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新西兰Hikurangi俯冲带孔隙流体来源和水岩作用示踪研究:对流体活动和慢滑移事件的指示

批准号:
42076057
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
罗敏
依托单位:
学科分类:
海洋地质学与地球物理学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
罗敏

项目摘要

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中文摘要
近十几年由于密集的全球定位系统观测网的布设,在全球很多俯冲带都发现有慢滑移事件的发生。俯冲带慢滑移事件作为一种重要的断层滑动方式,成为地震学新兴和前沿的研究领域。由于在许多俯冲带大地震之前都观测到慢滑移事件,故其对于预测地震和海啸及其风险评估有重要意义。尽管有研究认为板片脱水和流体活动导致的高孔隙流体压力是慢滑移事件形成的主要原因,但均是基于地震剖面成像和理论模拟等间接证据,关于板片脱水和流体活动与慢滑移事件的关系仍然不太清楚。本项目拟从全球范围慢滑移事件记录最好、源区深度最浅的新西兰Hikurangi俯冲带三个IODP站位的孔隙流体和沉积物入手,运用氢、氧、锂、锶同位素示踪的研究手段,揭示主要的水岩反应过程,确定孔隙流体来源和深度,刻画从俯冲板块到上覆板块的水文地质特征,探讨板片脱水和流体活动与慢滑移事件的关系,为阐明俯冲带慢滑移事件的成因机制提供重要参考。
英文摘要
Since the advent of dense geodetic networks in the last decade, a large number of slow slip events (SSEs) have been discovered at subduction megathrusts worldwide. They have been recognized as a significant model of fault slip, which has become burgeoning research frontier in seismology. As SSEs are often detected prior to large earthquakes on subduction zones, they have significant implication for predicting earthquakes and associated tsunamis. A number of studies have suggested that the development of SSEs is associated with high fluid pressure induced by slab dehydration and fluid flow. However, these hypothesized mechanisms for SSE occurrence are based largely on indirect evidences of geophysical mapping and theoretical modeling; the relationship between slab dehydration and SSEs remains a mystery. We propose to analyze the δ18O、δD、87Sr/86Sr、δ7Li of pore fluids and sediments retrieved from the three drilling sites of IODP Expedition 375 on the Hikurangi margin where SSEs are the most well-documented with the shallowest source area worldwide. Our main aims are to trace the sources of pore fluids, to understand the major water-rock interaction, to characterize the hydrogeology from the subducting plate to the upper plate, and to investigate the potential linkage of slab dehydration and fluid flow with SSEs. These results would have great implication for unraveling the genetic mechanism of SSEs on subduction zones.
俯冲带海底沉积物中的水岩反应和流体活动会对断层行为产生重要影响。本项目对国际大洋发现计划IODP 372和375航次在新西兰Hikurangi俯冲带采集的U1517、U1518、U1519、和U1520四个站位的沉积物孔隙水的溶解无机碳(DIC)含量和稳定碳同位素值(δ13C)、放射性锶同位素值(87Sr/86Sr)、锂同位素值(δ7Li)、氢氧同位素值(δH和δ18O)、钙同位素值(δ44/40Ca)、沉积物主微量元素含量、不同组分(可交换相、碳酸盐相、硅酸盐相)锂(Li)的含量和δ7Li进行测试,结合反应运移模型,识别孔隙流体来源,确定主要水岩反应速率。研究发现火山灰蚀变同时伴随自生矿物形成是沉积物中主要的水岩反应过程,火山灰蚀变释放的Si绝大部分(~99%)都以自生粘土矿物和硅质胶结物的形式保留在沉积物中。自生碳酸盐沉淀所需的Ca大约50%来自于火山灰蚀变。自生碳酸盐矿物和粘土矿物沉淀均是Mg的重要的汇,约40-80%的Mg被自生粘土形成消耗。孔隙流体Li收支受到沉积物离子交换、火山灰蚀变以及自生粘土矿物形成的共同控制。数值模拟计算结果表明,U1518和U1520站位离子交换和火山灰蚀变释放Li的深度积分速率大于粘土矿物形成消耗Li的速率,导致孔隙流体Li的积累和δ7Li值的降低。特别的,U1520站位海底以下约500米处出现孔隙流体Li含量升高至~252 μM(比海水Li含量高出一个数量级)而δ7Li值降低至10.4‰(海水δ7Li约为30‰)。尽管俯冲带孔隙流体Li含量升高和δ7Li值降低通常认为与粘土矿物脱水和流体渗漏有关,但结合沉积学和数值模拟研究发现,U1520站位不存在明显的流体渗漏证据,而是由于在约500米处原位强烈火山灰层蚀变释放的Li导致。研究结果表明主动大陆边缘沉积物中火山灰蚀变及其伴随的自生矿物形成对全面认识沉积物乃至海洋元素地球化学循环有重要意义。
深海极端环境碳循环
  • 批准号:
    42522604
  • 项目类别:
    青年科学基金项目(B类)
  • 资助金额:
    200.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    罗敏
  • 依托单位:
基于多同位素体系(δ44/40Ca、δ26Mg、δ30Si)示踪日本海沟海底硅酸盐风化和反风化
  • 批准号:
    42476045
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    49.00万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    罗敏
  • 依托单位:
近陆深渊区海底沉积有机质源汇研究-以新不列颠海沟为例
  • 批准号:
    41703077
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    罗敏
  • 依托单位:
国内基金
海外基金