淳明浩, 于增慧, 李懷明, 翟世奎

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西北印度洋中脊玄武巖源區(qū)地幔特征

淳明浩1, 2, 于增慧1, 2, 李懷明3, 翟世奎1, 2

(1. 中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院, 山東青島 266100; 2. 海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東青島 266100; 3. 國家海洋局第二海洋研究所, 浙江杭州 310012)

利用全球巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫(PetDB)中有關(guān)卡爾斯伯格洋脊(CR)、北中印度洋脊(NCIR)及南中印度洋脊(SCIR)玄武巖的微量元素及同位素組成數(shù)據(jù), 分析了玄武巖的元素地球化學(xué)特征及其沿脊軸的變化, 旨在探討玄武巖源區(qū)地幔的(不)均一性及巖漿作用過程的差異。初步研究結(jié)果表明: CR、NCIR及SCIR 玄武巖組成相近, 僅在個(gè)別脊段表現(xiàn)有微量稀土元素和同位素組成上的差異, 玄武巖整體與N-MORB組成特征相近, 與先前通常認(rèn)為的典型印度洋中脊玄武巖不同。玄武質(zhì)巖漿主要源自尖晶石二輝橄欖巖地幔的熔融, 巖漿源區(qū)主要由兩個(gè)地幔端元構(gòu)成, 即以虧損型地幔(DMM)為主(69%), 其次為富集型地幔(EMⅡ, 27 %)。富集組分可能源自古老陸殼物質(zhì)的混染。自CR經(jīng)NCIR到SCIR整個(gè)印度洋中脊西北分支玄武巖的Sr、Nd及Pb同位素組成表現(xiàn)出均一性, 表明巖漿源區(qū)地幔組成相近。在SCIR 19°S附近脊段巖漿源區(qū)地幔存在有不均一性, 有EMⅡ型地幔端元混入的跡象。在CR 3.5°N附近脊段, 玄武巖明顯富集K、Ba、La及U等微量元素, 但由于缺少同位素?cái)?shù)據(jù), 源區(qū)地幔特征有待進(jìn)一步研究。在上述研究成果的基礎(chǔ)上, 提出了該區(qū)大比例尺的調(diào)查填圖及密集采樣和精細(xì)室內(nèi)分析是CR深入研究的基礎(chǔ), 同時(shí)加強(qiáng)Sr、Nd、Pb及Re、Os、Be等同位素分析測試, 可提供揭示CR地幔不均一性的可靠依據(jù), 而厘清印度洋型地幔對(duì)CR的影響程度則有助于深入認(rèn)識(shí)地幔不均一性的成因及地幔動(dòng)力學(xué)過程。

西北印度洋中脊; 玄武巖; 沿脊軸變化; 地幔不均一性

洋中脊下部橄欖巖上地幔減壓熔融形成的原始玄武質(zhì)巖漿經(jīng)結(jié)晶演化和冷凝形成的洋中脊玄武巖(Mid-Ocean Ridge Basalt, 簡稱MORB)的地球化學(xué)特征既可以指示形成時(shí)的物化條件, 也可以指示巖漿源區(qū)地幔性質(zhì)[1-4]。通常認(rèn)為MORB主量元素可以指示地幔熔融和結(jié)晶分異特征, 而不相容元素和同位素則可以反映熔融過程及源區(qū)地幔的組成特征[5]。

地幔存在厘米尺度乃至數(shù)萬千米尺度的同位素組成不均一性[6-7]。大西洋中脊(MAR)及東太平洋海隆(EPR)的MORB研究表明其源區(qū)地幔的Sr、Nd及Pb同位素組成之間均具有較好的相關(guān)性, 地幔以虧損型地幔為主, 只在局部熱點(diǎn)區(qū)受到富集型地?；烊胗绊慬8]。印度洋中脊(IOR)MORB源區(qū)地幔相比MAR和EPR MORB源區(qū)地幔具有更大不均一性, 典型特征表現(xiàn)為對(duì)于給定的143Nd/144Nd、207Pb/204Pb及208Pb/204Pb具有較高的87Sr/86Sr及更低的206Pb/204Pb[9], 導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因在不同脊段可能有所不同。西南印度洋中脊(SWIR)高△Hf(為Hf同位素偏差, 高△Hf指示源自一個(gè)相對(duì)虧損的源區(qū)地幔)的印度洋型地幔被歸因于中生代岡瓦納大陸裂解產(chǎn)生的巖石圈碎片進(jìn)入了印度洋上地幔[9]。東南印度洋中脊(SEIR)則被認(rèn)為受Kerguelen熱點(diǎn)的影響, 源區(qū)地幔有循環(huán)沉積物或陸殼物質(zhì)等富集組分的混入[10-12]。

卡爾斯伯格洋脊(CR)、北中印度洋脊(NCIR)和南中印度洋脊(SCIR)共同構(gòu)成了“入”字型印度洋中脊系統(tǒng)(IORS)的北部分支。相對(duì)于SWIR及SEIR兩個(gè)分支, 該部分洋中脊研究工作不多。已有的巖石學(xué)研究主要集中在羅德里格斯三聯(lián)點(diǎn)(RTJ)附近和SCIR脊段, 這兩個(gè)區(qū)域玄武巖源區(qū)地幔延續(xù)了SWIR的印度洋型地幔的特征。多數(shù)學(xué)者據(jù)此認(rèn)為岡瓦納大陸裂解產(chǎn)生的影響可以向北一直持續(xù)到CR末端。然而, 北部的CIR和CR區(qū)研究工作相對(duì)缺少, 特別是缺乏同位素證據(jù), 對(duì)于這一中脊區(qū)域的源區(qū)地幔性質(zhì)了解尚少?；谏鲜龇治? 本文利用全球巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫(PetDB: http: //www.earthchem.org/ petdb)中關(guān)于CR、NICR及SCIR的MORB微量元素(共利用108個(gè)數(shù)據(jù))及同位素?cái)?shù)據(jù)(共利用37個(gè)數(shù)據(jù)),分析了3個(gè)脊段 MORB的微量元素及同位素地球化學(xué)特征, 探討了玄武巖源區(qū)地幔的(不)均一性及其沿脊軸的變化。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

CR是印度板塊和索馬里板塊的邊界[13], 在晚古新世(~55 Ma)塞舌爾板塊從印度板塊分離過程中形成[5], 起始于11°N附近的Owen 破碎帶, 呈NW-SE向延伸, 向東南方向一直延伸到赤道附近[14]。CR全擴(kuò)張速率約為24 ~26 mm/a, 為慢速擴(kuò)張洋脊[13]。中脊軸部火山帶高度及長度分別變化在200~800 m及5~23 km之間, 軸部地形與慢速擴(kuò)張的MAR相似, 具有較多的非轉(zhuǎn)換不連續(xù)帶[15]。洋底出露巖石類型以玄武巖為主, 同時(shí)出露有超基性巖、輝長巖及輝綠巖等[16]。

NCIR位于CIR 1°N~11°S脊段內(nèi), 半擴(kuò)張速率約18~21 mm/a, 為慢速擴(kuò)張中脊[17], 軸部裂谷較寬, 地形起伏及水深變化較大[18]。SCIR位于CIR 11°~ 25°S脊段內(nèi), 半擴(kuò)張速率為23 mm/a左右, 為慢速擴(kuò)張中脊[17], 軸部裂谷也較寬, 相比CR和NCIR具有更大且多的轉(zhuǎn)換斷層[18-19]。CR、NCIR及SCIR軸部水深見圖1, 本文研究區(qū)為CR 11°N至SCIR 21°S之間的脊段。

2 MORB元素地球化學(xué)性質(zhì)

2.1 元素組成沿脊軸變化

不相容元素比值可以很好地指示巖漿來源和巖漿作用過程[20]。因此, 分析玄武巖的微量元素組成可以有效地研究不同中脊巖石類型及巖漿作用的演化特征。沿整個(gè)北印度洋中脊(包括CR、NCIR和SCIR脊段), 玄武巖中(K)/(Ti)((K)表示玄武巖中微量元素K的含量,(K)/(Ti)表示微量元素K與微量元素Ti的含量比值)變化不大(圖2), 大多與N-MORB (Normal Mid-Ocean Ridge Basalt, 為正常型洋中脊玄武巖)的參考值(~0.1)相近, 僅在19°S及3.5°N附近脊段玄武巖中(K)/(Ti)變化較大, 出現(xiàn)明顯的高值。大部分脊段玄武巖的Mg#(巖石鎂指數(shù), Mg#=molar [100×Mg/(Mg+Fe2+)])同樣接近N-MORB參考值(~59)[21], 且沿脊軸變化不大, 也是僅在19°S和3.5°N附近Mg#變化范圍較大, 出現(xiàn)明顯的低值(圖2)。上述特征表明大部分脊段的巖漿結(jié)晶演化程度相近, 但在19°S及3.5°N附近脊段巖漿演化程度較高。

在巖漿作用過程中, 隨著巖漿源區(qū)地幔熔融程度的增大, 稀土元素La相對(duì)Sm將在熔體中更加富集, 導(dǎo)致(La)/(Sm)隨熔融程度的增大而增大[22]。由圖3可以看出, 大部分玄武巖的(La)/(Sm)沿脊軸變化不大, 僅在19°S附近脊段玄武巖的(La)/(Sm)變化較大, 出現(xiàn)明顯的高值, 表明該脊段巖漿源區(qū)地幔的熔融程度較大[23]。與此同時(shí), 在19°S附近脊段部分玄武巖的(La)/(Yb)和(Ce)/(Yb)也變化較大并出現(xiàn)明顯的高值, 同樣表明該脊段源區(qū)地幔相對(duì)較高的熔融程度[24]。在玄武巖的(Ba)/(La)和(Ba)/(Th)沿脊軸變化圖中, 19°S及3.5°N附近脊段玄武巖的(Ba)/(La)及(Ba)/(Th)同樣存在較大變化并出現(xiàn)明顯的高值, 這種特征則可能與源區(qū)富集作用有關(guān)[23]。此外, 在玄武巖的(U)/(Th)、(Nb)/(U)及(Ce)/(Pb)沿脊軸變化圖中, 19°S及3.5°N附近脊段玄武巖微量元素比值也變化較大, 且出現(xiàn)明顯的低值。由于富集源區(qū)往往具有較高的Pb、U及Th含量, 也表明19°S及3.5°N附近脊段可能受到了富集源區(qū)組分的影響[25-26]。

由于(Ce)/(Yb)對(duì)石榴石及尖晶石橄欖巖的熔融非常敏感, 故常用來判斷巖漿源區(qū)熔融地幔的性質(zhì)[27]。從玄武巖的(Ce)/(Yb)-(Ce)圖(圖4)上看, 玄武巖的數(shù)據(jù)均投在尖晶石二輝橄欖巖區(qū), 大體沿熔融線分布, 表明玄武質(zhì)巖漿主要來源于尖晶石二輝橄欖巖地幔的熔融, 這也說明地幔熔融作用不是引起19°S及3.5°N附近脊段玄武巖(La)/(Sm)和(La)/(Yb)增大的原因。由于在巖漿結(jié)晶分異作用過程中REE(Rare Earth Element, 稀土元素)整體具有不相容元素的特征, 隨著巖漿結(jié)晶分異作用的進(jìn)行(MgO減少)會(huì)逐漸在剩余巖漿中富集, [(La)/(Sm)][25]可以很好地反映REE的這種特征。在玄武巖的[(La)/(Sm)]–(MgO)((MgO)表示玄武巖中主量元素MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù))圖中(圖4), 部分玄武巖的[(La)/(Sm)]隨(MgO)減小而無太大變化, 大體沿結(jié)晶分異作用趨勢線分布; 少數(shù)玄武巖的[(La)/(Sm)]隨(MgO)減小而變化較大, 出現(xiàn)[(La)/(Sm)]>1.0的高值。由于富集型MORB一般具有[(La)/(Sm)]>1.0的特征, 并且前文已述及19°S附近脊段部分玄武巖具有較高的(La)/(Sm)及(Ba)/(La) , 因此[(La)/(Sm)]值進(jìn)一步證明該脊段玄武巖可能部分源自富集型源區(qū)地幔[28]。

2.2 微量及稀土元素特征

CR、NCIR及SCIR玄武巖的REE含量總體較低,SREE和SLREE/SHREE等指標(biāo)變化較大, 但 [(La)/(Sm)][25]及[(La)/(Yb)][25]均較小且變化不大, 分別表明輕稀土及重稀土分餾不強(qiáng), 玄武巖均無明顯Eu和Ce的異常。從REE標(biāo)準(zhǔn)化圖(圖5)中可以看出, CR、NCIR及SCIR大部分玄武巖均表現(xiàn)出虧損LREE(Light Rare Earth Element, 輕稀土元素)而富集HREE(High Rare Earth Element, 重稀土元素)的特征, 配分模式與N-MORB相似, 僅少數(shù)SCIR玄武巖具有富集LREE而虧損HREE的特征, 配分模式與E-MORB(Enriched Mid-Ocean Ridge Basalt, 為富集型洋中脊玄武巖)相似。對(duì)3段中脊玄武巖的稀土配分模式進(jìn)行對(duì)比可見, CR玄武巖的LREE虧損程度較大而NCIR玄武巖的HREE富集程度較大, SCIR玄武巖的LREE富集及HREE虧損程度均較大。

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖上(圖5), CR、NICR及SCIR大部分玄武巖均表現(xiàn)出虧損LILE (Large ion Lithophile Element, 大離子親石元素)而富集HFSE(High Field-Strength Element, 高場強(qiáng)元素)的特征, 配分模式與N-MORB相似。僅少數(shù)SCIR玄武巖具有富集LILE而虧損HFSE的特征, 配分模式與E-MORB相似。對(duì)3段中脊玄武巖的微量元素配分模式進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn), CR玄武巖的LILE及HFSE虧損程度較大, NCIR 玄武巖的HFSE富集程度較大, 而SCIR玄武巖的LILE富集及HFSE虧損程度均較大。由于REE整體在巖漿作用過程中表現(xiàn)出不相容元素的性質(zhì), 熔融作用過程會(huì)使得LREE與HREE發(fā)生分餾, 從而各自呈現(xiàn)出不同程度的虧損或富集。微量元素由于不相容性的差異, 在巖漿作用過程中呈現(xiàn)出與REE相似的性質(zhì)。CR、NCIR及SCIR玄武巖的稀土及微量元素配分模式相近, 表明不同中脊熔融作用程度相近, 因此熔融作用不是玄武巖性質(zhì)差異的主要控制因素。此外, 大部分玄武巖的稀土及微量元素配分模式與N-MORB相似的特征, 表明中脊巖石類型主要為N-MORB; 少數(shù)NCIR玄武巖的稀土及微量元素配分模式與E-MORB相似, 巖漿源區(qū)受富集型地幔組分影響。

2.3 微量元素的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義

稀土及微量元素對(duì)巖漿源區(qū)性質(zhì)具有很好的指示性, 為了探討研究區(qū)MORB的元素組合及其控制因素, 進(jìn)而分析巖漿源區(qū)地幔的性質(zhì), 對(duì)玄武巖的稀土及微量元素?cái)?shù)據(jù)(共采用108個(gè)稀土及微量元素?cái)?shù)據(jù)), 利用SPSS軟件做R型因子分析, 并進(jìn)行最大方差旋轉(zhuǎn)。分析結(jié)果表明, 稀土及微量元素可以分為兩組(圖6), 即主要有2個(gè)因子控制著MORB的微量及稀土元素組成, 它們共同解釋了96%的信息, 其方差貢獻(xiàn)分別為69%和27%。因子1是方差貢獻(xiàn)(69%)最大的因子, 表明因子1是MORB源區(qū)組成中的主要控制類型。從因子1的旋轉(zhuǎn)成分特征值分布模式圖中(圖6)可以看出, 其呈現(xiàn)LREE虧損的特征, REE旋轉(zhuǎn)成分特征值分布模式為左傾型, 微量元素相對(duì)虧損Ba、Rb、U、Th及Nb、Ta等, 相對(duì)富集HREE、Sr、Zr及Hf等, 與典型N-MORB的微量元素組成模式相近。在4種基本地幔端元中, DMM端元虧損LILE和不相容元素[29], 其與因子1的微量元素組成特征相近, 因此因子1應(yīng)該代表了MORB源區(qū)中的虧損型地幔端元(DMM)。因子2方差貢獻(xiàn)為27%, 呈現(xiàn)LREE富集的特征, REE旋轉(zhuǎn)成分特征值分布模式為右傾型, Rb、Ba、Th及Nb等富集, Pb及U等虧損, 微量元素組成模式與富集型地幔相近。由于EMⅡ型地幔端元具有(Rb)/(Sr)較高、(Sm)/(Nd)較低并且(Th)/(Nd)和(Th)/(La)均較高的特征[29], 其與因子2的微量元素組成特征相近, 因此因子2反映了富集型地幔端元(EMⅡ)的特征。因子1和因子2幾乎反映了MORB中元素組成的所有特征信息(二者之和高達(dá)96%), 而且存在有明顯的互為消長關(guān)系, 這正是兩種地質(zhì)作用或二端元混合體系的典型特征。因此, 研究區(qū)巖漿源區(qū)地幔主要為虧損型的DMM端元, 但局部有富集型(EMⅡ)地幔的混入。

3 地幔不均一性

地幔儲(chǔ)庫中的Sm-Nd、Rb-Sr及U-Th-Pb同位素體系可以很好地限制地幔演化模型并提供其演化的潛在信息[30]。根據(jù)不同地幔儲(chǔ)庫的同位素組成特征則可以識(shí)別出多種地幔端元(如DMM、EMⅠ、 EMⅡ、PREMA及HIMU等)[31]。一般來說, DMM地幔端元相當(dāng)于N-MORB的源區(qū), 具有高143Nd/144Nd、低87Sr/86Sr和低206Pb/204Pb, 同位素組成極為均一; EMⅠ地幔端元的形成與遠(yuǎn)洋沉積物、虧損的大洋巖石圈和被交代的大陸巖石圈等的俯沖作用有關(guān), 具有極低的206Pb/204Pb和最低的143Nd/144Nd, 同位素組成均一性尚不明確; EMⅡ地幔端元的形成與高Rb/Sr、低Sm/Nd的上地殼陸源沉積物的俯沖作用有關(guān), 具有極高的87Sr/86Sr及中等的206Pb/204Pb和143Nd/144Nd, 具有極大的同位素組成不均一性; HIMU地幔端元?jiǎng)t與高U/Pb的蝕變洋殼的俯沖作用有關(guān), 具有極高的206Pb/204Pb、低87Sr/86Sr及中等143Nd/144Nd, 典型特征是U、Th相對(duì)于Pb特別富集, 同位素組成也較為均一[22, 29, 32]。這4種地幔端元足以解釋所有地幔的同位素組成, 其他地幔端元可以由它們不同程度混合而形成[29]。

從玄武巖的87Sr/86Sr、143Nd/144Nd、206Pb/204Pb、207Pb/204Pb及208Pb/204Pb沿脊軸變化圖(圖7)中可知, 大部分脊段玄武巖的同位素組成沿脊軸均無太大的變化, 與N-MORB參考值相近, 僅在19°S附近脊段玄武巖的87Sr/86Sr、206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb和143Nd/144Nd變化較大, 分別出現(xiàn)明顯高值與低值。據(jù)此可知, 玄武巖的同位素組成沿脊軸變化不大, 整體具有均一性特征, 表明CR、NCIR及SCIR玄武巖源區(qū)地幔組成較為均一, 只是在19°S附近脊段下伏的地?？赡艽嬖诓痪恍?。

從玄武巖的143Nd/144Nd-87Sr/86Sr及143Nd/144Nd-206Pb/204Pb組成判別圖上可以看出, 玄武巖的同位素組成相關(guān)性較好, 同位素組成整體處于IOR MORB范圍內(nèi), 大部分CR、NCIR及SCIR玄武巖處于DMM地幔端元范圍內(nèi), 少數(shù)SCIR玄武巖有靠近EMⅡ地幔端元的趨勢(圖8)。在玄武巖的207Pb/204Pb-206Pb/204Pb及208Pb/204Pb-206Pb/204Pb組成判別圖上, 同位素組成相關(guān)性也較好, 同位素組成整體處于IOR MORB范圍內(nèi), 大部分CR、NCIR及SCIR玄武巖仍然處于DMM地幔端元范圍內(nèi), 少數(shù)SCIR玄武巖具有較為明顯的沿DMM地幔端元向EMⅡ地幔端元變化的趨勢。以上玄武巖的Sr、Nd及Pb同位素組成特征表明, CR、NCIR及SCIR玄武巖的同位素組成具有相似的特征, 存在較大的均一性, 源區(qū)地幔組成也較為均一并以DMM地幔端元為主; 僅在SCIR 19°S附近脊段存在地幔不均一性, 源區(qū)地?？赡苁艿搅薊MⅡ型地幔端元組分的混染, 這一特征與微量元素因子分析結(jié)果一致。

4個(gè)基本地幔端元研究中, 如果以“DMM-EMⅠ-HIMU”3個(gè)地幔端元構(gòu)成“底部三角形”, 則 EMⅡ地幔端元位于“三角形”頂部, 而由DMM和HIMU混合形成的PREMA地幔端元?jiǎng)t位于“三角形”的底部。在CR、NCIR及SCIR 玄武巖Sr、Nd及Pb同位素組成3D示意圖中, 不同脊段玄武巖的同位素組成較為一致, 差異不明顯, 多處于DMM地幔端元范圍內(nèi); 僅少數(shù)SCIR玄武巖的同位素組成從DMM地幔端元向E-DMM地幔端元變化, 有靠近EMⅡ地幔端元的趨勢(圖9)。

上述特征進(jìn)一步表明, CR、NCIR及SCIR 玄武巖的源區(qū)地幔組成較為均一, 以DMM型地幔端元為主, 僅SCIR 19°S附近脊段玄武巖的同位素組成不均一, 中脊下伏地幔存在不均一性, 源區(qū)地幔有富集組分的混入。該富集組分與EMⅡ型地幔組分相似, 可能來自古老陸殼物質(zhì)的混染作用。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

(1) CR、NCIR及SCIR 玄武巖組成相近, 僅在個(gè)別脊段表現(xiàn)有微量稀土元素和同位素組成上的差異, 玄武巖整體與N-MORB組成特征相近, 與先前通常認(rèn)為的典型印度洋中脊玄武巖不同。玄武質(zhì)巖漿主要源自尖晶石二輝橄欖巖地幔的熔融, 巖漿源區(qū)主要由兩個(gè)地幔端元構(gòu)成, 即以虧損型地幔(DMM)為主(69%), 其次為富集型地幔(EMⅡ, 27%)。富集組分可能源自古老陸殼物質(zhì)的混染。(2)自CR經(jīng)NCIR到SCIR整個(gè)印度洋中脊西北分支玄武巖的Sr、Nd及Pb同位素組成表現(xiàn)出均一性, 表明巖漿源區(qū)地幔組成相近。在SCIR 19°S附近脊段巖漿源區(qū)地幔存在有不均一性, 有EMⅡ型地幔端元混入的跡象。

4.2 展望

盡管數(shù)十年以來對(duì)于CIR及CR的玄武巖已經(jīng)做了大量的工作, 但是對(duì)于不同脊段之下地幔的性質(zhì)(物質(zhì)組成及均一性)、熔融作用及巖漿的結(jié)晶演化過程等重要科學(xué)問題還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。在今后的調(diào)查研究中應(yīng)注重以下幾個(gè)方面: (1)大比例尺的調(diào)查填圖及密集的采樣和隨后的室內(nèi)分析研究工作是深入系統(tǒng)研究工作的基礎(chǔ)。(2)加強(qiáng)同位素方面的分析測試工作, 既包括傳統(tǒng)的Sr、Nd、Pb同位素, 也要包括最近幾年得以應(yīng)用的元素(例如Re、Os、Be、Li和Fe等)同位素的分析測試工作。越來越多的證據(jù)表明, 地幔不均一性存在的空間尺度變化非常大, 只有在大量分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上, 才能得到真實(shí)可靠的判斷。(3)已有的研究工作表明, 印度洋型地幔在岡瓦納大陸裂解過程中受到了殘余陸塊混入的影響。CIR及CR作為“入”字型印度洋中脊系統(tǒng)的最北段, 印度洋型地幔對(duì)其的影響程度及范圍至今還不清楚, 該問題的解決對(duì)于深入認(rèn)識(shí)地幔不均一性的成因及地幔動(dòng)力學(xué)過程具有重要的意義。

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Mantle source features of basalts in the Northwest Indian Ridge

CHUN Ming-hao1, 2, YU Zeng-hui1, 2, LI Huai-ming3, ZHAI Shi-kui1, 2

(1. College of Marine Geosciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2. Key Laboratory of Submarine Geosciences and Prospecting Techniques, Ministry of Education, Qingdao 266100, China; 3. Second Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Hangzhou 310012, China)

The geochemical features and variation in major elements, trace elements, and isotopic compositions of CR, NCIR, and SCIR MORBs, collected from the PetDB database, are examined to investigate mantle source heterogeneity and the variation in magmatic processes along a ridge axis. The trace element and isotopic composition of the basalts are nearly identical to that of N-MORB, except for an anomaly in some segments, and are different from typical Indian Ridge basalts. The basaltic magma is a product of spinel lherzolite mantle melting, and the mantle source comprises two mantle domain components, namely DMM and EMⅡ, which contribute 69% and 27%, respectively. The enrichment of the EMⅡ-type component may be a result of ancient crustal contamination. The isotopic composition of Sr, Nd, and Pb is heterogeneous, reflecting that the composition of mantle source is similar for the basalts from the CR, NCIR, and SCIR. The basalts show that there is heterogeneity in the mantle source near the SCIR 19°S segment .In addition, it shows that the significant feature of the EMⅡ-type component mixed. There is enrichment of K, Ba, La, and U in the basalts near the CR 3.5°N segment; however, the features of the mantle source need to be further studied because of the lack of isotopic composition data. Based on these research results, we define large-scale mapping, intensive survey sampling, and laboratory analysis as a basis for further research the CR. An extensive isotopic analysis of Sr, Nd, Pb and Re, Os, and Be could provide evidence on the mantle heterogeneity of the CR. Furthermore, clarification on the degree of influence of Indian Ocean Mantle on the CR could contribute to a better understanding of the causes of mantle heterogeneity and its dynamic processes.

the Northwest Indian Ridge; basalt; variation along ridge axis; mantle heterogeneity

(本文編輯: 劉珊珊)

[National Key Basic Research and Development Program, No. 2013CB429702; The 12thFive-Year Plan major projects of China Ocean Mineral Resources Research and Development Association, No. DY125- 11-R-01, No. DY125-12-R-03]

May 14, 2015

P736.4

A

1000-3096(2016)08-0108-11

10.11759/hykx20150514002

2015-05-14;

2015-07-23

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2013CB429702); 中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會(huì)“十二五”重大項(xiàng)目(DY125-11-R-01, DY125- 12-R-03)

淳明浩(1988-), 男, 四川巴中人, 碩士研究生, 海洋地質(zhì)專業(yè), 主要從事海底礦產(chǎn)資源與成礦作用研究, 電話: 17612280695, E-mail: chunminghao520@163.com; 翟世奎, 通信作者, 男, 博士生導(dǎo)師, E-mail: zhaishk@public.qd.sd.cn.