印度洋大地構(gòu)造背景及其構(gòu)造演化
——印度洋底大地構(gòu)造圖研究進展

李江海，張華添*，李洪林

(1. 北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院 造山帶與地殼演化教育部重點實驗室，北京 100871)

印度洋大地構(gòu)造背景及其構(gòu)造演化
——印度洋底大地構(gòu)造圖研究進展

李江海1，張華添1*，李洪林1

(1. 北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院 造山帶與地殼演化教育部重點實驗室，北京 100871)

印度洋底大地構(gòu)造圖(1∶1 500萬)基于最新地球物理數(shù)據(jù)，結(jié)合中國大洋調(diào)查航次積累的地貌、地質(zhì)、地球物理和礦產(chǎn)資源資料編制，綜合反映印度洋底及周緣地質(zhì)、地貌、地球物理和資源分布等特征，將為理解和推進印度洋盆構(gòu)造演化和資源分布研究提供理論支撐。本文介紹了該圖編制的思路和方法、數(shù)據(jù)來源、圖面內(nèi)容和大地構(gòu)造單元劃分，認為印度洋盆具有多微陸塊、多期擴張、多洋底高原、無震海嶺和“入”字形洋中脊等特征。在前人研究基礎(chǔ)上，將印度洋盆地構(gòu)造演化歸納為3個階段：(1)岡瓦納大陸裂解與洋盆初始張開 (侏羅紀-白堊紀中期)；(2)洋盆持續(xù)張開與擴張中心躍遷(白堊紀中期-古近紀初期)；(3)印度板塊與歐亞板塊俯沖碰撞及非洲板塊裂解(新生代)。在擴張中心躍遷式的發(fā)育形式下，現(xiàn)今印度洋盆多微陸塊、多期擴張中心和“入”字形的洋中脊基本構(gòu)造格局在古近紀早期便已形成。

印度洋；編圖研究；單元劃分；構(gòu)造格局；構(gòu)造演化

1 引言

印度洋是世界第三大洋，面積約74.1×106km2，南北長約9 600 km，東西寬約7 800 km。北部以伊朗、巴基斯坦、印度和孟加拉國為界，東部以馬來半島、印尼巽他群島和澳大利亞為界，西南與大西洋相接，東部及東南部與太平洋相接，平均深度約3 800 m。

印度洋多微陸塊、多期擴張中心的獨特構(gòu)造演化特征[1—4]，無論對認識現(xiàn)今板塊構(gòu)造，還是地史上板塊構(gòu)造，乃至地幔柱活動，都具有重要意義。近年來，以西南印度洋中脊為代表的超慢速擴張洋中脊以地幔巖出露、非對稱擴張、海洋核雜巖發(fā)育等特征正逐漸成為研究前沿。此外，印度洋還是研究慢速-超慢速擴張洋中脊熱液成礦的關(guān)鍵區(qū)域，并發(fā)育錳結(jié)核、鈷結(jié)殼、天然氣水合物、稀土元素、磷塊巖等多種資源，具有很好的資源前景，是我國大洋科考和資源調(diào)查的前沿陣地[5—7]。

國際上專門針對印度洋開展的大地構(gòu)造編圖研究較少。全球地質(zhì)圖編圖委員會(CGMW)于2004年完成Map of the Indian Ocean (1∶20 000 000)，內(nèi)容包括洋殼年齡、洋中脊、轉(zhuǎn)換斷層、俯沖帶、震中位置、大洋鉆探站位信息、沉積物類型、陸上地質(zhì)單元等要素[8]，但缺少最新的地球物理數(shù)據(jù)制約，缺乏資源分布、地質(zhì)災(zāi)害等概念。近20年來，世界地質(zhì)圖編圖委員會、聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)、美國國家航空航天局(NASA)、美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)、GEBCO等組織先后完成了側(cè)重點各異的全球大地構(gòu)造圖和海底地貌圖，其范圍囊括印度洋盆及周緣區(qū)域，但對于印度洋來說，資料詳實度不高。一些學(xué)者發(fā)表了印度洋盆地的構(gòu)造區(qū)劃圖、構(gòu)造地質(zhì)簡圖、重力場解釋圖[4，9—10]，但普遍比例尺太小，地球物理數(shù)據(jù)精度低，由此帶來印度洋最新大地構(gòu)造研究成果和思想難以準確表達的問題。如何將較高精度的海底深度圖、海底磁異常圖等整合，并賦予相關(guān)的構(gòu)造解釋，尚未見專門的圖件。

因此，從印度洋盆地大地構(gòu)造特征入手，利用最新的地球物理數(shù)據(jù)，結(jié)合中國大洋調(diào)查航次中積累的地貌、地質(zhì)、地球物理等資料，編制印度洋底大地構(gòu)造圖，對于理解和推進印度洋盆構(gòu)造演化和資源分布研究是非常必要的。通過印度洋底大地構(gòu)造圖的編圖研究[11]，可以為我國印度洋地質(zhì)的科學(xué)和大洋礦產(chǎn)勘探調(diào)查研究，提供基礎(chǔ)理論支撐。

2 印度洋底大地構(gòu)造圖編圖方法與圖件內(nèi)容

2.1 編圖思路與方法

本次編圖以洋底地形為底圖，結(jié)合最新印度洋底的地質(zhì)、地球物理研究成果，編制洋底大地構(gòu)造圖，補充陸上地質(zhì)信息與海陸聯(lián)系，以及洋底礦產(chǎn)等資源分布等，具體編圖方法如下：

2.1.1 編制統(tǒng)一的地形底圖

根據(jù)研究區(qū)范圍和圖幅要求，選取30°N～70°S，10°E～120°E為編圖范圍，采用等距圓柱投影，選用1∶1 500萬比例尺。以30″分辨率(約0.9 km)的GEBCO_08 Grid衛(wèi)星地形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)(下載網(wǎng)址：http://www.gebco.net/data_and_products/gridded_bathymetry_data/)，對地形進行色階調(diào)節(jié)，并添加陰影效果以直觀表達。根據(jù)印度洋底水深特征，選取并生成4 500 m、3 000 m等深線分別作為深海盆地和海底隆起(洋中脊、洋底高原、無震海嶺等)界線，形成統(tǒng)一的地形底圖。

2.2.2 編制洋底大地構(gòu)造圖

在統(tǒng)一地形底圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫、前人研究成果及大洋鉆探報告，疊加洋底地質(zhì)信息與研究進展，包括：(1)洋殼年齡等時線，表達洋殼年齡信息；(2)洋中脊擴張矢量、板塊現(xiàn)今運動矢量，表達板塊運動學(xué)特征；(3)地應(yīng)力分布，表達巖石圈淺層應(yīng)力狀態(tài)；(4)斷裂運動方向，表達板塊邊界運動和板塊內(nèi)變形特征；(5)補充大洋鉆探的基底深度、巖性和同位素年齡等信息；(6)熱點、地幔DUPAL同位素異常區(qū)、地幔底部剪切波速度異常區(qū)(LLSVP)位置，表達深部地幔背景異常；(7)海底扇展布、俯沖帶范圍、海洋核雜巖、活火山分布等研究進展；(8)彌散型板塊邊界(其與傳統(tǒng)板塊邊界不同，是穩(wěn)定板塊內(nèi)部強變形、應(yīng)變速率快的帶狀區(qū)域[12])。

2.2.3 補充陸上地質(zhì)信息和海陸聯(lián)系

以Geological Map of the World-3rd Edition (CGMW) 陸上地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，補充主要斷裂性質(zhì)，著重表達陸上一級構(gòu)造單元(板塊)及其邊界(造山帶、邊界斷裂帶、裂谷系等)。此外，結(jié)合洋底地貌特征及前人研究，統(tǒng)一表達海、陸相連的斷裂，以體現(xiàn)海陸構(gòu)造的相關(guān)性。

2.2.4 補充洋底礦產(chǎn)等資源分布

在大地構(gòu)造圖基礎(chǔ)上，結(jié)合前人文獻研究及網(wǎng)站公開數(shù)據(jù)，疊加熱液硫化物礦點、熱液異常區(qū)、鐵錳結(jié)核、富鈷結(jié)殼等資源分布。

2.2 主要數(shù)據(jù)及方法

本次編圖主要地球物理數(shù)據(jù)包括：全球海底地貌數(shù)據(jù)(GEBCO_08 Grid，GEBCO，2008)、全球磁異常數(shù)據(jù)(EMAG3，NOAA，2010)、全球重力異常數(shù)據(jù)(WGM2012，BGI，2012)，洋殼年齡數(shù)據(jù)(EarthByte，2008)、地殼應(yīng)力數(shù)據(jù)庫(World Stress Map，GFZ，2008)；地質(zhì)資料包括：陸上地質(zhì)(Geological Map of the World-3rd Edition，CGMW，2010)、硫化物礦點數(shù)據(jù)庫(InterRidge Vents Database Ver. 3.2，InterRidge)、洋底斷裂名稱數(shù)據(jù)庫(SCUFN，GEBCO，2013)、DSDP和ODP航次報告及研究報告等。編圖工作利用數(shù)據(jù)處理成圖平臺(Global Mapper、ArcGIS等)針對印度洋將上述地球物理數(shù)據(jù)及地質(zhì)資料進行處理、成圖和整合，對比分析總結(jié)印度洋大地構(gòu)造特征。

2.3 圖件反映的主要內(nèi)容

2.3.1 大地構(gòu)造單元

本次編圖主要進行了兩級構(gòu)造單元劃分，一級構(gòu)造單元為板塊，二級構(gòu)造單元為板塊內(nèi)構(gòu)造單元。一級構(gòu)造單元邊界包括離散型板塊邊界(洋中脊、裂谷等擴張中心)、匯聚型板塊邊界(俯沖帶、縫合帶)、轉(zhuǎn)換型板塊邊界(大型邊界走滑斷裂)以及彌散型板塊邊界，二級構(gòu)造單元邊界為主要斷裂和等深線，分別用不同圖例表達，其中等深線為深海盆地、洋底高原等地貌單元的邊界，參考前人研究[13—15]，深海盆地以4 500 m等深線圍限，洋底高原以3 000 m等深線圍限。

2.3.2 各大地構(gòu)造單元的運動與應(yīng)力特征

構(gòu)造單元的運動特征包括現(xiàn)今板塊運動矢量(GPS數(shù)據(jù))、洋中脊和裂谷系等擴張中心的擴張矢量及主要走滑斷裂運動方式等，反映相關(guān)構(gòu)造單元自身和相對的運動特征。應(yīng)力特征為大洋盆地、洋底高原和無震海嶺、洋中脊等構(gòu)造單元不同位置的應(yīng)力狀態(tài)，包括擠壓、走滑和伸展應(yīng)力狀態(tài)。

2.3.3 各大地構(gòu)造單元的物質(zhì)組成與年齡

大洋盆地基底巖性信息是洋底物質(zhì)組成的主要內(nèi)容，根據(jù)DSDP和ODP大洋鉆探資料，使用不同圖例表達，包括玄武巖、凝灰?guī)r、輝長巖等。洋底年齡信息包括兩類：大洋鉆探樣品的同位素年齡和磁異常反演獲得的洋殼等時線。陸上部分使用不同顏色和底紋的圖例表達出露巖石的類型和年齡。

2.3.4 其他地質(zhì)單元體

包括點狀、線狀和面狀分布的地質(zhì)單元，使用不同圖例表達。點狀分布地質(zhì)單元包括活火山、海洋核雜巖、熱點等；線狀分布地質(zhì)單元主要為次要斷裂；面狀分布地質(zhì)單元包括地幔DUPAL同位素異常區(qū)、非洲地幔底部剪切波低速異常區(qū)等。

2.3.5 資源分布

洋底資源分布主要包括熱液硫化物礦點、熱液異常區(qū)、鐵錳結(jié)核、富鈷結(jié)殼等資源分布，分別使用不同圖例表達。其中，熱液硫化物礦點使用不同顏色填充以區(qū)別容礦圍巖的巖性特征。

3 印度洋盆及其周緣大地構(gòu)造單元劃分

在前人構(gòu)造區(qū)劃的基礎(chǔ)上[8，16]，將本區(qū)劃分為兩級構(gòu)造單元，一級單元為板塊，二級單元為板塊內(nèi)構(gòu)造單元。具體方案如下。

圖幅內(nèi)一級構(gòu)造單元主要依據(jù)古近紀以來的板塊邊界進行劃分，大型板塊包括：非洲板塊、南極洲板塊、印度-澳大利亞板塊、阿拉伯板塊；其中印度-澳大利亞板塊可依據(jù)彌散型板塊邊界分為印度板塊、澳大利亞板塊和Capricorn板塊，非洲板塊以東非裂谷劃分出索馬里板塊；另包括印支板塊、華南板塊等小板塊(見圖1)。

一級構(gòu)造單元邊界包括6類，分別為：(1)洋中脊和擴張中心(6個)：塔朱拉-亞丁-希巴洋脊、卡斯伯格脊、中印度洋中脊、西南印度洋中脊、東南印度洋中脊、紅海擴張中心;(2)裂谷系(1個)：東非裂谷系;(3)俯沖帶(2個)：馬卡蘭增生楔、安達曼-爪哇-蘇門答臘海溝;(4)碰撞造山帶(2個)：扎格羅斯造山帶、喜馬拉雅造山帶;(5)大型走滑斷裂(3個)：歐文-恰曼走滑斷裂、實皆(Sagaing)右旋走滑斷裂、紅河走滑斷裂;(6)彌散型板塊邊界(2個) (見圖1)。

二級構(gòu)造單元主要圍繞印度洋底進行劃分，綜合考慮地殼的地質(zhì)和地球物理特征，并以海底地貌和磁異常條帶分析為主要依據(jù)劃分，包括微陸塊(9個)、海底扇(2個)、洋底高原(4個)、無震海嶺/海隆(5個)、深海盆地(13個)、小洋盆(2個)、陸緣盆地(80個)。

二級構(gòu)造邊界主要為斷裂帶、海底等深線。本文以4 500 m和3 000 m等深線分別限定深海盆地和洋底高原、海嶺的邊界。主要二級構(gòu)造單元邊界斷裂帶包括：馬達加斯加西緣戴維(Davie)轉(zhuǎn)換斷層、Investigator斷裂、不活動的擴張中心(西索馬里海盆、馬斯克林盆地、沃頓洋脊、爪哇海底西部、南中國海等)。

4 印度洋底構(gòu)造格局分析

4.1 印度洋盆及其周緣大地構(gòu)造格局概況

印度洋現(xiàn)今構(gòu)造格局為侏羅紀以來岡瓦納超大陸裂解的結(jié)果，各種板塊構(gòu)造事件諸如超大陸解體、海底擴張、地幔柱、俯沖-碰撞等均可發(fā)現(xiàn)[17—18]，形成多微陸塊、多期擴張中心、多洋底高原和無震海嶺和“入”字形洋中脊的獨特構(gòu)造格局[1—4]。

本區(qū)主要板塊包括非洲板塊、南極洲板塊、澳大利亞板塊、印度板塊、阿拉伯板塊、Capricorn板塊、索馬里板塊、印支板塊和華南板塊等(見圖2)。印度板塊、阿拉伯板塊和非洲板塊總體向北東運動，三者運動速率分別為6.8 mm/a、4.6 mm/a、3.2 mm/a。華南板塊向南東東方向運動，速率約7 mm/a，逆時針旋轉(zhuǎn)速率約0.22°/Ma。印支板塊逆時針旋轉(zhuǎn)，速率約0.18°/Ma。澳大利亞板塊向北東方向運動，速率約9 mm/a。南極洲板塊運動速率低，但持續(xù)發(fā)生順時針旋轉(zhuǎn)，速率約0.224°/Ma[19—20]。

圖1 印度洋盆及周緣大地構(gòu)造區(qū)劃圖Fig. 1 Tectonic division of Indian Ocean黑粗實線為一級板塊邊界(包括洋中脊、俯沖帶、大型走滑斷裂、縫合帶等)；虛線為彌散型板塊邊界范圍及推測板塊邊界(圖2)；灰實線為深海盆地和洋底高原的地形圍限，具體見數(shù)字標注：1.1-索馬里深海盆地; 1.2-塞舌爾微陸塊; 1.3-馬斯克林洋底高原; 1.4-馬斯克林深海盆地; 1.5-馬達加斯加深海盆地; 1.6-馬達加斯加洋底高原; 1.7-納塔爾深海盆地; 1.8-馬達加斯加微陸塊; 2.1-莫桑比克微陸塊; 2.2-莫桑比克深海盆地; 2.3-厄加勒斯微陸塊; 2.4-厄加勒斯深海盆地; 2.5-厄加勒斯海嶺; 3.1-恩德比深海盆地; 3.2-Conrad海隆; 3.3-克洛澤洋底高原; 3.4-克洛澤深海盆地; 3.5-凱爾蓋朗洋底高原; 3.6-澳大利亞-南極深海盆地; 3.7-Elan Bank微陸塊; 4.1-中印度深海盆地; 4.2-東經(jīng)九十度海嶺; 4.3-沃頓深海盆地; 4.4-Exmouth微陸塊; 4.5-Cuvier微陸塊; 4.6-納多魯列斯微陸塊; 4.7-Broken脊; 4.8-南澳深海盆地; 5.1-阿拉伯深海盆地; 5.2-印度河海底扇; 5.3-查戈斯-拉克代夫海嶺; 5.4-Laxmi脊; 5.5-孟加拉灣海底扇; 6.1-安達曼海小洋盆; 7.1-南海小洋盆Black solid lines indicate first-order plate boundaries (including mid-ocean ridges，subduction zones，major strike slip faults，suture zones，etc.); dashed lines are the borderlines of diffused plate boundary and inferred plate boundary. Grey solid lines are isobaths confining oceanic basins and oceanic plateaus. Numbers are as follows: 1.1-Somali Oceanic Basin; 1.2-Seychelles Microcontinent; 1.3-Mascarene Oceanic Plateau; 1.4-Mascarene Oceanic Basin; 1.5-Madagascar Oceanic Basin; 1.6-Madagascar Oceanic Plateau; 1.7-Natal Oceanic Basin; 1.8-Madagascar Microcontinent; 2.1-Mozambique Microcontinent; 2.2-Mozambique Oceanic Basin; 2.3-Agulhas Microcontinent; 2.4-Agulhas Oceanic Basin; 2.5-Agulhas Ridge;3.1-Enderby Oceanic Basin; 3.2-Conrad Rise; 3.3-Crozet Oceanic Plateau; 3.4-Crozet Oceanic Basin; 3.5-Kerguelen Oceanic Plateau; 3.6-Australia-Antarctic Oceanic Basin; 3.7-Elan Bank Microcontinent; 4.1-Central Indian Oceanic Basin; 4.2-Ninety East Ridge; 4.3-Wharton Oceanic Basin; 4.4-Exmouth Microcontinent; 4.5-Cuvier Microcontinent; 4.6-Naturaliste Microcontinent; 4.7-Broken Ridge; 4.8-South Australia Oceanic Basin; 5.1-Arabian Oceanic Basin; 5.2-Indus River Delta; 5.3-Chagos-Laccdive Ridge; 5.4-Laxmi Ridge; 5.5-Bengal Delta; 6.1-Andaman Oceanic Basin; 7.1-South China Sea Oceanic Basin

圖2 印度洋盆及周緣大地構(gòu)造略圖Fig. 2 Tectonic sketch of Indian Ocean洋底高原、無震海嶺和微陸塊：1-馬斯克林洋底高原; 2-馬達加斯加微陸塊; 3-馬達加斯加洋底高原; 4-莫桑比克微陸塊; 5-厄加勒斯微陸塊; 6-馬里昂洋底高原; 7-Conrad海隆; 8-克洛澤洋底高原; 9-Elan Bank微陸塊; 10-凱爾蓋朗洋底高原; 11-Broken脊; 12-納多魯列斯微陸塊; 13-Cuvier微陸塊; 14-Exmouth微陸塊; 15-東經(jīng)九十度海嶺; 16-查戈斯-拉克代夫海嶺。不活動的擴張中心：I-西索馬里盆地; II-馬斯克林盆地; III-Gop裂谷; IV-沃頓洋脊; V-南海。主要海溝和斷層：a-紅河走滑斷裂; b-實皆走滑斷裂; c-蘇門答臘走滑斷裂; d-蘇門答臘-爪哇海溝; e-Arakan前陸沖斷帶; f-喜馬拉雅前陸沖斷帶; g-恰曼走滑斷裂; h-馬卡蘭增生楔; i-扎格羅斯前陸沖斷帶; j-東非裂谷系; k-戴維走滑斷裂Oceanic Plateaus，aseismic ridges，and microcontinents: 1-Mascarene Oceanic Plateau; 2-Madagascar Microcontinent; 3-Madagascar Oceanic Plateau; 4-Mozambique Microcontinent; 5- Agulhas Microcontinent; 6-Marion Oceanic Plateau; 7-Conrad Rise; 8-Crozet Oceanic Plateau; 9-Elan Bank Microcontinent; 10-Kerguelen Oceanic Plateau; 11-Broken Ridge; 12-Naturaliste Microcontinent; 13-Cuvier Microcontinent; 14-Exmouth Microcontinent; 15-Ninety East Ridge; 16-Chagos-Laccdive Ridge.Inactive spreading centers: I-West Somali Basin; II-Mascarene Oceanic Basin; III-Gop Rift; IV-Wharton Ridge; V-South China Sea.Major trenches and faults：a-Red River Strike Slip Fault; b-Sagaing Strike Slip Fault; c-Sumatra Strike Slip Fault; d-Sumatra-Java Trench; e-Arakan Foreland Thrust Belt; f-Himalaya Foreland Thrust Belt; g-Chaman Strike Slip Fault; h-Makran Accretionary Prism; i-Zagros Foreland Thrust Belt; j-East African Rift; k-Davie Strike Slip Fault

本區(qū)板塊邊界可分為4類：離散型、匯聚型、轉(zhuǎn)換型和彌散型。離散型邊界包括洋中脊和擴張中心、裂谷系，匯聚型邊界包括俯沖帶、增生楔和造山帶，轉(zhuǎn)換型邊界主要為走滑斷裂系，彌散型邊界有印度-澳大利亞彌散變形帶和東非彌散變形帶。在印度洋盆周緣發(fā)育一系列大陸邊緣盆地，包括被動大陸邊緣盆地、弧后盆地和弧前盆地。此外，印度洋盆內(nèi)發(fā)育一系列微陸塊，是印度洋盆多期裂解的產(chǎn)物[4]。印度洋主要有3個地幔柱活動區(qū)域：凱爾蓋朗、留尼旺和馬里昂熱點(見圖2)。伴隨岡瓦納超大陸的裂解和印度洋盆張開，熱點在板塊上形成許多島鏈和洋底高原。短期形成的大量溢流玄武巖省的發(fā)育通常伴隨大陸裂解事件，長期持續(xù)的熱點作用則在板塊上形成無震海嶺[18，21]。

4.2 洋盆擴張作用與走滑斷裂系

印度洋區(qū)域擴張中心由兩個三聯(lián)點控制：羅德里格斯三聯(lián)點連接西南印度洋中脊、東南印度洋中脊、中印度洋中脊和卡斯伯格脊，阿法爾三聯(lián)點連接紅海、亞丁灣和東非裂谷系，兩者以歐文斷裂溝通[16]。

圖3 印度洋盆地形剖面圖Fig.3 Bathymetric profiles of Indian Ocean Basin地形剖面據(jù)GEBCO_08 Grid(http://www.gebco.net/data_and_products/gridded_bathymetry_data/)Bathymetric profiles are based on GEBCO_08 Grid (http://www.gebco.net/data_and_products/gridded_bathymetry_data/)

西南印度洋中脊西起布維三聯(lián)點，東至羅得里格斯三聯(lián)點，總長約8 000 km，是非洲板塊和南極洲板塊之間邊界[22—23]。其全擴張速率為14～18 mm/a，屬超慢速擴張洋中脊，擴張方向與洋中脊軸斜交[24—25]。基巖主要為玄武巖、橄欖巖和輝長巖，轉(zhuǎn)換斷層附近出露地幔物質(zhì)-蛇紋石化橄欖巖，較大斷裂處還可見輝長巖出露[26—27]。東南印度洋中脊始于羅德里格斯三聯(lián)點，東南終止于麥考瑞三連點，長約8 200 km，分隔澳大利亞板塊和南極洲板塊[28]，為中速擴張洋中脊[29]，全擴張速率57～77 mm/a[30]。卡斯伯格脊北起歐文斷裂帶，向南延伸至赤道附近，長約1 500 km，是非洲板塊與印度-澳大利亞板塊的邊界[31]，全擴張速率為24.6～34.4 mm/a，屬于慢速擴張洋脊[32]，分段性不明顯，洋脊軸連續(xù)，發(fā)育非轉(zhuǎn)換斷層間斷[33]。中印度洋中脊南起羅德里格斯三聯(lián)點，北至赤道附近，長約3 000 km，是印度板塊與非洲板塊(塞舌爾微陸塊)的邊界[34]。其全擴張速率為34.4～44 mm/a，屬慢速擴張洋中脊[29]，顯示強烈的構(gòu)造分段性，轉(zhuǎn)換斷層發(fā)育[35]。

紅海裂谷北起死海轉(zhuǎn)換斷層，南接阿法爾三聯(lián)點，長約2 250 km，是非洲板塊和阿拉伯板塊的擴張型邊界，現(xiàn)處于大陸裂谷向大洋中脊轉(zhuǎn)變的過渡階段，全擴張速率約20 mm/a[36]。亞丁灣西側(cè)以阿法爾三聯(lián)點與紅海裂谷相連，東側(cè)以歐文斷裂與卡斯伯格脊相連，是索馬里板塊和阿拉伯板塊的邊界。自東向西發(fā)育Socotra，Shukra-El Shiek和Alula Fartak轉(zhuǎn)換斷層，形成塔朱拉脊、亞丁脊和希巴脊[37]。其中，亞丁脊分段性明顯，以斜向擴張為特征[38]，全擴張速率約30 mm/a[39]。東非裂谷系由一組張斷裂系組成，向北連接阿法爾三聯(lián)點，向南分為兩支，共同造成索馬里板塊從非洲板塊裂離[40]。東支伸展速率1.0～4.3 mm/a，自北向南減慢，西支伸展速率1.6～4.1 mm/a，自北向南變快，二者在馬拉維湖北側(cè)相連，向東南延伸至印度洋[41]。

陸上鄰近區(qū)發(fā)育許多邊界走滑斷裂，與洋盆內(nèi)斷裂帶、轉(zhuǎn)換斷層或俯沖帶相連，共同協(xié)調(diào)板塊之間的不同運動方式。恰曼走滑斷裂帶為歐文走滑斷裂的陸上延伸，共同形成印度板塊與阿拉伯板塊的邊界[42]。安達曼海擴張中心走滑斷裂北側(cè)與實皆右旋斷裂相連，南側(cè)與蘇門答臘右旋走滑斷裂相連，調(diào)節(jié)蘇門答臘-爪哇俯沖帶與印支板塊旋轉(zhuǎn)的關(guān)系[43]。

4.3 熱點作用

印度洋盆廣泛發(fā)育無震海嶺和洋底高原，其占全球20.4%大洋面積中發(fā)育35%體積的無震海嶺和洋底高原(據(jù)文獻[44]數(shù)據(jù)估算)。印度洋盆地主要受3個熱點影響：凱爾蓋朗、留尼旺和馬里昂熱點。

凱爾蓋朗熱點形成凱爾蓋朗洋底高原、Rajmahal大巖漿巖省和90°E海嶺，最初發(fā)育與印度板塊和澳大利亞-南極洲板塊分離有關(guān)[18]。凱爾蓋朗洋底高原南部和中部噴發(fā)于大陸環(huán)境，是岡瓦納大陸裂解的產(chǎn)物，峰期巖漿作用為119～100 Ma，北部具有典型的洋底高原地球化學(xué)特征，峰期巖漿作用為68～69 Ma[45—46]。90°E海嶺大致沿90°E延伸，北段埋藏于孟加拉灣海底扇之下，可能與Rajmahal大巖漿巖省相連[47]，以拉斑玄武巖為主，最南端年齡為(18±0.5) Ma，最北端達到80～83 Ma[48]。

留尼旺熱點形成德干大巖漿巖省、查戈斯-拉克代夫海嶺和馬斯克林洋底高原，現(xiàn)今仍在活動，最初發(fā)育與塞舌爾微陸塊和印度板塊分離有關(guān)[18]。德干大巖漿巖省形成于距今(65±1) Ma(K/T邊界)，在約1 Ma內(nèi)噴發(fā)玄武巖達1.5×106km3，是留尼旺熱點最初到達地表的產(chǎn)物[49]。查戈斯-拉克代夫海嶺北接德干大巖漿巖省，在10°S附近被中印度洋與馬斯克林洋底高原分隔。兩者在玄武巖年齡上具有連續(xù)性，由南向北年齡變老，南部706C鉆孔年齡為33 Ma，向北713A鉆孔為49 Ma，715A鉆孔為57 Ma[48]。

馬里昂熱點作用形成Morondava溢流玄武巖(馬達加斯加?xùn)|部)、St. Mary溢流玄武巖(印度西部)和馬達加斯加洋底高原，現(xiàn)今仍在活動，其最初發(fā)育與馬達加斯加微陸塊和印度板塊分離有關(guān)[18]。St. Mary玄武巖年齡為93～84 Ma[50]，指示馬里昂熱點主要作用時間為晚白堊世。古地磁研究認為，其90 Ma至今位置未發(fā)生明顯變化[51]。

4.4 微陸塊

微陸塊是地史上增生型造山帶中常見的地質(zhì)單元，現(xiàn)今案例多見于印度洋盆和塔斯曼海[52—53]。在印度洋盆，目前研究認為屬于微陸塊的洋底隆起包括：塞舌爾微陸塊[54—55]、Elan Bank[56]、納多魯列斯洋底高原[57]、厄加勒斯洋底高原[58]、莫桑比克微陸塊[58]、Laxmi脊[60]、Exmouth洋底高原[61]和Cuvier洋底高原[53]等，其中以塞舌爾微陸塊研究最為深入。文獻[60]對塞舌爾群島各島嶼出露的花崗閃長巖進行研究，鋯石U-Pb定年結(jié)果落在(748.4±1.2) Ma到(808.8±1.9) Ma之間，其具有島弧巖漿作用地化特征，因此認為塞舌爾微陸塊與印度Malani巖體、馬達加斯加同為新元古代羅迪尼亞超大陸西北緣俯沖帶。

5 印度洋底中、新生代大地構(gòu)造演化

印度洋盆張開始于東、西岡瓦納大陸之間三疊紀開始的裂解[2]，裂谷作用逐漸演化為海底擴張，洋盆范圍逐漸擴大，同時伴隨新特提斯洋的俯沖消亡和碰撞造山，及多個熱點的持續(xù)發(fā)育[17]，此過程可與印度洋各構(gòu)造單元的發(fā)育相對應(yīng)(見表1)。依據(jù)海底磁異常記錄和轉(zhuǎn)換斷層構(gòu)造行跡，并結(jié)合陸上地質(zhì)研究成果，許多學(xué)者開展了印度洋盆地擴張過程的重建[1，3，16，18，61—62]。據(jù)此可將印度洋盆地構(gòu)造演化歸納為3個階段：(1) 岡瓦納大陸裂解與洋盆初始張開(侏羅紀-白堊紀中期)；(2)洋盆持續(xù)張開與擴張中心躍遷(白堊紀中期-古近紀初期)；(3) 印度板塊與歐亞板塊俯沖碰撞及非洲板塊裂解(新生代)。

5.1 岡瓦納大陸裂解與洋盆初始張開 (侏羅紀-白堊紀中期)

中生代岡瓦納大陸經(jīng)歷了3次主要裂解事件，依次導(dǎo)致非洲板塊、大印度板塊和澳大利亞板塊開始從其上裂解(見圖4)。中侏羅世(距今約170 Ma)，Karoo大巖漿巖省噴發(fā)之后(距今183～182 Ma)，非洲板塊最先開始從岡瓦納大陸裂解，其東南緣與南極洲板塊之間發(fā)育莫桑比克和里瑟-拉森海裂谷盆地[63]，在其東緣，戴維右行走滑斷裂協(xié)調(diào)了非洲板塊與馬達加斯加之間1 000 km的走滑運動，并向北與西索馬里裂谷盆地相連[64]。中侏羅世末期(距今約166 Ma)，大印度板塊(包括印度板塊、馬達加斯加微陸塊、塞舌爾微陸塊、Laxmi微陸塊)開始從岡瓦納大陸裂解，其東緣與南極洲板塊之間發(fā)育恩德比裂谷盆地，東北緣與澳大利亞板塊之間發(fā)育珀斯-Cuvier裂谷盆地[65]。早白堊世早期(距今約136 Ma)，澳大利亞-南極洲裂谷發(fā)育，造成兩者開始分離[66]。

圖4 印度洋的中、新生代古板塊再造示意圖(古板塊位置由Gplates軟件生成)Fig.4 Mesozoic and Cenozoic reconstruction map of Indian Ocean(position of the paleo-plates are generated with Gplate)

裂谷作用持續(xù)發(fā)育并先后進入洋盆擴張階段，造成印度洋盆的初始張開(圖4)。晚侏羅世(距今約155 Ma)，西南印度洋最早開始擴張，并向北延伸與西索馬里盆地擴張中心相連，形成統(tǒng)一的擴張洋中脊，造成非洲板塊徹底從岡瓦納大陸裂解[63]。早白堊世(距今約136 Ma)，恩德比裂谷和珀斯-Cuvier裂谷盆地開始出現(xiàn)洋殼，形成東南印度洋中脊和沃頓洋脊[67]，兩者之間可能通過一系列轉(zhuǎn)換斷層相連[66]，由此造成大印度板塊徹底從岡瓦納大陸分離。白堊紀中期(距今約100 Ma)，澳大利亞-南極洲裂谷發(fā)展到頂峰并開始出現(xiàn)初始洋殼，向西與東南印度洋中脊及沃頓洋脊相連，形成擴張洋脊三聯(lián)點[66]。與此同時，凱爾蓋朗熱點開始發(fā)育，形成凱爾蓋朗洋底高原南部大巖漿巖省(距今119～100 Ma[46])和Rajmahal大巖漿巖省(距今118 Ma[68])。

表1 印度洋盆地中、新生代重要單元發(fā)育時代

續(xù)表1

5.2 洋盆持續(xù)張開與擴張中心躍遷 (白堊紀中期-古近紀初期)

白堊紀中期擴張格局形成后，印度洋盆范圍逐漸增加，此過程伴隨兩次擴張中心的躍遷，分別為：西索馬里盆地擴張中心躍遷至馬斯克林盆地擴張中心、馬斯克林盆地擴張中心和Gop-Palitana擴張中心躍遷至卡斯伯格脊。

早白堊世(距今約120 Ma)，西索馬里盆地擴張中心停止擴張[63]。隨著馬里昂熱點發(fā)育(距今約90 Ma)，馬達加斯加微陸塊開始從大印度板塊分離，形成馬斯克林盆地(距今約87 Ma)，擴張中心從西索馬里盆地躍遷至馬斯克林盆地。晚白堊世(距今約70 Ma)，印度板塊西緣發(fā)生裂谷與初始洋盆擴張，形成Gop裂谷和Palitana新生洋中脊[72]，造成馬斯克林微陸塊和Laxmi微陸塊整體從印度板塊分離，該擴張中心僅持續(xù)不到10 Ma[59]。留尼旺熱點在K/T邊界到達地表，在印度板塊西緣噴發(fā)，極短時間內(nèi)(約1 Ma)形成德干高原玄武巖。同時，卡斯伯格脊開始擴張，造成塞舌爾微陸塊和Laxmi微陸塊分離[18]，并伴隨馬斯克林盆地和Gop裂谷-Palitana脊停止擴張[59]，由此，擴張中心從馬斯克林盆地和Gop裂谷-Palitana脊躍遷至卡斯伯格脊。

伴隨兩次擴張中心躍遷，北印度洋形成了多微陸塊、多期擴張中心相間發(fā)育的現(xiàn)今構(gòu)造格局(見圖4，圖5⑥)。此外，始新世早期(距今約53 Ma)，沃頓洋脊停止擴張[74]，印度洋盆“入”字形洋中脊格局基本形成。

5.3 印度板塊與歐亞板塊俯沖碰撞及非洲板塊裂解 (新生代)

白堊紀后期，印度板塊向北運動速率迅速增加，在60 Ma前后達到峰值16.2 cm/a[78]。始新世(距今約55 Ma)，大印度板塊北緣與歐亞板塊發(fā)生初始碰撞，印度板塊運動速率迅速降低，新特提斯洋開始閉合，在其東段形成蘇門答臘-爪哇前陸沖斷帶[80]。新特提斯洋在距今43 Ma左右完全閉合，青藏高原隆升并形成孟加拉灣海底扇和印度河海底扇[81]。印度板塊和歐亞板塊碰撞在印度洋及周緣產(chǎn)生一系列調(diào)整事件，包括距今50～42 Ma中印度洋中脊的半擴張速率從65 mm/a降為20 mm/a，擴張方向發(fā)生順時針40°旋轉(zhuǎn)[10]，距今53 Ma左右沃頓洋脊停止擴張[74]，距今32～30 Ma紅河左旋走滑斷裂開始發(fā)育[82]等。

始新世(距今約38 Ma)紅海裂谷開始發(fā)育，目前處于大陸裂谷向大洋中脊轉(zhuǎn)變的過渡階段[36]。漸新世初期(距今約30 Ma)，亞丁灣開始發(fā)育初始裂谷，中新世形成洋中脊。中新世(距今25～22 Ma)，東非裂谷開始發(fā)育，與紅海、亞丁灣形成阿法爾活動三聯(lián)點，并造成索馬里板塊開始從非洲板塊裂解[73]。

圖5 印度洋多期次裂解-洋盆擴張作用示意圖Fig.5 Diagrammatic map showing the multi-stage rifting and spreading of Indian Ocean①東、西岡瓦納裂解(距今約170～155 Ma)；②印度與澳大利亞-南極洲板塊分離(距今約160～136 Ma)；③馬達加斯加與印度板塊分離(距今87 Ma)；④Laxmi微陸塊與印度板塊部分分離(距今70 Ma)；⑤塞舌爾微陸塊與Laxmi微陸塊(印度板塊)分離(距今65 Ma)；⑥沃頓洋脊停止擴張(距今約43 Ma)①Splitting of East and West Gondwana (～170-155 Ma BP)；②Separation of Indian Plate from Australia-Antarctic Plate (～160-136 Ma BP)；③Separation of Madagascar Plate from Indian Plate (87 Ma BP)；④Splitting of Laxmi Ridge from Indian Plate (～70 Ma BP)；⑤Separation of Sey-chelles from Laxmi Ridge (～65 Ma BP)；⑥Cessation of Wharton Ridge spreading(～43 Ma BP)

6 結(jié)論

(1) 綜合最新的地球物理資料，結(jié)合中國大洋調(diào)查航次中積累的地貌、地質(zhì)、地球物理和礦產(chǎn)資源資料，從印度洋盆地大地構(gòu)造特征入手，完成了印度洋底大地構(gòu)造圖編圖，將為理解和推進印度洋盆構(gòu)造演化和資源分布研究提供理論支撐。

(2)將研究區(qū)印度洋盆及周緣劃分為兩級構(gòu)造單元，一級單元為板塊，其邊界可分為離散型(洋中脊和擴張中心、裂谷系)、匯聚型(俯沖帶和縫合帶、造山帶)、轉(zhuǎn)換型(走滑斷裂系)和彌散型。二級單元為板塊內(nèi)地質(zhì)地貌單元，包括微陸塊、海底扇、洋底高原、無震海嶺、深海盆地、小洋盆和陸緣盆地，其邊界主要為斷裂帶和海底等深線。

(3)印度洋盆具有多微陸塊、多期擴張中心、多洋底高原和無震海嶺和“入”字形洋中脊的獨特構(gòu)造格局。其中，微陸塊和擴張中心(活動洋中脊、不活動洋中脊、夭折裂谷)相間排列的特征在印度洋盆北部尤為明顯。

(4)印度洋盆地構(gòu)造演化可歸納為3個階段：①岡瓦納大陸裂解與洋盆初始張開 (侏羅紀-白堊紀中期)；②洋盆持續(xù)張開與擴張中心躍遷 (白堊紀中期-古近紀初期)；③印度板塊與歐亞板塊俯沖碰撞及非洲板塊裂解 (新生代)。在擴張中心躍遷式的發(fā)育形式下，現(xiàn)今印度洋盆多微陸塊、多期擴張中心和“入”字形的洋中脊的基本構(gòu)造格局在古近紀早期便已形成。

致謝:中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會和國家海洋局第二海洋研究所為本文多位作者提供了參加2013，2014印度洋大洋航次調(diào)查的寶貴機會，在此表示感謝。感謝國家海洋局第二海洋研究所初鳳友研究員、陶春輝研究員、韓喜球研究員、李懷明副研究員對本文及編圖提出的意見建議。

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The tectonic setting and evolution of Indian Ocean——Research progress of tectonic map of Indian Ocean

Li Jianghai1，Zhang Huatian1，Li Honglin1

(1.KeyLaboratoryofOrogenicBeltsandCrustalEvolution，MinistryofEducation，SchoolofEarthandSpaceScience，PekingUniversity，Beijing100871，China)

The Tectonic Map of Indian Ocean(1∶15 000 000) is compiled to reflect the integrated geology，geomorphology，geophysics，and resource character of Indian Ocean. It is based on newly updated geophysical data，and combines materials obtained through COMRA cruises. The map aims to provide theory support for promoting the research of Indian Ocean tectonic evolution and resource distribution. The compiling methods，data，map content，and tectonic division is introduced in this paper. This paper further analyzed the tectonic pattern of Indian Ocean，which is recognized as various micro-continents，multiple spreading episodes，enriched oceanic plateaus and aseismic ridges，and λ-pattern mid-ocean ridges. Based on previous studies，three stages of tectonic evolution of Indian Ocean is revealed: (1)Breakup of Gondwana Continent and initial seafloor spreading (Jurassic-Mid Cretaceous)，(2) seafloor spreading accompanied with spreading center jump (Mid Cretaceous-early Paleogene)，and (3) closing of Neo-Tethys Ocean and rifting of East African Rift (Cenozoic). The modern pattern of various micro-continents，multiple spreading episodes，and λ-pattern mid-ocean ridges took shape in early Paleogene．

Indian Ocean; map compilation research; tectonic division; tectonic pattern; tectonic evolution

10.3969/j.issn.0253-4193.2015.07.001

2014-10-31；

2015-01-15。

印度洋脊多金屬硫化物成礦潛力與資源環(huán)境評價(DY125-12-R-03);西南印度洋脊合同區(qū)多金屬硫化物資源評價(DY125-11-R-01)。

李江海(1965—)，男，山西省太原市人，教授，博士生導(dǎo)師，從事全球構(gòu)造、洋中脊成礦研究。E-mail:jhli@pku.edu.cn

*通信作者：張華添(1989—)，男，山東省淄博市人，博士生在讀，從事洋中脊構(gòu)造、洋中脊成礦研究。E-mail:htzhang@pku.edu.cn

P285; P544+.4

A

0253-4193(2015)07-0001-14

李江海，張華添，李洪林. 印度洋大地構(gòu)造背景及其構(gòu)造演化——印度洋底大地構(gòu)造圖研究進展[J]. 海洋學(xué)報，2015，37(7): 1-14，

Li Jianghai，Zhang Huatian，Li Honglin. The tectonic setting and evolution of Indian Ocean——Research progress of tectonic map of Indian Ocean[J]. Haiyang Xuebao，2015，37(7): 1-14，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.07.001