新西蘭Hikurangi俯沖帶沉積物成巖作用示蹤研究：來自孔隙流體Sr同位素證據(jù)

孔麗茹，羅敏，陳多福

上海深淵科學(xué)工程技術(shù)研究中心，上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306

俯沖帶是地球上最復(fù)雜的構(gòu)造部位，是軟流圈、巖石圈、水圈、大氣和生物圈之間質(zhì)量和能量交換的動態(tài)場所。地表大多數(shù)突發(fā)性地質(zhì)現(xiàn)象均發(fā)生于此，包括爆發(fā)性的火山活動、強地震、快速的地貌演變和復(fù)雜的造山過程等[1-2]，對地球表面和內(nèi)部的演化具有重要意義。同時，它維持著地球內(nèi)部和外部之間長期的物質(zhì)-能量收支平衡[3]。沉積物的成巖作用以及流體活動是理解俯沖帶各種地質(zhì)過程的關(guān)鍵因素，它控制了俯沖帶的幾何形狀[4]、俯沖帶類型[5]，并影響俯沖帶界面的力學(xué)性質(zhì)和地震發(fā)生的深度[6-7]。

在板塊俯沖初始的階段，沉積物受到擠壓發(fā)生壓實脫水，伴隨發(fā)生的低溫成巖作用主要包括離子吸附和解吸附、火山灰蝕變、有機質(zhì)降解等。隨著俯沖深度的增加，開始出現(xiàn)能夠顯著改變俯沖帶壓力場的含水礦物的脫水，主要包括A型蛋白石向CT型蛋白石以及蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)變[8-9]。這些成巖反應(yīng)能夠顯著改變流體和巖石（沉積物）的物理化學(xué)性質(zhì)，如火山灰蝕變可能會引起硅質(zhì)膠結(jié)物的形成，從而影響沉積物孔隙度、滲透率和抗剪強度[10-11]。大量石英膠結(jié)物的形成改變巖石的摩擦特性，可能導(dǎo)致板片俯沖速度的減弱。同時，這些力學(xué)性質(zhì)增強的沉積物可能還會影響進入俯沖帶內(nèi)板塊邊界和增生楔的變形特征[12]。而水巖反應(yīng)過程釋放的流體不僅對俯沖帶板塊界面的機械耦合程度有直接影響[13]，同時也會改變俯沖帶的熱結(jié)構(gòu)，進而促進成巖和變質(zhì)作用的發(fā)生[6,14]。

慢滑移事件形成于俯沖界面摩擦性質(zhì)的亞穩(wěn)態(tài)區(qū)域，很多學(xué)者認為高的孔隙流體壓力是引發(fā)慢滑移事件的重要因素。海洋沉積物快速埋藏、構(gòu)造加載以及礦物脫水均可導(dǎo)致高孔隙流體壓力的形成。研究發(fā)現(xiàn)，板塊界面上的慢滑移事件源區(qū)通常伴隨異常低的地震波速和高的P波與S波比值（VP/VS），這就意味著高孔隙流體壓力可能是由于俯沖板片脫水和流體活動所導(dǎo)致，孔隙空間流體的聚集能夠大幅降低有效應(yīng)力，從而促進慢滑移事件的發(fā)生[15-17]。因此，認識俯沖帶沉積物所發(fā)生的成巖作用對于理解俯沖過程的溫壓場變化和沉積物（巖石）變形特征有著重要作用。

放射性Sr同位素（87Sr/86Sr）是海洋沉積物水巖作用的敏感示蹤劑。海洋沉積物中的不同組分物質(zhì)，如陸源碎屑、生物成因方解石、火山碎屑及洋殼具有差別很大的Sr含量和同位素組成，它們與水之間的水巖反應(yīng)能夠顯著改變孔隙流體Sr含量及其同位素組成。陸源碎屑物質(zhì)具有典型的放射性成因的高87Sr/86Sr值（87Sr/86Sr約0.711 9～0.713 3），而火山碎屑（87Sr/86Sr約0.706）和洋殼（87Sr/86Sr約0.703）則呈現(xiàn)典型非放射性成因的低87Sr/86Sr值，生物成因方解石則基本記錄古海水的Sr同位素組成（87Sr/86Sr約0.707 5～0.709 2）[18]。卡斯卡迪亞 增生楔ODP 889、892、1244、1251站位除了發(fā)現(xiàn)典型黏土礦物脫水導(dǎo)致的孔隙流體淡化的現(xiàn)象外，放射性Sr同位素還顯示來自深部的、與俯沖洋殼反應(yīng)后流體的貢獻[19-20]。受青藏高原大量陸源風(fēng)化剝蝕產(chǎn)物輸入的影響，蘇門答臘俯沖板塊片上的IODP 1480站位研究發(fā)現(xiàn)，強烈的陸源硅酸鹽礦物風(fēng)化使得海底以下1 000 m內(nèi)孔隙流體87Sr/86Sr顯著升高（高達0.713 2），而1 000 m以下受基底洋殼蝕變的影響，87Sr/86Sr明顯降低[21]。此外，沉積物中碳酸鹽礦物重結(jié)晶會釋放出大量Sr，這些Sr基本反映的是地質(zhì)歷史時期略低于現(xiàn)代海水的古海水87Sr/86Sr組成[22-23]。因此，孔隙流體87Sr/86Sr通常記錄的是現(xiàn)代海水（87Sr/86Sr約0.709 17）與不同端元物質(zhì)間的水巖作用產(chǎn)物的混合。

為了揭示慢滑移事件成因機制，國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃（IODP）375航次于2018年3月在新西蘭Hikurangi俯沖帶北部執(zhí)行鉆探和安裝海底井控觀測裝置（CORK）。通過刻畫俯沖板塊、靠近變形前緣活動逆沖斷層以及慢滑移事件源區(qū)的上覆板塊的物理和化學(xué)性質(zhì)、水文地質(zhì)和構(gòu)造特征以及熱結(jié)構(gòu)，揭示慢滑移事件的成因機制。

本文通過對Hikurangi俯沖帶分別位于俯沖的太平洋板塊站位（U1520）和變形前緣逆沖斷層站位（U1518）的孔隙流體的放射性Sr同位素（87Sr/86Sr）研究，結(jié)合孔隙流體的主量元素分析，識別沉積物發(fā)生的主要成巖作用，刻畫俯沖板塊的水文地質(zhì)特征，有助于認識Sr在俯沖帶的循環(huán)過程，并為闡明俯沖帶慢滑移事件的成因機制提供重要參考。

1 研究區(qū)概況

在新西蘭Hikurangi俯沖帶北部，太平洋板塊以4.5～5.5 cm/a的速度沿Hikurangi海槽向西俯沖進入新西蘭北島的下方[24]（圖1）。俯沖塊體主要由白堊紀(jì)海底高原（大火成巖?。┙M成，洋殼厚度為12～15 km，面積約為3.6×106km2，平均深度為2 500～4 000 m。高原位于Hikurangi海槽軸線的外側(cè)，上面覆蓋有約1 km厚的中生代至新生代的沉積層，被認為部分由陸源沉積物組成，在南部增加到大于5 km厚[25]。Hikurangi俯沖帶北部大部分是非增生型匯聚邊緣，俯沖板片上發(fā)育多個海山，形成了一個粗糙的俯沖界面，且局部由于海山俯沖，呈現(xiàn)前緣剝蝕的特征[25]。近幾十年來GPS觀測結(jié)果顯示Hikurangi北部的慢滑移事件頻發(fā)，約每18～24個月發(fā)生一次。最近的一項海底大地測量實驗表明，在IODP 375航次鉆探區(qū)的海底以下小于2 km發(fā)生了慢滑移，并一直延伸到海溝海底[26]。

2 材料與方法

本文研究的孔隙流體樣品通過2018年3月IODP 375航次在新西蘭Hikurangi俯沖帶北部鉆探獲得，選取位于太平洋俯沖板塊的U1520站位和變形前緣逆沖斷層的U1518站位共173個孔隙流體樣品開展研究（圖1）。孔隙流體樣品通過鈦合金壓榨裝置收集，利用0.2 μm的濾膜過濾后保存待測。

圖1 研究區(qū)和采樣站位位置[27]Fig.1 Location of the study area and drilling sites[27]

孔隙流體中的SO42?、Ca2+、Mg2+和Sr2+含量均在JOIDES Resolution鉆探船上地球化學(xué)實驗室測試。孔隙流體SO42?含量用3.2 mM Na2CO3和1.0 mM NaHCO3混合液作為淋洗液，25 mM H2SO4為再生液，由瑞士萬通Metrohm 850型離子色譜儀測定。將國際標(biāo)準(zhǔn)海水（IAPSO）稀釋不同倍數(shù)后建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，測試誤差小于1%?？紫读黧wCa2+、Mg2+和Sr2+含量用ICP-OES（Agilent 5 110 ICP-OES）測定。Ca2+、Mg2+測試 誤差 小于1%，Sr2+測試誤差小于2%。放射性Sr同位素測試在美國俄勒岡州立大學(xué)完成，取約4 mL孔隙流體，先經(jīng)離子交換樹脂對Sr進行分離純化，然后利用多接收電感耦合等離子質(zhì)譜（MS-ICP-MS，Nu Plasma II）對87Sr/86Sr進行測定，樣品87Sr/86Sr用美國國家標(biāo)準(zhǔn)局標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NBS 987（87Sr/86Sr=0.710 245）標(biāo)準(zhǔn)化矯正。

3 結(jié)果

3.1 主要巖性特征

U1518站位劃分了3個巖性地層單元（圖2a），地層年齡均屬于第四紀(jì)。巖性單元I（Unit I）又劃分出兩個次級單元（Unit IA和IB）。巖性單元IA（0～197.7 mbsf）主要為含砂質(zhì)泥巖、粉質(zhì)砂巖以及極細的砂，頂部有火山灰層。巖性單元IB（197.7～304.5 mbsf）主要為稀薄的泥巖和極細的粉砂巖。巖性單元Ⅱ（Unit Ⅱ）（304.5～370.4 mbsf）主要為淺綠灰色泥巖與薄層粉砂巖、砂質(zhì)粉砂巖交替出現(xiàn)。在巖性單元Ⅱ中存在兩個斷層帶分別是304.5～322.4 mbsf處的Pāpaku斷層帶和351.2～361.7 mbsf的次級斷層帶。巖性單元Ⅲ（Unit Ⅲ）（370.4～492.4 mbsf）可分為兩個次級單元（Unit IIIA和Unit IIIB），由泥巖組成，含粉砂巖和砂質(zhì)粉砂巖的薄層，最顯著的特點是出現(xiàn)大量塊體搬運沉積，IIIB中塊體搬運沉積出現(xiàn)的頻率比IIIA明顯要少[28]。

圖2 巖性柱狀圖及孔隙流體SO42-、Ca2+、Mg2+、Sr2+濃度以及放射性Sr同位素組成（87Sr/86Sr）[28-29]a. U1518站位，b. U1520站位。Fig.2 Lithologic column and SO42-、Ca2+、Mg2+、Sr2+ concentrations and radiogenic Sr isotope composition in pore fluid（87Sr/86Sr）[28-29]a. Site U1518,b. Site U1520.

U1520站位巖性較為復(fù)雜，可劃分為6個巖性地層單位，地層年齡從白堊紀(jì)至全新世。巖性單元Ⅰ（Unit I）（0～110.5 mbsf）主要為綠灰色半深海泥，夾有豐富的深灰色泥巖和砂巖層。巖性單元Ⅱ（Unit Ⅱ）（110.5～222.0 mbsf）主要為半深海泥與泥巖互層。巖性單元Ⅲ（Unit Ⅲ）（222.0～509.8 mbsf）主要為粉砂質(zhì)黏土—黏土質(zhì)泥巖，常見火山灰層。巖性單元Ⅳ（Unit Ⅳ）（509.8～848.5 mbsf）主要為碳酸鹽巖相沉積，包括淺綠—灰色泥灰?guī)r、淺棕灰色鈣質(zhì)泥巖和淺棕色白堊巖。巖性單元Ⅴ（Unit Ⅴ）（848.5～1 016.2 mbsf）主要為顆粒狀的火山碎屑巖。巖性單元 Ⅵ（Unit Ⅵ）（1 016.2～1 045.8 mbsf）主要為交替出現(xiàn)的火山碎屑礫巖、玄武巖和泥巖，顏色呈深藍灰色—綠灰色[29]。

3.2 孔隙流體SO42-、Ca2+、Mg2+、Sr2+濃度以及87Sr/86Sr隨深度變化

U1518站位孔隙流體SO42?濃度從頂部的28.1 mM迅速下降至8 mbsf的0 mM，該深度為U1518站位的硫酸鹽甲烷轉(zhuǎn)換帶（SMTZ），隨后SO42?濃度始終為0?？紫读黧w中Ca2+濃度從海底附近的10.4 mM迅速下降到SMTZ之下的3.1 mM，達到最低值后開始緩慢增加，在74.9 mbsf處增加到5.12 mM。之后Ca2+濃度變化相對較小，且始終低于6 mM。Mg2+濃度的整體變化趨勢與Ca2+濃度相似，從海底附近的海水值迅速下降到SMTZ之下的25 mM，隨著深度的增加Mg2+濃度始終保持在25 mM左右相對恒定。U1520站位孔隙流體中SO42?濃度從3 mbsf的19.7 mM迅速下降至27.8 mbsf處的0 mM，該位置為U1520站位的SMTZ深度。在446 mbsf以下，SO42?濃度開始增加，在523 mbsf處達到21 mM，540～848 mbsf處SO42?濃度先略微降低后又緩慢回升至近海水值，848 mbsf之下的火山碎屑巖層中，其濃度基本保持不變。Ca2+和Mg2+濃度在淺層均隨深度的增加而降低。Ca2+濃度在123 mbsf之下開始緩慢增加，以463.6 mbsf為轉(zhuǎn)折點開始Ca2+濃度大幅度增加，在725.3 mbsf處達到最大值（27.8 mM），隨后開始下降，在884 mbsf降低至15 mM，在此之下Ca2+濃度有小幅度增加。而Mg2+濃度則持續(xù)降低，在474.5 mbsf處出現(xiàn)與Ca2+濃度變化呈鏡像的大幅度降低，在690 mbsf處達到最小值（14.6 mM），隨后開始大幅升高，至863.4 mbsf處達到42.6 mM后Mg2+濃度基本保持恒定。

U1518站位Sr2+濃度在0～66 mbsf隨深度增加快速增大，66～200 mbsf處趨于平穩(wěn)。伴隨著Sr2+濃度的增加，87Sr/86Sr則由海水值（0.709 17）快速減小至60.7 mbsf處的0.708 71，在200 mbsf以下，Sr2+濃度和87Sr/86Sr隨深度均呈現(xiàn)小范圍波動，變化范圍分別為100～134 μM和0.708 7～0.708 9。

U1520站位中的Sr2+濃度在0～40 mbsf處隨深度增加而增大，隨后基本穩(wěn)定在110 μM左右。而87Sr/86Sr在0～40 mbsf處顯著降低，之后隨著深度的增加至0.709并趨于穩(wěn)定。在509.8 mbsf以下的巖性單元IV，Sr2+濃度開始出現(xiàn)急劇增加，并且在568.3～751.3 mbsf處始終保持較高的濃度（1 300 μM左右），751.3 mbsf之下的Sr2+濃度迅速降至134 μM，隨后濃度隨深度保持穩(wěn)定并略微增加。在巖性單元IV內(nèi)伴隨著Sr2+濃度的顯著增加，87Sr/86Sr并未出現(xiàn)明顯的變化。直到848.5 mbsf之下的巖性單元Ⅴ，87Sr/86Sr隨深度的增加而大幅降低，達到最小值（0.706 3）。

4 討論

4.1 火山灰蝕變

U1518和U1520站位巖心觀察顯示有廣泛的灰色火山灰層和深灰色的火山碎屑發(fā)育（圖3a、b），同時，在顯微鏡下也觀察到大量無色透明的火山玻璃（圖3c-e）。U1518站位孔隙流體中Ca2+濃度隨沉積物深度的增加先急劇下降，隨后緩慢增加。而Mg2+濃度隨深度增加整體呈降低趨勢，但不同深度Mg2+濃度減小的梯度有明顯差別（圖2a）。在15.8～44.2 mbsf處孔隙流體中Ca2+和Mg2+濃度變化呈負相關(guān)（圖4a）。U1520站位的Ⅱ和Ⅲ單元的孔隙流體Ca2+和Mg2+濃度變化幅度較小，但與U1518站位相似，也呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系。這種Ca2+和Mg2+的負相關(guān)特征在多個OPD/IODP鉆探站位均有發(fā)現(xiàn)，通常認為與硅酸鹽礦物蝕變并伴隨自生黏土礦物形成有關(guān)[30-36]?；鹕匠梢蛭镔|(zhì)的蝕變，如正長石、火山玻璃蝕變會釋放Ca2+，同時伴隨自生黏土礦物的形成，促使Mg2+從孔隙流體中移出進入自生黏土礦物相。由于U1518站位和U1520站位的上部沉積物中富含火山灰，故Ca2+濃度的增加伴隨Mg2+濃度減少的現(xiàn)象可能是由火山物質(zhì)蝕變驅(qū)動。與此相類似的特征在四國盆地的ODP C0012站位、日本海溝ODP 1150站位也顯示了由火山物質(zhì)蝕變導(dǎo)致的Ca2+-Mg2+濃度負相關(guān)的特征[37]。

圖3 火山灰層及火山玻璃[28-29]a. 灰色的火山灰層，b. 火山碎屑礫巖，c-e. 火山玻璃碎片。Fig.3 Volcanic ash layer and volcanic glass[28-29]a. gray volcanic ash layer,b. pyroclastic conglomerate,c-e. volcanic glass fragments.

圖4 孔隙流體Ca2+與Mg2+濃度關(guān)系圖[28-29]a. U1518站位，b. U1520站位。Fig.4 Cross-plots of pore-fluid Ca2+ vs. Mg2+ concentrations[28-29]a. Site U1518,b. Site U1520.

87Sr/86Sr與1/Sr相關(guān)圖顯示U1518和U1520站位巖性單元I?III孔隙流體呈現(xiàn)典型低放射性成因Sr端元與海水Sr端元的混合（圖5）。結(jié)合Ca2+和Mg2+濃度變化趨勢以及沉積物中廣泛分布的火山灰，這一低放射性成因Sr應(yīng)是由火山灰蝕變所導(dǎo)致。盡管基底玄武巖蝕變同樣可以引起類似的Ca2+、Mg2+、Sr2+含量以及87Sr/86Sr的變化特征，但考慮到淺部沉積物距離基底較遠，基底玄武巖蝕變的Sr同位素信號很難影響到淺部。在小安德列斯火山弧的多個站位沉積物孔隙流體中的87Sr/86Sr也顯示了受火山物質(zhì)蝕變導(dǎo)致的Sr含量增加而87Sr/86Sr降低的特征[22]。但是，U1520站位894 mbsf以下87Sr/86Sr值降低更為顯著，這是由于在巖性單元V內(nèi)的玄武巖蝕變釋放的低放射性成因Sr，通過擴散作用影響到上覆巖性單元的放射性Sr同位素組成。類似地，在加勒比海東部ODP 625站位和西部ODP 1 001站位也存在基底玄武巖蝕變的現(xiàn)象[38-39]。

圖5 1/Sr-87Sr/86Sr關(guān)系圖[28-29]a. U1518站位，b. U1520站位。Fig.5 Cross-plots of 1/Sr vs. 87Sr/86Sr[28-29]a. Site U1518,b. Site U1520.

4.2 碳酸鹽沉淀和重結(jié)晶

海洋沉積物中有機質(zhì)硫酸鹽還原和甲烷厭氧氧化耦合硫酸鹽還原作用，生成碳酸氫根（HCO3?），增加周圍孔隙流體的堿度，促進自生碳酸鹽巖的沉淀[32,40-43]。U1518和U1520站位孔隙流體SO42-基本隨深度增加而線性降低，分別在14.3和37.3 mbsf的硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶（SMTZ）降至為0，Ca2+和Mg2+濃度在對應(yīng)深度范圍內(nèi)也逐漸降低，且Ca2+濃度在SMTZ降至最低值，表明發(fā)生了次生碳酸鹽礦物沉淀，消耗了大量孔隙流體Ca2+、Mg2+。

在U1520站位巖性單元IV中，Ca2+濃度快速增加，并伴隨著Mg2+濃度大幅降低，且Ca2+增加與Mg2+降低的比例基本為1∶1（圖4b）。一般來說，沉積物孔隙流體Ca2+-Mg2+濃度呈負相關(guān)的趨勢是由于低溫火山灰/玄武巖蝕變或者碳酸鹽礦物的重結(jié)晶作用所引起[30,44]?？紤]到巖性單元IV是以碳酸鈣含量很高的灰?guī)r為主，故認為這種近1∶1的Ca2+-Mg2+濃度呈負相關(guān)的變化可能是由于碳酸鹽礦物發(fā)生重結(jié)晶作用導(dǎo)致。生物成因文石被埋藏后，發(fā)生重結(jié)晶，Mg2+代替Ca2+進入方解石晶格中轉(zhuǎn)變?yōu)楦哝V方解石，引起孔隙水Ca2+顯著增加和Mg2+顯著降低。同樣在翁通爪哇海臺ODP 807站位的富碳酸鹽巖層位也觀測到重結(jié)晶導(dǎo)致的Mg2+從孔隙流體中移除，而Ca2+被釋放到孔隙流體中的現(xiàn)象[45]。因此，Higgins和Schrag提出在利用有孔蟲Mg/Ca恢復(fù)古海水溫度時，若不考慮成巖作用引起的碳酸鹽沉積物中Mg含量的增加，有可能會高估了古溫度的估算結(jié)果[45]。

另外，海相碳酸鹽巖中87Sr/86Sr基本記錄了當(dāng)時海水的放射性Sr同位素組成，U1520站位巖性單元IV在600～769 mbsf處Sr濃度迅速升高至1 096～1 297 μM，而87Sr/86Sr的值基本未發(fā)生明顯變化（圖2b），呈現(xiàn)比現(xiàn)代海水略低的古海水的特征，這也是生物成因方解石發(fā)生重結(jié)晶作用的證據(jù)。

4.3 巖性和成巖作用不均一性對俯沖過程的影響

沉積物的物理性質(zhì)與巖性、成巖作用程度（膠結(jié)、壓實、固結(jié)）以及流體含量與孔隙流體壓力密切相關(guān)[6,46-47]。位于俯沖板塊上的U1520站位所發(fā)生的成巖作用能夠使孔隙度、滲透率等出現(xiàn)變化。目前在實驗室?guī)r石物理模擬結(jié)果推測慢滑移事件發(fā)生的部位大致位于U1520站位500～700 mbsf處的碳酸鹽層，孔隙流體中的Ca2+和Mg2+濃度以及87Sr/86Sr值的變化特征均表明該處存在顯著的碳酸鹽重結(jié)晶作用。沉積物經(jīng)過碳酸鹽重結(jié)晶作用后能夠降低碳酸鹽原生和次生孔隙度，使沉積物變得更加致密，進而可能對俯沖活動造成影響。在重結(jié)晶作用過程中，如果碳酸鹽膠結(jié)發(fā)生在較深的沉積剖面位置，膠結(jié)物也會改變沉積物的力學(xué)性質(zhì)，對其滲透性有顯著的影響，從而影響流體的流動[43]。

U1520站位下部巖性單元V為厚層的火山碎屑巖，該層位的火山玻璃和火山碎屑的蝕變可形成性質(zhì)更為穩(wěn)定的黏土礦物[48]，同時，蝕變過程還伴隨有硅質(zhì)膠結(jié)物的形成。膠結(jié)作用能夠改變沉積物的力學(xué)性質(zhì)，少量的成巖膠結(jié)物便可以影響沉積物強度，抑制變形和保持孔隙度的力學(xué)特性[10,49-52]。在俯沖帶內(nèi)，沉積物膠結(jié)作用可能影響板塊邊界演化，因為進入俯沖帶的沉積物強度控制著沉積物變形的性質(zhì)和分布，進而影響進入俯沖帶后板片的變形特征[49]。巖性單元V內(nèi)的硅質(zhì)膠結(jié)物使沉積物免受進一步壓實作用而保持較為恒定的孔隙度，導(dǎo)致該深度擁有異常高的孔隙度和滲透率，這為流體的橫向運動創(chuàng)造了良好的條件。U1520站位孔隙流體中SO42?、Ca2+、Mg2+、Sr2+濃度在750～1 100 mbsf處均比較接近海水值，表明火山碎屑沉積層具有足夠的滲透性以容納流體流動，使得海水沿火山碎屑層發(fā)生橫向流動。與此類似，在DSDP的417站位鉆探結(jié)果也發(fā)現(xiàn)海水沿著基底玄武巖發(fā)生橫向流動的現(xiàn)象[53]。這些含流體的沉積層進入俯沖帶后遭受擠壓，若流體不能及時排出，則可形成異常高的流體壓力，可能對俯沖界面的慢滑移或地震行為產(chǎn)生重要影響。

由于發(fā)生了碳酸鹽重結(jié)晶作用，U1520站位500～700 mbsf處的碳酸鹽層變得尤為致密，而被大量火山碎屑巖充填的下部則出現(xiàn)異常高的滲透率，導(dǎo)致海水灌入并發(fā)生橫向流動。以上兩種現(xiàn)象疊加作用將對U1520站位下部的孔隙流體壓力的分布和變化有著重要影響，尤其在進入俯沖帶后遭受擠壓，可能形成異常高的孔隙流體壓力。目前有學(xué)者認為俯沖帶慢滑移事件與高孔隙流體壓力有關(guān)[15-17]，因此，U1520站位巖性和成巖作用的不均一性可能與希庫朗伊慢滑移事件的形成存在緊密的聯(lián)系。

5 結(jié)論

（1）Hikurangi俯沖帶沉積物成巖作用主要有火山灰/火山碎屑的蝕變作用伴隨自生黏土礦物形成，以及碳酸鹽沉淀與重結(jié)晶作用。

（2）俯沖板塊上的U1520站位巖性單元IV（509.8～848.5 mbsf）發(fā)生強烈的碳酸鹽礦物重結(jié)晶作用，使得沉積物結(jié)構(gòu)變得致密。

（3）巖性單元V（848.5～1 016.2 mbsf）的火山碎屑巖具有高滲透性，可導(dǎo)致海水沿著該層位發(fā)生橫向流動。

（4）俯沖板塊上巖性和成巖作用的強烈不均一性，可能使得進入俯沖帶后形成異常高的孔隙流體壓力，進而可能與Hikurangi俯沖帶頻發(fā)的慢滑移事件有關(guān)。

致謝：感謝IODP 375航次所有船員、科學(xué)家和技術(shù)人員在樣品采集和分析測試過程中給予的幫助。感謝IODP中國辦公室提供的航行資助。