雅浦–馬里亞納海溝連接處地貌特征研究

張志毅，韓喜彬，許冬

( 1. 寧波鴻蒙檢測有限公司，浙江 寧波 315832；2. 寧波海洋研究院，浙江 寧波 315832；3. 自然資源部海底科學(xué)重點實驗室，浙江 杭州 310012；4. 自然資源部第二海洋研究所，浙江 杭州 310012)

1 引言

雅浦海溝是菲律賓海板塊的東南部邊界，是太平洋板塊、加羅林板塊與菲律賓海板塊直接作用的前緣，是全球最著名的板塊匯聚邊緣之一，是地球內(nèi)部與外部發(fā)生物質(zhì)和能量交換的主要位置之一，一直以來都受到地質(zhì)學(xué)家、地球物理學(xué)家們的廣泛關(guān)注[1–2]。Sato等[3]對雅浦海溝附近海域的地震源進行探測后發(fā)現(xiàn)雅浦海溝處以淺源地震為主，地震帶寬度遠小于其他俯沖帶，認為雅浦海溝處的板塊匯聚速度十分緩慢，約為6 mm/a[4–5]。瞿洪寶等[6]通過雅浦俯沖帶的地球物理場、俯沖模式、構(gòu)造演化等方面的研究，認為晚始新世至漸新世早期，太平洋板塊俯沖至菲律賓海板塊下，形成古馬里亞納–雅浦海溝；晚漸新世以來，加羅林海脊與古海溝發(fā)生碰撞，形成了雅浦海溝[7]。而張臻和李三忠[8]認為雅浦海溝與加羅林海脊并沒有直接接觸，同時雅浦島弧缺少與碰撞相關(guān)的高壓變質(zhì)巖，雅浦俯沖帶可能是由帕里西維拉海盆的中央裂谷帶演化而來。所以，雅浦俯沖帶的形成與演化模式還需要進一步的研究。

目前關(guān)于雅浦海溝的研究主要集中在巖石化學(xué)、地質(zhì)構(gòu)造、海溝演化等方向，對于雅浦海溝地形地貌的研究相對較少，特別是在雅浦海溝的北部，雅浦海溝與馬里亞納海溝幾乎垂直角度相交，形成典型的俯沖型海溝交界處，擁有復(fù)雜多樣的地形地貌。因此本文力圖采用最新的多波束數(shù)據(jù)，對雅浦海溝與馬里亞納海溝連接處的地貌特征進行解譯和分析，同時希望通過對地貌的研究為雅浦海溝的構(gòu)造、演化等科學(xué)問題提供嶄新的視角。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

雅浦海溝是菲律賓海板塊的東南緣（圖1），全長約為700 km，近南北走向，與伊豆–小笠原海溝、馬里亞納海溝、雅帕勞海溝構(gòu)成了一個連續(xù)的弧形海溝系統(tǒng)[9]。根據(jù)測量的水深數(shù)據(jù)，雅浦海溝被分為兩段，分界線為8°26′N[10]，在分界線以南，海溝水深較淺，7°20′N 附 近 的 海 溝 軸 線 由N30°向N110°連 續(xù) 變 化；在11°07′N 附近，雅浦海溝與馬里亞納海溝呈垂直相交，海溝連接處以北則是北雅浦構(gòu)造帶；北雅浦構(gòu)造帶內(nèi)有一條近南北走向的懸崖，被稱為北雅浦懸崖[11]。

圖1 研究區(qū)位置Fig. 1 Location of study area

雅浦俯沖帶東部是加羅林海脊。加羅林海脊是晚漸新世時期形成的熱點火山鏈[12]，在其形成后不久便被索羅爾海槽裂解成南北兩部分[13]。其北部的海脊隨太平洋板塊一起運動，向雅浦海溝北部俯沖。太平洋板塊的俯沖產(chǎn)生側(cè)向和橫向的張性應(yīng)力場，使海脊更容易俯沖，俯沖角度也較低，俯沖的深度較大，俯沖速度約為20 mm/a[5,14]。索羅爾海槽以南的海脊隨加羅林板塊運動，在雅浦海溝南部俯沖，產(chǎn)生壓縮型應(yīng)力場，形成陡峭的俯沖帶[6]，板塊俯沖的深度淺、俯沖速度極慢（0～6 mm/a）。雅浦海溝與加羅林海脊并沒有直接接觸，兩者之間存在一個“新月”形的區(qū)域，其上發(fā)育了由正斷層控制的地壘地塹帶[8,15]。

雅浦俯沖帶西側(cè)為帕里西維拉海盆。帕里西維拉海盆是漸新世時期沿著九州–帕勞海嶺打開的弧后盆地[16–18]。帕里西維拉海盆中部位置是海盆的擴張中心。擴張中心將帕里西維拉海盆分為了東西兩部分，東西兩部分并不完全對稱，西寬東窄，西部比東部寬40～120 km[16]。在擴張中心內(nèi)部形成了一系列“S”型轉(zhuǎn)換斷層、雁列式排布的深海海嶺和海槽。

3 數(shù)據(jù)與方法

本文研究 區(qū)域為10°14′～12°07′N，138°07′～139°50′E，所使用的水深地形數(shù)據(jù)來源有3 種。

一是“向陽紅10”號科考船在西太平洋地區(qū)進行海洋地質(zhì)調(diào)查時測量的部分多波束水深數(shù)據(jù)；調(diào)查水深測量使用的是Seabeam3012 全海深多波束探測系統(tǒng)，并結(jié)合姿態(tài)傳感器、差分GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)等進行走航式水深數(shù)據(jù)采集，采集的水深數(shù)據(jù)并未達到全覆蓋。采集的多波束數(shù)據(jù)利用CARIS HIPS、Global Mapper處理成水深格網(wǎng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的分辨率為100 m。

二是全球公開的水深數(shù)據(jù)；其中包含國內(nèi)外十幾個航次的多波束水深數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)均來自于美國國家地球物理數(shù)據(jù)中心（The National Geophysical Data Center，NGDC）（https://www.ngdc.noaa.gov）。公 開 的數(shù)據(jù)利用MB-System 系統(tǒng)自動刪除水深異常點，再用用Global Mapper 軟件將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為水深格網(wǎng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的分辨率為100 m。

三是SRTM15_PLUS 全球測深數(shù)據(jù)，這是一種新型的全球地形數(shù)據(jù)，分辨率為15''，用于補充多波束水深數(shù)據(jù)未能覆蓋的地方。

將3 種數(shù)據(jù)利用GMT 軟件進行處理、融合之后得到研究區(qū)的水深數(shù)字模型[19]（圖2）。該模型在多波束覆蓋的區(qū)域具有高分辨率的特性，格網(wǎng)間距為100 m；而在其他的區(qū)域則被低分辨率的水深數(shù)據(jù)覆蓋，格網(wǎng)間距為15''，實現(xiàn)了多分辨率水深地形顯示。

圖2 雅浦海溝北部3D 圖[19]Fig. 2 3D map of the northern Yap Trench[19]

4 地貌解譯

研究區(qū)位于雅浦海溝的北部。在該區(qū)域，雅浦海溝和馬里亞納海溝形成了三連點“T”字形的構(gòu)造，并且發(fā)育了復(fù)雜的地形地貌。雖然兩條海溝相距較近，但是由于板塊俯沖的作用，使得兩條海溝的地貌、形態(tài)、走勢、結(jié)構(gòu)等存在很大的差異。作者將該區(qū)域的海溝分為3 段（a 段、b 段、c 段），分別為雅浦海溝北段、馬里亞納海溝西南段、北雅浦構(gòu)造帶，并沿垂直于海溝軸部的方向，共做剖面27 條（圖3，圖4 和表1），該區(qū)域地貌解譯如圖5 所示。

圖3 雅浦海溝北部等深線Fig. 3 Isobath of the northern Yap Trench

圖4 海溝軸線地形剖面圖Fig. 4 Topographic profile of the trench axis

圖5 雅浦海溝北部地形地貌解譯Fig. 5 Deciphered topographical landform map of the northern Yap Trench

表1 剖面屬性Table 1 Profile properties

4.1 雅浦海溝北段

雅浦海溝北段呈近南北走向，海溝軸線長約100 km，整體軸向為N19°。海溝寬度為50～70 km，兩側(cè)斜坡對稱性相對較好，西側(cè)雅浦島弧的地勢相對較高，呈近似“V”字形（圖6）。雅浦海溝西側(cè)的陸坡平均坡度約為9.1°，并無明顯的前緣隆起；海溝東側(cè)洋坡的平均坡度相對較高，約為10°。

圖6 雅浦海溝北段地形剖面Fig. 6 Topographic profile of the northern segment of the Yap Trench

海溝底部存在較大的起伏，剖面線2～6 之間的海溝水深在8 000 m 以上，形成一個海溝溝底盆地。海溝溝底盆地最外層7 100 m 的等深線圈呈楔形，長約為45 km，底部平均寬度約為10 km，占據(jù)了雅浦海溝北段近一半的范圍，海溝底部有洼地存在，雅浦海溝北段水深最大的區(qū)域就位于此處。根據(jù)該閉合圈內(nèi)測深數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，最大水深位置10°33′00″N，138°41′33″E，水深為8 935 m。在此處海溝的洋坡上發(fā)育了一系列隆起的海丘，起伏高度在200～500 m之間；海丘呈條帶狀，由于這些海丘的原因，在洋坡上形成了一塊條帶狀的臺地，臺地長為30 km，最大寬度為4 km，海丘和臺地的走向幾乎與海溝平行，隨海溝向北延伸。這些海丘與臺地是洋坡頂部的地壘地塹帶俯沖產(chǎn)生斷裂、坍塌、滑坡而形成的。沿著海溝軸線向北，在海溝溝底盆地的邊緣（剖面線7 附近），海溝以12.5%的坡度開始上升，延伸12 km 之后，海溝底部變得相對平緩，水深變淺。

剖面線7～10 之間的海溝，水深為7 000 m，海溝底部變得十分狹窄。此處海溝洋坡頂部雖然也有地壘地塹帶，但在洋坡上并沒有明顯的隆起與海丘發(fā)育。與之對應(yīng)的陸坡頂部是雅浦島弧北部地勢最高的大型海山，海山呈橢圓形，長約為40 km，頂部水深為1 400 m；而在陸坡之上有數(shù)座海丘發(fā)育，呈直線排列，走向與海溝平行，相對高差在300～800 m 之間。沿著海溝繼續(xù)向北則是雅浦海溝與馬里亞納海溝的交匯區(qū)域。

4.2 馬里亞納海溝西南段

馬里亞納海溝西南段是馬里亞納海溝最西南部的俯沖帶。海溝呈NWW–SEE 走向，軸線長約為100 km，整體軸向為N105°，海溝寬度為50～100 km，呈近似的“V”字形（圖7）。海溝北側(cè)的陸坡平均坡度約為7.8°，南側(cè)的洋坡坡度相對較緩，平均坡度約為7°。

圖7 馬里亞納海溝西南段地形剖面Fig. 7 Topographic profile of the southwest segment of the Mariana Trench

剖面線12～15 之間的海溝水深約為7 500 m，底部較為狹窄。海溝的陸坡頂部是一座大型的海山，是研究區(qū)塊內(nèi)范圍最大、地勢最高的尖頂海山。海山呈橢圓形，長軸約50 km 為東西走向，短軸約30 km，頂端水深為135 m。由于這座海山的緣故，此處海溝的陸坡較大，在10°以上。與之對應(yīng)的海溝洋坡是雅浦海溝俯沖板塊的最北端，這里也發(fā)育成地勢較高的海山。向北延伸海溝的寬度增加，而兩側(cè)斜坡的坡度則逐漸減小，在剖面線18 附近，洋坡的坡度達到最小。從剖面線19 開始，海溝洋坡的頂部屬于加羅林海脊，坡度逐漸增大。

馬里亞納海溝內(nèi)部發(fā)育有一個很特殊的構(gòu)造，在剖面線13 的陸坡上，水深約6 000 m 處形成了一個臺地，臺地邊緣有輕微隆起的海丘，隨海溝向東延伸，隆起越來越高；在剖面線16～20 之間的陸坡上發(fā)育成一條海嶺，海嶺呈東西走向，向海溝方向凸出，影響海溝的形態(tài)。

4.3 北雅浦構(gòu)造帶

北雅浦構(gòu)造帶位于雅浦海溝與馬里亞納海溝交匯處以北，呈NNE–SSW 走向，這里依然擁有水深超過6 000 m 的深水海溝地貌（圖8）。北雅浦構(gòu)造帶內(nèi)最特殊的區(qū)域則是位于構(gòu)造帶的北部，即剖面線23～26 之間的海溝。此處海溝為細長的條帶狀，NNE–SSW 走向，底部十分狹窄，其東側(cè)的斜坡陡峭，呈不對稱“V”字形，被稱為北雅浦懸崖。北雅浦懸崖從11°45′N 向北延伸至11°56′N，全長約為20 km，最大水深約為6 400 m。懸崖東部非常陡峭，平均坡度在20°以上，比西側(cè)雅浦島弧的坡度高10°，是雅浦海溝北部坡度最大的區(qū)域。此外洋坡以東的區(qū)域也發(fā)育有大量的地壘地塹。北雅浦懸崖的最北端則是雅浦海溝的最北部（12°00′N，138°58′E 附近），發(fā)育形成了海溝溝底盆地，剖面線27 橫穿該盆地。溝底盆地與北雅浦懸崖被向東凸出的雅浦島弧所分割。盆地呈橢圓形，最頂部的等深線圈水深約為5 600 m，底部存在水深約為6 000 m 的洼地。而盆地以北的區(qū)域，則已經(jīng)失去了狹長的深水海溝地貌。

圖8 北雅浦構(gòu)造帶地形剖面Fig. 8 Topographic profile of the North Yap Structural Zone

4.4 海溝交匯處

雅浦海溝與馬里亞納海溝的交匯區(qū)域，地貌最為復(fù)雜，海溝軸線沒有具體的方位，如圖3 中藍色虛線矩形所示。交匯區(qū)中部是一座海山，海山頂部水深為5 500 m，山坡上有數(shù)條沖溝發(fā)育。從地形上來看，這座海山從雅浦海溝底部隆起，將海溝交匯區(qū)域截斷成南北兩部分。交匯區(qū)南部范圍較大，整體呈三角形，底部被水深為7 800 m 的直角三角形狀的等深線圈閉，兩條邊長約為10 km。等深線圈閉的中間區(qū)域是一個小型洼地，洼地內(nèi)部地勢平緩，根據(jù)該閉合圈內(nèi)測深數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，最大水深位于11°07′18″N，139°00′14″E，水深為8 333 m。交匯處北部則發(fā)育有一個水深超過7 000 m 的盆地，盆地為楔形，SE–NW走向，長約為30 km，寬約為15 km。盆地底部發(fā)育有平坦的洼地，最大水深為7 705 m。

交匯區(qū)東側(cè)是俯沖板塊最北部的高地，其上有海山發(fā)育，頂部水深為3 560 m。海山頂部至海溝軸線之間的陸坡上發(fā)育有數(shù)量眾多的小型隆起或海丘和一系列無固定走向的斷裂。

5 分析與討論

5.1 雅浦海溝地質(zhì)構(gòu)造特征

雅浦海溝的形成與演化主要受到菲律賓海板塊、加羅林板塊以及太平洋板塊俯沖的影響。30 Ma 以前，九州–帕勞海脊、伊豆–小笠原島弧、西馬里亞納海脊和馬里亞納島弧應(yīng)連成一體，構(gòu)成統(tǒng)一的活動島弧系，稱為“古九州–帕勞海脊”。始新世早期，太平洋板塊俯沖至菲律賓海板塊之下[20]，島弧開始活動，形成了古俯沖帶[21]，古九州–帕勞海脊則屬于古俯沖帶的島弧。隨著太平洋板塊的持續(xù)俯沖和古海溝的不斷后撤，邊緣島弧的弧火山活動為海盆打開提供了薄弱帶。在大約距今30 Ma 的時候，古九州–帕勞海脊開始裂解，帕里西維拉海盆開始擴張，擴張方向呈E–W 向；約距今27 Ma 時，古九州–帕勞海脊的北部也開始裂解，四國海盆開始擴張，擴張方向呈NEE–SWW 向；隨著兩個海盆的擴張，古海脊分為東西兩個部分，在約距今22 Ma 時，海脊的東西兩部分完全分離[16–17]。西側(cè)的海脊火山活動停止，演化為殘弧，及現(xiàn)今的九州–帕勞海脊[1]。而東部分離出去的則為古伊豆–小笠原–馬里亞納島弧，島弧隨著海盆逐漸加寬而向東發(fā)生后退現(xiàn)象。

加羅林板塊被測得的年齡是距今35～30 Ma，而其上伏的加羅林海脊是在大約25 Ma 以前的晚漸新世時期由熱點火山形成的海山鏈[12,22]。加羅林海脊位于加羅林板塊與太平洋板塊交界處，被索羅爾海槽裂解成南北兩部分。其北部被稱為加羅林島脊，隨太平洋板塊運動；西側(cè)被稱為西加羅林海隆，隨加羅林板塊運動。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)索羅爾海槽的形成時間在距今17～7 Ma 之間[23]。加羅林海脊隨著板塊的俯沖逐漸向菲律賓海板塊靠近，在距今20 Ma 的時候，加羅林海脊與菲律賓海板塊發(fā)生“碰撞”[6]。地勢較高的加羅林海脊阻塞了古海溝南段，減緩了板塊的俯沖速度和海溝系統(tǒng)的后撤現(xiàn)象。與此同時，帕里西維拉海盆的擴張方向也由E–W 向變?yōu)镹E–SW 向，擴張中心逐漸向東北移動，在距今15 Ma 前后海盆擴張停止[7]。被加羅林海脊阻塞的古海溝南部并沒有發(fā)生海溝后退現(xiàn)象，發(fā)育成了現(xiàn)在的雅浦海溝[6]。古海溝北部的俯沖帶繼續(xù)發(fā)生后撤現(xiàn)象，海盆的擴張使得菲律賓海板塊的東緣開始凸出。在約距今5 Ma，古伊豆–博寧–馬里亞納島弧開始張裂[1]，島弧的張裂使地殼發(fā)生減薄、下沉，最終導(dǎo)致馬里亞納海槽內(nèi)擴張的開始[18]。新產(chǎn)生的島弧在后擴張的作用下向東移動，發(fā)育成馬里亞納島弧，而遺留下的則是西馬里亞納島弧。馬里亞納海槽的弧形擴張現(xiàn)今仍在活躍，而馬里亞納海溝繼續(xù)向東發(fā)生后退現(xiàn)象。

雅浦海溝的形成與演化過程可分為兩個階段[6–7]。晚始新世至漸新世早期，太平洋板塊俯沖至菲律賓海板塊下，形成古馬里亞納–雅浦海溝；晚漸新世以來，加羅林海脊在約25 海里處與海溝發(fā)生碰撞，碰撞的同時引起了弧后盆地擴張模式的改變[6,10]。此外，在雅浦“溝–弧”系的最北部靠近帕里西維拉海盆的中央裂谷帶，斷裂帶的走向與雅浦海溝相似，而且在雅浦海溝北部存在一個地球物理特征十分特殊的區(qū)域，因此一些學(xué)者認為雅浦海溝可能是由帕里西維拉海盆的中央裂谷帶演化而來[8,18]。

5.2 雅浦海溝演化模式

關(guān)于雅浦海溝的形成與演化一直以來是眾多學(xué)者關(guān)注的焦點[6,8,10–11]。根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，作者將雅浦海溝的演化模型分為兩種，其一是加羅林海脊碰撞演化模式，其二則是帕里西維拉海盆擴張中心演化模式。

5.2.1 加羅林海脊碰撞演化模式

雅浦海溝的形成與演化經(jīng)歷了太平洋板塊俯沖于菲律賓海板塊之下形成古馬里亞納–雅浦海溝和加羅林板塊與菲律賓海板塊的相互作用對雅浦海溝–島弧構(gòu)造改造兩個主要階段[6]。始新世時期太平洋板塊俯沖于菲律賓海板塊之下，形成了古馬里亞納–雅浦海溝和古九州–帕勞海脊。隨著太平洋板塊向菲律賓海板塊下俯沖，古馬里亞納–雅浦海溝不斷向東發(fā)生后退現(xiàn)象，其間也形成四國海盆和帕里西維拉海盆[24]。在距今20 Ma 前后，加羅林板塊上馱的加羅林海脊堵塞了古馬里亞納–雅浦海溝南段的俯沖作用，削弱了板塊的俯沖，這里既不發(fā)生弧后擴張也沒有海溝后退現(xiàn)象，發(fā)育成為現(xiàn)在的雅浦海溝。而古海溝的北段一直向東后撤，變?yōu)楝F(xiàn)在的馬里亞納海溝[6]。

5.2.2 帕里西維拉海盆擴張中心演化模式

大約20 Ma 前，加羅林海脊與古海溝的南端發(fā)生碰撞，阻礙了古海溝的后退和帕里西維拉海盆東西向的擴張。帕里西維拉海盆變?yōu)镹E–SW 向擴張，帕里西維拉海盆擴張方向的改變最直接的表現(xiàn)為形成了一系列“S”型轉(zhuǎn)換斷層、雁列式排布的深海海嶺以及NW–SE 向的海底構(gòu)造線。同時海盆發(fā)生了類似于左旋走滑的相對運動，將擴張中心東部的海盆朝著東北方向推離。這樣使得在帕里西維拉海盆南部原本已經(jīng)俯沖的部分洋殼重新暴露，對應(yīng)于加羅林海脊和雅浦島弧之間的“新月”形區(qū)域。此外帕里西維拉海盆南部的一部分擴張中心也顯露出來，顯露出來的擴張中心在太平洋板塊和加羅林板塊連續(xù)的俯沖之下轉(zhuǎn)變成了雅浦海溝。而俯沖伴隨的島弧巖漿作用則導(dǎo)致了雅浦島弧的隆升[8]。

5.2.3 推測20 Ma 前古海溝位置

根據(jù)上述兩種演化模式可以發(fā)現(xiàn)，雅浦海溝演化模式的關(guān)鍵點在于20 Ma 前加羅林海脊與菲律賓海板塊的“碰撞” 事件。那我們可以推測一下在20 Ma前古馬里亞納–雅浦海溝的大致位置。

首先是帕里西維拉海盆擴張中心的所在位置。在距今30～20 Ma 之間帕里西維拉海盆東西向擴張，在廣袤的海盆內(nèi)留下大量南北走向的線性脊–槽地貌；而在距今20～15 Ma 之間，帕里西維拉海盆NE–SW 向擴張形成了一系列的雁列式排布的深海海嶺、海槽和NW–SE 向的構(gòu)造線。在137°35′34″E 附近（如圖9 中紅色1 號線所示）帕里西維拉海盆中的線性脊–槽地貌發(fā)生了明顯的偏轉(zhuǎn)，所以推測在20 Ma前海盆擴張中心應(yīng)位于此處。

然后是位于帕里西維拉海盆東部邊緣的古伊豆–小笠原–馬里亞納島弧所在位置。帕里西維拉海盆的擴張并不對稱，以擴張中心為分界，東側(cè)長西側(cè)較短，中部寬兩端較窄，盆地南端的東翼存在的缺失，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)海盆的西部比東部寬40～120 km[16]。九州–帕勞海脊和紅色1 號線之間的距離約為280 km，由此可以推測在20 Ma 前古島弧大約位于擴張中心以東160～240 km 處，取平均則為200 km（如圖9 中黃色2 號線所示）。

最后是古伊豆–小笠原–馬里亞納島弧東部的古馬里亞納–雅浦海溝的位置。馬里亞納海溝寬約70 km，由此可以推測20 Ma 前古海溝大致位于古島弧東部70 km 處（如圖9 中藍色3 號線所示）。而這距離已經(jīng)位于現(xiàn)在的雅浦海溝的東部，這一點也間接的支持了第二種雅浦海溝–弧系的演化模式，雅浦海溝很可能是由帕里西維拉海盆暴露出來的擴張中心轉(zhuǎn)變而成。

圖9 推測20 Ma 前構(gòu)造位置Fig. 9 The ancient location of structural unit at 20 Ma

5.3 海溝交匯處地貌成因

雅浦海溝、馬里亞納海溝以及北雅浦構(gòu)造帶三者以交匯點為中心形成“T”字形的三重連接。交匯區(qū)域內(nèi)部隆起一座海山，將其分為兩部分，在交匯處周圍則有3 座體積大、地勢高的海山。3 座海山分別位于雅浦島弧、馬里亞納海溝陸坡以及俯沖板塊的頂端，是其所在范圍內(nèi)地勢最高的海山。將3 座海山相連，其連線幾乎呈直角三角形，與雅浦海溝和馬里亞納海溝的垂直交匯相對應(yīng)（圖10）；而且位于俯沖板塊頂端的海山與雅浦島弧之上的海山的連線方向與太平洋板塊俯沖方向幾乎平行；海山之間的雅浦海溝、馬里亞納海溝都呈現(xiàn)出底部狹窄、水深較淺的特性；此外交匯處的洋坡上發(fā)育有一系列近南北走向和近東西向的斷裂帶。以上這些構(gòu)造地貌特征強烈的暗示了海溝交匯處地形的隆起、凹陷、斷裂可能與這種特殊的俯沖位置有關(guān)系。

首先來看俯沖板塊頂端的海山，在俯沖板塊上獲取4 條剖面線（圖10）。這些剖面線顯示，從加羅林海脊底部到雅浦海溝洋坡的頂端地勢先下降后上升的趨勢，越靠近海溝交匯處地勢越高；而且，在這塊俯沖的中間地帶并沒有明顯的海山，只有因地壘和地塹形成的小型地壘平臺和地塹槽（圖11）。所以推測雅浦海溝北部的俯沖板塊在靠近海溝會產(chǎn)生隆起的現(xiàn)象，而位于海溝交匯處的板塊隆起的地勢相對較高，形成了海山。俯沖板塊頂端的海山向雅浦海溝俯沖，在一定程度上影響了雅浦島弧，使得與之相對應(yīng)的洋坡頂部，發(fā)育成了雅浦島弧北部地勢最高的海山，這座海山的形成也使海溝的陸坡向海溝方向凸出，使得雅浦海溝水深變淺、底部狹窄，是雅浦海溝北部呈分段性的重要因素之一。而位于馬里亞納海溝陸坡頂部的這座海山的形成機制應(yīng)該與其相同。3 座海山形成擠壓的趨勢。

圖10 海溝交匯處構(gòu)造Fig. 10 Structural of the trench junction

圖11 剖面線圖（位置如圖10 所示）Fig. 11 Topographic profile (the position of the profile is shown in Fig. 10)

由此可以得出，海溝交匯處是俯沖帶的頂端，雅浦俯沖帶的延伸向北到此為止，之后沿馬里亞納海溝俯沖，在交匯處附近擁有隆起、凹陷、斷裂等的地形地貌與此處特殊的俯沖位置具有一定的關(guān)系。

5.4 北雅浦懸崖地貌成因

北雅浦懸崖位于雅浦海溝與馬里亞納海溝交匯處以北，從11°45′N 向北延伸至12°N 附近。從整體上來看，北雅浦懸崖、雅浦島弧與帕里西維拉海盆擴張中心的海嶺和海槽幾乎平行。這種地貌形態(tài)強烈的暗示了雅浦島弧、北雅浦懸崖和帕里西維拉中央裂谷具有類似的演化。北雅浦懸崖東部的陡坡上，大部分地區(qū)被巖屑覆蓋，這些堆積物主要是由橄欖巖和火山角礫巖組成[11]。現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，北雅浦懸崖的形成時間大約在20 Ma 以前，且與雅浦海溝具有相似的巖性，而且該區(qū)域的自由空氣重力異常為負值，在布格重力異常圖上并沒有表現(xiàn)出顯著特征[10]。這表明北雅浦懸崖是一個殘余結(jié)構(gòu)。由此推斷，北雅浦懸崖可能是帕里西維拉海盆東北向擴張時期形成的裂谷，之后受雅浦溝–弧系的影響發(fā)育成現(xiàn)在的北雅浦懸崖。

6 結(jié)論

本文將多波束數(shù)據(jù)和全球測深數(shù)據(jù)融合，得到了大范圍、高精度、多分辨率的水深地形圖。對雅浦海溝與馬里亞納海溝連接處海域的地貌及其形成機制進行了系統(tǒng)的研究與討論，主要得到以下結(jié)論：

（1）雅浦海溝與馬里亞納海溝在11°07′N，139°00′E附近垂直相交，交界點處的最大水深為8 333 m，位于11°07′21″N，139°00′02″E。雅浦海溝北部的最大水深為8 935 m，位于10°33′00″N，138°41′33″E。

（2）雅浦海溝與馬里亞納海溝在靠近海溝交匯處時呈現(xiàn)出分段性特征，海溝的水深、形態(tài)、剖面等都發(fā)生明顯變化。海溝分段特征的形成與兩條海溝的交界處有直接的聯(lián)系。

（3）根據(jù)地貌特征判斷，在大約20 Ma 前帕里西維拉海盆擴張中心應(yīng)位于137°35′34″E 附近，西維拉海盆東部的古俯沖帶則大約位于現(xiàn)今雅浦海溝的東部。所以雅浦海溝可能不是由古伊豆–小笠原–馬里亞納海溝的南端演化形成，很可能是由帕里西維拉海盆暴露出來的擴張中心轉(zhuǎn)變而成。

（4）雅浦海溝與馬里亞納海溝的交匯處是俯沖帶的頂端，俯沖帶向北到此為止，然后轉(zhuǎn)向約90°并沿著馬里亞納海溝繼續(xù)延伸。海溝交匯處隆起、凹陷、斷裂等復(fù)雜的地形地貌與此處特殊的俯沖位置具有一定的關(guān)系。

（5）海溝交匯處以北的北雅浦懸崖則是由帕里西維拉海盆東北向擴張時期形成的裂谷，之后受雅浦溝–弧系的影響而形成。北雅浦懸崖目前不是一個活動特征，但是雅浦海溝的俯沖對此處具有一定程度的影響。