海洋地质与环境重点实验室知识库

    大洋中脊玄武岩（MORB）是洋脊之下的亏损地幔减压熔融的直接产物，携带着亏损地幔源区的信息。许多关于全球大洋中脊玄武岩的元素、同位素组成的研究让人们认识到亏损地幔的物质组成也是不均一的，然而，这些物质组成不均一性在元素、放射性同位素以及非传统稳定同位素（如铁同位素）组成上表现出的特征还有待进一步研究，亏损地幔不均一性的成因也还存在争议。另外，导致熔岩地球化学组成差异的原因除了亏损地幔源区物质组成的不均一性，还有不同的构造环境导致的熔融条件的差异。比如亏损地幔在大洋中脊环境形成了大洋中脊玄武岩，而在俯冲带环境，由于水的加入，会使难熔的方辉橄榄岩再次熔融形成玻安岩。那么，不同环境中形成的这些熔岩的岩浆演化过程也必定不同，特别是玻安岩的岩浆演化还鲜有研究。本论文聚焦亏损地幔，分别从亏损地幔的不均一性和亏损地幔在不同环境岩浆产物的演化两个角度，具体从东太平洋海隆之下亏损地幔的不均一性及其成因以及玻安岩的岩浆演化两个问题着手，进一步认识亏损地幔的形成和演化。本研究选取远离地幔柱的东太平洋海隆11°20’N区域的洋脊玄武岩玻璃样品，以及塞浦路斯Troodos蛇绿岩带的玻安岩和超镁铁质堆晶岩样品，对上述两个问题展开研究。主要取得了以下四点成果：

    （1）与东太平洋海隆其他地方相比，远离地幔柱的东太平洋海隆 11°20’N区域的大洋中脊玄武岩 Mg#变化范围较小（Mg# = 0.55 – 0.64），却有较大的元素、Sr-Nd-Pb-Hf 同位素及铁同位素组成（δ⁵⁶Fe = 0.05 – 0.17‰）的变化，其富集型MORB（E-MORB）的平均铁同位素组成（δ⁵⁶Fe）高于正常型MORB(N-MORB)通过计算铁同位素的可能分馏，岩浆演化和部分熔融均不能解释一些 E-MORB较高的 δ⁵⁶Fe，因此本研究的 MORB 玻璃样品反映了远离已知地幔柱的东太平洋海隆之下的亏损地幔具有铁同位素组成的不均一性。

    （2）本研究中东太平洋海隆11°20’N区域的大洋中脊玄武岩以及前人报道的 5°– 15°N 区域的近脊海山熔岩的铁同位素组成（δ⁵⁶Fe）与主、微量元素及 Sr、Nd、Pb、Hf 同位素之间均具有明显的相关关系，且本研究的数据均落在由海山
熔岩确定的相关关系趋势线上，这表明脊轴 MORB 和海山熔岩具有相同的不均一地幔源区，但研究区脊轴 MORB 的铁同位素变化范围小于海山熔岩，这是由于脊轴 MORB 熔体聚集过程中会经过岩浆房而混合和均一化。同时，越不相容的元素的丰度与Sr、Nd、Pb、Hf、Fe同位素组成之间的相关性越好，指示富集的E-MORB 来源于分散分布于主体难熔的亏损地幔中的富集古老交代物质，富集组分具有较高的 δ⁵⁶Fe 最可能是低程度熔体交代作用的结果。
    （3）研究俯冲带环境形成的玻安岩岩浆演化，需要找到玻安岩及其可能的演化产物同时出露的地方。本研究在塞浦路斯 Troodos 蛇绿岩带内发现一套特殊的纯橄岩和方辉橄榄岩（局部二辉橄榄岩） 互层的堆晶岩，由于典型玻安岩中主要赋存的矿物是橄榄石和斜方辉石，我们推测互层的纯橄岩（橄榄石）和方辉橄榄岩（橄榄石+斜方辉石±单斜辉石）是玻安岩岩浆演化的直接堆晶产物。除岩相学证据外，与堆晶岩中尖晶石平衡的熔体主量元素（Al2O3 和 TiO2）组成及与堆晶岩中单斜辉石和斜方辉石平衡的熔体的微量元素组成均与 Troodos 玻安岩一致。玻安岩岩浆结晶分异的岩石学模拟显示了橄榄石→斜方辉石→单斜辉石→斜长石的结晶顺序，也说明堆晶的纯橄岩和方辉橄榄岩/二辉橄榄岩是玻安岩岩浆结晶分异的产物。
    （4）本研究通过相平衡分析很好地解释了互层的纯橄岩-方辉橄榄岩/二辉橄榄岩的岩石成因，即玻安岩岩浆的结晶分异伴随周期性源区岩浆不断注入开放的岩浆房。本研究对理解方辉橄榄岩的岩石成因及俯冲环境玻安岩岩浆演化过程具有重要意义。