埋藏海山上方增强沉积物改造的光环现象：靠近卡斯卡迪亚俯冲带

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Halos of Enhanced Sediment Alteration Above Buried Seamounts Approaching the Cascadia Subduction Zone

海山热液循环对沉积物变质及地震活动影响研究。基于Cascadia边缘Astoria Fan区域热液活动与热历史建模，发现埋藏的MARGIN海山上方沉积物因热液循环导致蒙脱石向伊利石转化进程显著加快，形成250米浅层高变质带，其刚性增强与p波速度升高相关。利用垂直重力梯度异常识别出19个潜在埋藏海山，其中16个穿透基底沉积层进入扇体。这些海山可能通过热液通道影响上盘变形，促进地震 nucleation。热液对流使基底-沉积界面温度异常达212°C，流体渗透速度达1.3×10^-5 m/s。变质沉积物中钾硅酸盐胶结物含量增加，弹性模量提升40%-60%。重力梯度异常空间分布显示海山密度约1/1257 km2，埋深范围500-2500米。研究结果揭示埋藏海山作为热液通道对边缘楔变形和地震活动的主导控制作用。

　　海底地形对地质过程有着深远的影响，尤其是在板块汇聚带，如北美西海岸的卡斯凯迪亚俯冲带。当沉积物进入俯冲带时，其热历史决定了发生的一系列成岩反应，这些反应会改变沉积物的机械特性，进而影响俯冲带的构造活动和地震行为。本研究聚焦于美国俄勒冈州外海的卡斯凯迪亚边缘，特别是被阿斯托里亚扇（Astoria Fan）覆盖的埋藏海山（MARGIN seamount），探讨了这些海山对沉积物热演化和成岩反应的影响。

在卡斯凯迪亚边缘，海山的存在可能成为热流和流体循环的重要控制因素。通过分析热流观测数据，研究人员发现，海山顶部的温度可能比其周围沉积物高约100°C。这种温度差异促使了成岩反应的加速，尤其是在粘土矿物的转变过程中。例如，蒙脱石向伊利石的转变通常发生在100°C至150°C的温度范围内，而这一过程在海山上方的沉积物中更早完成。由于海山的热效应，该区域的沉积物在埋藏较浅的情况下就已发生较为彻底的成岩反应，其机械特性（如刚度和P波速度）也发生了显著变化。这种变化可能在俯冲带中形成局部的地质差异，从而影响地震的发生机制。

海山的热效应不仅体现在温度的提升上，还通过流体循环的方式改变了沉积物的结构和物理性质。研究中使用了垂直重力梯度异常（VGG）来估算其他可能被阿斯托里亚扇覆盖的海山位置和大小。VGG能够放大短波长的信号，从而在地质勘探中识别出海山的存在。结果显示，至少有19个海山被埋藏在阿斯托里亚扇之下，其中一些可能穿透了基底沉积层，进入扇内的沉积物中。这些海山的热影响可能与海山本身的高度和沉积物厚度有关，因此对它们的热演化和成岩反应有重要影响。

在阿斯托里亚扇中，沉积物的热演化过程可能因海山的存在而显著加速。研究显示，海山上方的沉积物在埋藏深度仅为约250米时就可能完成蒙脱石向伊利石的转变，而在远离海山的区域，这一过程可能需要埋藏至约800米才开始发生。这表明，海山的存在能够显著改变沉积物的热演化路径，进而影响其物理和机械特性。例如，海山上方的沉积物可能因更早的成岩反应而表现出更高的刚度和P波速度，这种特性在俯冲带中可能有助于地震能量的积累和释放。

进一步的研究表明，这些被埋藏的海山可能通过促进流体垂直渗透，增强了沉积物的胶结作用。胶结作用不仅提高了沉积物的弹性强度，还可能影响其在俯冲带中的变形行为。由于胶结后的沉积物能够更有效地储存弹性应变能，这种变化可能在俯冲带中形成地震发生的有利条件。因此，海山的存在可能在俯冲带的边缘形成局部的地震活动区。

此外，海山的热效应还可能影响俯冲带的地质结构和热状态。通过热流观测和模型分析，研究人员发现，海山上方的沉积物在热循环作用下，其温度显著高于周围沉积物，这可能导致了成岩反应的不均匀分布。这种不均匀性在俯冲带中可能形成不同的地质响应，进而影响整个区域的构造演化。例如，海山上方的沉积物在俯冲过程中可能更早发生胶结，从而在俯冲带中形成更稳定的结构，影响地震的发生位置和强度。

研究还指出，这些被埋藏的海山不仅影响了沉积物的热演化和成岩反应，还可能通过改变热流分布，对俯冲带的流体循环和热结构产生重要影响。这种影响可能对俯冲带的构造活动和地震机制产生深远的后果。因此，识别和研究这些被埋藏的海山，对于理解俯冲带的热历史和地质演化具有重要意义。

总体而言，海山在俯冲带中的作用不仅仅是地形上的存在，更是热循环和成岩反应的重要驱动力。它们通过改变局部的热环境，影响沉积物的物理和机械特性，进而对俯冲带的地震活动和构造演化产生深远影响。这种影响可能在多个尺度上发生，从局部的沉积物胶结到整个俯冲带的热结构变化。因此，深入研究海山对沉积物热演化和成岩反应的影响，有助于更好地理解俯冲带的动态过程和地震发生机制。