结构)为席状侵入体的主要组成部分。大量近垂直的岩墙、角砾岩化和矿化冷却边与席状侵入体相互交错,这些岩石在绿片岩相热液条件下改变并且大大提高了热传导性和P波速率。在1255米,1256 D孔非常接近冷冻轴岩浆房的深度,先前预测的深度为1275-1525米。

    1256站的物理参数在岩性过渡带发生重大的变化,块状熔岩的孔隙度由4%降低到过渡带结束时的2%,P波速率在1240米时由5.5增加到6 km/s。席状和块状熔岩流的平均热传导率(TC)约为1.8±0.2 W/(m·K),但是在过渡带却有明显的增加,在席状侵入岩的顶部更是增加到2.1±0.1 W/(m·K)。

    309航次1256 D孔钻探结束时,井位清理得非常干净,为将来的再次钻进提供了良好的条件。2005年底IODP 312航次重返1256站继续钻探,尽管预计每天15米的速度并不快,也无法确信将来的钻探条件,但保守的估计该站至少可以加深500米。这样1256 D孔总的深度将有望大大超过地球物理预测的辉长岩的深度,为我们揭示更深处洋壳的秘密提供宝贵的材料。