20世纪70年代,海底扩张中心热液活动的发现为人类探索地球打开了另一个重要的窗口。洋中脊热液区的深部构造与热液循环模式的研究一直是科学界不断探索的前沿课题。相较于研究程度较高的快速扩张洋中脊,人们对于超慢速扩张洋中脊热液区的研究程度较低,对其热液循环过程的认识也严重不足。为了解决这一问题,本文选取超慢速扩张的西南印度洋洋中脊调查程度最高的龙旂热液区作为研究对象,利用长期的海底地震监测手段来探究超慢速扩张背景下的热液区的深部构造特征和热液循环动力学模型。科学家们很早就发现利用海底地震仪(OBS)进行天然地震监测是研究热液区深部构造及热液活动的重要手段,并成功应用在扩张速率较快的洋中脊热液区,获得了热液区下方的地壳结构和流体循环模型。本次研究所针对的西南印度洋中脊热液区的微震观测在世界上尚属首次,对深入研究超慢速扩张环境下的热液循环机制有着重要的意义。本文首先对海底OBS数据存在的钟漂和着底位置偏移进行校正。针对OBS回收后无法与GPS对钟的情况,利用背景噪声互相关技术对OBS台站间的钟漂进行校正,并对地震记录的参数选取和可行性进行了分析。结果表明,OBS的钟漂随时间呈线性分布,最大可累积到2 s以上。然后对OBS接收到的地震信号进行时频分析,根据其不同特征划分为四种类型:1.由构造运动和岩浆活动诱发的火山构造微震;2.与热液系统中流体在导管或裂隙中的扰动有关的短扰动事件;3.用来校正OBS姿态方位的近震;4.来自于海洋哺乳动物发出的水声信号。最后根据不同信号的时空分布特征及其对应的构造和热液活动过程进行研究。论文的主要成果如下:1.短扰动事件是充满流体的导管中流体压力的瞬间变化引起的一种共鸣现象,具有间歇性发生的特点。根据其在频率-衰减域的分布特性,一个短扰动事件可能是OBS附近多个不同形状导管中的不同物理性质(孔隙压力和流速)流体发生扰动后产生的单色波相互叠加的结果。2.针对OBS数量较少的情况,利用基于P波偏振分析理论的单台定位方法对单台OBS记录到的火山构造微震进行有效的定位。定位结果显示大多数的微震集中分布在裂谷中央的轴部火山脊的下方3~15 km处,这与多台定位的结果基本一致,证明了该方法的可靠性。3.对于多个OBS记录到的微震事件,采用高精度的双差定位方法。定位结果清晰的勾勒出了位于龙旂热液区南翼两个不同阶段的拆离断层:与龙旂热液区关系密切的新的拆离断层表现为高角度,密集且紧凑的地震分布说明了其仍在活动;与洋脊南翼海洋核杂岩形成有关的成熟的拆离断层在浅部弯曲程度较大,过度的旋转弯曲可能导致断层被“锁住”,导致其活动性大大降低。这两个不同期次的拆离断层从海底一直延伸到轴部火山脊下方13 km的深处,据此推测龙旂热液区的热源可能位于拆离断层的根部。4.热液喷口附近的弥散流区的温度变化具有周期性且与潮汐的涨落相关,在低潮位时地壳岩石压力减小,渗透率增加,热流通量也随之增加,从而导致温度的升高。然而微震和短扰动事件都没有表现出明显的周期性,与潮汐无关。这说明潮汐产生的应力影响了热液喷口处热流通量的变化,但不足以触发地震。5.沿着拆离断层5~8 km处的微震簇事件使龙旂喷口弥散流区温度从3℃上升到12℃左右,并且持续了8个小时,而喷口温度一直保持在372℃并没有明显的上升。这可能与断层的活动导致渗透率突然增加有关,当地壳渗透率增加时会使得热流通量增加,从而导致弥散流区温度的升高,与此同时,增加的渗透率也会导致更多冷的海水下渗进入热液循环,因此高温喷口温度并没有明显上升。6.根据地震观测的结果和该区的地质与地球物理资料,本文提出了龙旂热液区的热液循环模型,拆离断层为热液循环提供了主要的通道,使得热流能从轴部火山脊下方13 km处的热源汲取热量并通过高渗透率的通道到达热液喷口,完成热液循环过程。此外,龙旂热液区西侧的NTD发育大量的裂隙和热液区浅部的局部断裂提高了地壳浅部的渗透率,为热液流体的循环提供了有利条件。