李 偉,金振民,陶春輝,3

(1.自然資源部第二海洋研究所海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310012;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430074;3.上海交通大學(xué)海洋學(xué)院,上海 200240)

洋中脊是板塊初始擴(kuò)張的策源地,也是全球最大的海底構(gòu)造山系,發(fā)育大規(guī)模的巖漿和熱液活動(dòng)。從洋脊擴(kuò)張初期開始,便經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化過(guò)程,形成現(xiàn)今的全球洋中脊構(gòu)造格局。對(duì)現(xiàn)代洋中脊海底的多圈層相互作用和巖漿-構(gòu)造活動(dòng)研究離不開對(duì)洋盆演化的認(rèn)識(shí)。近年來(lái),伴隨著深海探測(cè)技術(shù)的革新,海底資源調(diào)查也逐步從洋脊軸部向洋脊離軸區(qū)和深海洋盆延拓,形成橫向拓展、縱向延生的三維立體式勘探格局,其中,對(duì)隱伏型“死亡”熱液區(qū)的探尋成為新的海底資源突破方向。洋脊擴(kuò)張和洋盆演化過(guò)程在整個(gè)環(huán)節(jié)中扮演了重要角色,對(duì)獲取全球海底多金屬熱液礦床的空間分布和資源儲(chǔ)量具有指導(dǎo)意義。

在全球洋盆系統(tǒng)中,印度洋洋盆的研究程度相對(duì)較低,但是其構(gòu)造格局極為復(fù)雜,發(fā)育諸多地質(zhì)地貌類型,如洋底高原、無(wú)震海嶺、微陸塊以及多期的擴(kuò)張中心(Pushcharovsky,2007,2008;Seton,2012;李江海等,2015)。典型的“入”字形的洋脊分割了印度洋洋盆(Pushcharovsky,2014),構(gòu)成了現(xiàn)今的印度洋洋中脊系統(tǒng),主要由西南印度洋中脊(SWIR)、東南印度洋中脊(SEIR)、中印度洋中脊(CIR)和卡斯伯格脊(CR)組成。印度洋洋盆西周環(huán)繞多個(gè)板塊,包括非洲板塊、阿拉伯板塊、印度板塊、澳大利亞板塊以及南極洲板塊,洋盆中發(fā)育凱爾蓋朗(Kerguelen)、克洛澤(Crozet)、馬里昂(Marion)和留尼旺(Reunion)等多個(gè)熱點(diǎn),它們處于非洲超級(jí)地幔柱之上,這些熱點(diǎn)對(duì)印度洋洋盆打開、洋中脊的擴(kuò)張和躍遷具有顯著影響(李江海等,2016)。整個(gè)印度洋洋盆系統(tǒng)可分為東西兩支,前人提出的魚尾構(gòu)造模式認(rèn)為印度洋盆銜接了大西洋洋盆和太平洋洋盆,在全球洋盆的發(fā)育和演化過(guò)程中扮演了調(diào)節(jié)作用(李江海等,2016),SWIR作為西支的獨(dú)立組成,是銜接大西洋中脊和東南印度洋中脊-太平洋的橋梁。作為全球慢速-超慢速擴(kuò)張洋脊的典型代表,它以貧巖漿活動(dòng)著稱,獨(dú)特的巖漿作用和洋殼增生模式塑造了其特殊的巖石圈結(jié)構(gòu)和海底地形地貌特征,也是窺視大陸裂解和洋脊擴(kuò)張動(dòng)力學(xué)過(guò)程的極好窗口。

得益于近20年來(lái)中國(guó)組織的航次調(diào)查,我國(guó)科學(xué)家在SWIR的構(gòu)造演化(李三忠等,2015a,b;李江海等,2016)、巖石圈結(jié)構(gòu)特征(Zhao et al.,2013;Li et al.,2015;Niu et al.,2015)、地幔組成和巖漿作用(Zhou and Dick,2013;Yang et al.,2017;Li et al.,2017,2019)以及海底熱液成礦(Tao et al.,2012,2020)等多個(gè)領(lǐng)域取得了重大研究突破。本文主要結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者的已有研究成果,從構(gòu)造和巖漿作用兩個(gè)角度出發(fā),回顧了西南印度洋的形成演化歷史,進(jìn)一步審視SWIR不同構(gòu)造域的巖漿作用和地球化學(xué)印跡,旨在為探討岡瓦納大陸的裂解提供基礎(chǔ)性認(rèn)識(shí)。同時(shí),也為SWIR熱液系統(tǒng)的巖漿-構(gòu)造理論研究以及未來(lái)的找礦突破提供重要支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西南印度洋中脊(SWIR)西起南大西洋Bouvet三聯(lián)點(diǎn)(BTJ:54°50′S,00°40′W),東至印度洋Rodriguez三聯(lián)點(diǎn)(RTJ:25°30′S,70°00′E),全長(zhǎng)約7700 km(圖1),是南極洲板塊和非洲板塊的分界線。SWIR地形起伏變化劇烈,局部發(fā)育的裂谷深度可達(dá)5000 m,洋脊被一系列近南北向的轉(zhuǎn)換斷層切割錯(cuò)斷,而部分區(qū)域轉(zhuǎn)換斷層缺失,僅由巖漿活動(dòng)型洋脊段和非巖漿活動(dòng)型的海槽相連,表現(xiàn)為典型的超慢速擴(kuò)張洋脊特征(Dick et al.,2003)。

圖1 西南印度洋中脊水深地形及洋盆構(gòu)造RTJ—Rodriguez三聯(lián)點(diǎn);BTJ—Bouvet三聯(lián)點(diǎn);II2-II7為根據(jù)年齡劃分的洋底二級(jí)構(gòu)造地貌單元編號(hào)(李三忠等,2015a)Fig.1 Topography and structure of the mid-oceanic ridge of the Southwest Indian Ocean

在沿軸方向,SWIR洋脊擴(kuò)張速率變化不甚顯著,全擴(kuò)張速率為12～18 mm/y(Sauter and Cannat,2010),但部分洋脊段具有明顯的斜向擴(kuò)張?zhí)卣?例如Bouvet(Bo)轉(zhuǎn)換斷層和Islas Orcadas(IO)轉(zhuǎn)換斷層之間,洋脊斜向擴(kuò)張角度高達(dá)51°(圖2)。洋脊的沿軸水深變化具有以下特征:首先,在SWIR存在3處淺水深洋脊區(qū),例如Bo和IO轉(zhuǎn)換斷層之間的洋脊段平均水深較淺(<3000 m),對(duì)應(yīng)于較低的剩余地幔布格重力異常(RMBA),推測(cè)可能與靠近Bouvet熱點(diǎn)有關(guān)。在SWIR中部,Marion(Ma)和Discovery II(DII)轉(zhuǎn)換斷層之間的洋脊段,以及Indomed(In)和Gallieni(Ga)轉(zhuǎn)換斷層之間的洋脊段均具有較淺水深,對(duì)應(yīng)于RMBA低值。RMBA通常反映了洋殼厚度變化或者地幔溫度的差異,因此洋脊水深變化與巖漿活動(dòng)強(qiáng)弱緊密相關(guān)。SWIR整體具有低巖漿補(bǔ)給率,局部的巖漿活動(dòng)差異是對(duì)地幔源區(qū)組成和溫度的極好響應(yīng)。在Prince Edward(PE)和DII轉(zhuǎn)換斷層之間,現(xiàn)有的最老磁條帶年齡記錄為155 Ma,是非洲板塊和Nubia與Somalian板塊之間的彌散性離散邊界(Chu and Gordon,1999;Royer et al.,2006),考慮到SWIR復(fù)雜的擴(kuò)張演化歷史,對(duì)該區(qū)段的地幔屬性的認(rèn)識(shí)顯得尤為重要。此外,鑒于SWIR中部被多個(gè)熱點(diǎn)和海底高原環(huán)繞,洋脊與熱點(diǎn)的相互作用不容忽視。除上述淺水區(qū)外,沿SWIR自西向東,由Shaka(Sh)轉(zhuǎn)換斷層過(guò)渡到Du Toit(DT)轉(zhuǎn)換斷層,洋脊水深逐漸加深,RMBA逐漸升高。在DT轉(zhuǎn)換斷層以東,尤其是Andrew Bain(AB)附近,RMBA開始顯著降低。在東部的Ga轉(zhuǎn)換斷層與RTJ之間,洋脊的平均斜向擴(kuò)張角度為30°,洋脊水深變化起伏劇烈,尤其在Melville(Me)轉(zhuǎn)換斷層?xùn)|側(cè)平均水深加劇,與此對(duì)應(yīng)的是RMBA的增加。前人研究認(rèn)為最東端區(qū)域形成于約40 Ma的一次重大調(diào)整,隨后再無(wú)大規(guī)模的洋脊錯(cuò)段發(fā)育(Sclater et al.,1981),雖然在約24 Ma時(shí)擴(kuò)張速率發(fā)生降低,完成了向超慢速擴(kuò)張的最終轉(zhuǎn)變,但是對(duì)擴(kuò)張方向和板塊邊界變化影響甚微(Baines et al.,2007)。

圖2 SWIR沿洋脊走向水深(a)和剩余地幔布格重力異常(RMBA)變化圖(b)(根據(jù)Georgen et al.,2001修改)圖中橫線標(biāo)注了3個(gè)洋脊淺水深區(qū)段和對(duì)應(yīng)的RMBA(綠松石色),部分區(qū)段的擴(kuò)張斜度(紅色斜體),擴(kuò)張斜度根據(jù)NUVEL1A板塊動(dòng)力學(xué)模型(DeMets et al.,1994)計(jì)算獲得;1-7編號(hào)為Georgen et al.(2001)提出的洋脊分段序號(hào);轉(zhuǎn)換斷層及斷裂帶縮寫如下:Bo—Bouvet轉(zhuǎn)換斷層;IO—Islas Orcadas轉(zhuǎn)換斷層;Sh—Shaka轉(zhuǎn)換斷層;DT—Du Toit轉(zhuǎn)換斷層;AB—Andrew Bain轉(zhuǎn)換斷層;Ma—Marion轉(zhuǎn)換斷層;PE—Prince Edward轉(zhuǎn)換斷層;ES—Eric Simpson轉(zhuǎn)換斷層;DII—Discovery II轉(zhuǎn)換斷層;In—Indomed轉(zhuǎn)換斷層;Ga—Gallieni轉(zhuǎn)換斷層;AII—Atlantis II轉(zhuǎn)換斷層;Me—Melville轉(zhuǎn)換斷層Fig.2 The along-axis profile of water depth(a)and residual mantle Bouguer anomaly(RMBA)of SWIR(b)(modified from Georgen et al.,2001)

2 洋底構(gòu)造地貌單元

從全球尺度來(lái)說(shuō),洋底的構(gòu)造單元?jiǎng)澐种饕罁?jù)地形地貌特征,常見的構(gòu)造類型包括洋中脊、轉(zhuǎn)換斷層或破碎帶、深海盆地、海山和俯沖帶等。這些大尺度的構(gòu)造單元?jiǎng)澐钟兄谔接懘笮脱笈璧南龊脱莼^(guò)程,即全球性的板塊構(gòu)造事件。而對(duì)洋盆區(qū)域尺度的研究則需要更為精細(xì)的劃分準(zhǔn)則,不僅要考慮洋盆區(qū)域的復(fù)雜性和時(shí)空演化特征,同時(shí)也要充分考慮不同構(gòu)造單元之間的相似性和差異性等。以西南印度洋為例,前人綜合考慮了區(qū)域構(gòu)造和擴(kuò)張對(duì)稱性等因素,將西南印度洋劃分為七級(jí)構(gòu)造單元(李三忠等,2015a)。首先,東南印度洋洋盆(I)、西南印度洋洋盆(II)和西北印度洋(III)構(gòu)成了3個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元。二級(jí)單元的劃分主要以洋殼形成屬性、轉(zhuǎn)換斷層走向、特定擴(kuò)張轉(zhuǎn)向年齡和異常事件(如地幔熱點(diǎn)影響)的疊加為依據(jù),由南向北依次為:大于120 Ma的南側(cè)洋殼(II-1)、大于80 Ma的南側(cè)洋殼(II-2)、大于40 Ma的南側(cè)洋殼(II-3)、小于40 Ma的洋殼(II-4)、大于40 Ma的北側(cè)洋殼(II-5)、大于80 Ma的北側(cè)洋殼(II-6)和大于80 Ma的北側(cè)洋殼(II-7)(圖1)。隨后,聚焦于擴(kuò)張洋脊及離軸區(qū)域,根據(jù)轉(zhuǎn)換斷層和其間洋脊段的構(gòu)造相似性,進(jìn)一步將小于40 Ma的洋殼單元(II-4)劃分為4個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元,自西向東依次為PE和AB轉(zhuǎn)換斷層以西的超級(jí)洋中脊段(II-4-1)、AB和DII轉(zhuǎn)換斷層間的超級(jí)洋中脊段(II-4-2)、DII和Ga之間的超級(jí)洋中脊段(II-4-3)和Ga轉(zhuǎn)換斷層以東的超級(jí)洋中脊段(II-4-4),至此,SWIR的一級(jí)分段也初步形成。更為次級(jí)的(四至七級(jí))構(gòu)造地貌單元?jiǎng)澐种饕菫榱烁玫胤治鲅蠹馆S部的微地貌和微構(gòu)造特征(如斷裂組合、傾向和走向等)。以七級(jí)構(gòu)造地貌單元為例,在In和Ga轉(zhuǎn)換斷層之間,洋脊中央裂谷區(qū)發(fā)育直線型雁列式組合、斜線型雁列式組合和斜線型側(cè)列式組合段等,也充分體現(xiàn)了超慢速擴(kuò)張洋脊的構(gòu)造樣式的多樣性。

上述七級(jí)構(gòu)造地貌單元的劃分已經(jīng)足夠分析小尺度的洋脊構(gòu)造演化過(guò)程,但隨著深海調(diào)查技術(shù)的顯著提高,尤其是搭載AUV獲取的高精度海底地形,以及載人潛器的近底高清視像觀測(cè),使得微地形地貌研究精度大大提升,使更為精細(xì)的地貌單元類型,如平頂海山、丘狀臺(tái)地和平緩巖流等得以識(shí)別,極大地促進(jìn)了對(duì)超慢速擴(kuò)張洋脊的洋殼增生和演化的認(rèn)識(shí),尤其在熱液區(qū)的控礦微構(gòu)造研究方面發(fā)揮了重要作用(如Yoshikawa et al.,2012;Jamieson et al.,2014)。此外,注意到西南印度洋洋盆中發(fā)育諸多異常的構(gòu)造地貌單元,如Marion、Conrad和Delcano隆起,Madagascar和Crozet海臺(tái)等,它們?cè)谝欢ǔ潭壬吓c岡瓦納大陸的裂解有關(guān)。雖然現(xiàn)今的SWIR整體處在Marion隆起的北側(cè),但研究表明在歷史時(shí)期Marion熱點(diǎn)相對(duì)SWIR發(fā)生移動(dòng),目前在SWIR中部DII破碎帶西側(cè)串珠狀分布的海山,推測(cè)與洋脊北側(cè)的Madagascar洋脊緊密相關(guān)。因此,對(duì)于這些異常構(gòu)造地貌單元的成因研究對(duì)認(rèn)識(shí)SWIR的整體演化具有重要意義。

3 SWIR洋脊分段

根據(jù)洋脊的幾何形態(tài)、海底地形地貌和綜合地球物理場(chǎng)特征,以及擴(kuò)張歷史的差異,SWIR可以劃分為若干不同洋脊段,分段方法由于劃分標(biāo)準(zhǔn)的不同而存在明顯差異(Rommevaux-Jestin et al.,1997;Georgen et al.,2001;Cannat et al.,2003)。

Georgen et al.(2001)根據(jù)洋脊的地形資料和脊軸的走向變化將SWIR整體劃分為7個(gè)區(qū)段(圖2)。第1段從BTJ到Sh轉(zhuǎn)換斷層(9°E),由一系列短的洋脊段構(gòu)成,被密集分布的斷裂帶分割;第2段從Sh轉(zhuǎn)換斷層至15°E,該洋脊段具有非常低的擴(kuò)張速率和斜向擴(kuò)張?zhí)卣?擴(kuò)張斜度高達(dá)32°);第3段從15°E到25°E,洋脊段呈近垂向擴(kuò)張,被一系列非轉(zhuǎn)換斷層不連續(xù)(NTD)錯(cuò)斷;第4段由DT和AB轉(zhuǎn)換斷層之間的洋脊構(gòu)成,該段洋脊走向與SWIR整體洋脊走向形成鮮明對(duì)比,其中AB轉(zhuǎn)換斷層也是全球洋中脊系統(tǒng)中將洋脊錯(cuò)斷距離最長(zhǎng)的斷層之一,斷距超過(guò)700 km;第5段由Ma轉(zhuǎn)換斷層和Ga轉(zhuǎn)換斷層之間的洋脊段組成,水深相對(duì)較淺;第6段位于Ga轉(zhuǎn)換斷層和Me轉(zhuǎn)換斷層之間,向東洋脊的水深逐漸增加,其中發(fā)育最主要的轉(zhuǎn)換斷層有AII斷層;第7段為Me轉(zhuǎn)換斷層和RTJ之間的洋脊段,該區(qū)段的明顯特征是缺失轉(zhuǎn)換斷層和NTD,具有較深的洋脊水深。通過(guò)對(duì)SWIR的文獻(xiàn)綜合分析不難發(fā)現(xiàn)該7段劃分法與SWIR的區(qū)域地質(zhì)特征,及巖漿巖地球化學(xué)組成的區(qū)域性差異吻合較好。因此,該劃分方法在討論區(qū)域構(gòu)造演化和巖漿作用時(shí)具有適用性。

Cannat et al.(1999)根據(jù)多波束水深地形數(shù)據(jù)和重力資料將SWIR 49°～69°E之間洋脊劃分為26個(gè)洋脊段,該劃分適用于局部更為精細(xì)的海底構(gòu)造和巖漿演化的研究,我國(guó)學(xué)者在實(shí)際研究過(guò)程中也主要沿用這一分段方法。然而目前該方法只針對(duì)SWIR中東部區(qū)段進(jìn)行了分段,國(guó)內(nèi)學(xué)者也只在我國(guó)多金屬硫化物合同區(qū)進(jìn)行了適當(dāng)延拓,西至Indomed轉(zhuǎn)換斷層(～46°E),因此,尚有大量洋脊空白區(qū)域未進(jìn)行分段編碼。考慮到洋脊的分段機(jī)制較為復(fù)雜,洋脊拓展、疊加、躍遷或廢棄、死亡等影響因素不容忽視(李三忠等,2015a),而SWIR在地形地貌特征上又具有特殊性,在實(shí)際研究中可以參照李三忠等(2015a)提出的SWIR的4級(jí)分段進(jìn)行靈活運(yùn)用,該分段特征在一定程度上遵循了傳統(tǒng)的快—慢速擴(kuò)張洋脊的4級(jí)分段標(biāo)準(zhǔn)(Macdonald,2001)。例如,當(dāng)探討大尺度的巖漿作用和地幔區(qū)域?qū)傩詴r(shí),使用轉(zhuǎn)換斷層為作為邊界的1級(jí)分段標(biāo)準(zhǔn)即可;如果討論小微尺度的火山構(gòu)造和洋殼增生過(guò)程,則可以運(yùn)用2～4級(jí)分段標(biāo)準(zhǔn)。

4 洋盆的形成和演化

前人研究表明,印度洋是岡瓦納大陸裂解的關(guān)鍵區(qū)域,作為印度洋洋盆的重要組成,西南印度洋的形成與岡瓦納大陸裂解密切相關(guān)(Ben-Avraham et al.,1995;Livermore and Hunter,1996)。岡瓦納大陸最早形成于新元古代末期,由東、西岡瓦納陸塊經(jīng)過(guò)泛非-巴西造山運(yùn)動(dòng)(Pan-AfricalBrazianin Orogen,簡(jiǎn)稱泛非運(yùn)動(dòng))組合形成。如果考慮西南印度洋的古地理環(huán)境和它的地幔歸屬,其根源可能要追溯至更早的構(gòu)造事件,這得到了深海橄欖巖的Re-Os年代學(xué)的研究約束(>1 Ga:Li et al.,2019)。為此,我們將整個(gè)演化歷程劃分為三個(gè)階段,分別為:(1)岡瓦納大陸形成前期階段;(2)岡瓦納大陸裂解階段;(3)西南印度洋的洋盆演化階段。

4.1 岡瓦納大陸的形成

對(duì)SWIR采集的深海橄欖巖標(biāo)本進(jìn)行的Re-Os年代學(xué)研究發(fā)現(xiàn),它保留了較為古老的巖漿抽取記錄(>1 Ga)(Day et al.,2017;Li et al.,2019),與Rodinia超大陸的形成時(shí)間(～1000 Ma)基本吻合,因此SWIR的初始地幔演化最早可追溯到新元古代。彼時(shí),巖石圈地殼增厚,火山活動(dòng)缺失,逐漸形成了穩(wěn)定的克拉通和沉積層覆蓋。在約825 Ma,裂谷和火山活動(dòng)開始變得活躍,大規(guī)模的基性巖墻侵位開始發(fā)生。在世界范圍內(nèi),基性巖漿和A型花崗巖的侵位時(shí)間在750～700 Ma,表明各地塊之間的裂解時(shí)間不具一致性,勞亞古陸與東南極古陸裂解時(shí)間是800～750 Ma,而古澳洲大陸和勞亞古陸裂解則是在700 Ma左右。隨著Rodinia超大陸的裂解,形成了北部和南部幾個(gè)大陸,其中南方大陸在泛非運(yùn)動(dòng)期間,沿著高級(jí)變質(zhì)作用發(fā)育的莫桑比克造山帶再次碰撞拼合,形成了岡瓦納大陸,這也是印度洋洋盆演化的前生。在岡瓦納大陸形成過(guò)程中發(fā)育兩條重要構(gòu)造帶(Acharyya,2000);一條是介于東岡瓦納(印度-南極-澳大利亞-新西蘭)和西岡瓦納(南美-非洲)之間的莫桑比克帶(圖3),波及范圍較廣,包括東非、馬達(dá)加斯加、印度南部、斯里蘭卡和東南極,主要以中低壓麻粒巖相變質(zhì)作用為標(biāo)志,形成的時(shí)代為600～550 Ma(Kr?ner,1993);另一條構(gòu)造帶則發(fā)育在東、西非之間,并延伸到剛果和巴西的東南部。其中,位于巴西東南部的新元古代晚期巖漿弧的發(fā)育尤為引人注目,長(zhǎng)達(dá)2000 km。整個(gè)泛非造山運(yùn)動(dòng)的影響久遠(yuǎn),一直持續(xù)到450 Ma左右。在隨后較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),岡瓦納大陸保持穩(wěn)定,直到在約250 Ma成為了Pangea超大陸的組成部分。

圖3 岡瓦納大陸復(fù)原圖(據(jù)Acharyya,2000修改)Fig.3 The restoration map of the Gondwana Mainland(modified from Acharyya,2000)

4.2 岡瓦納大陸裂解

在古生代末期,由于北側(cè)的新特提斯洋和古太平洋發(fā)生外圍裂解,其分支向?qū)呒{大陸拓展,使得岡瓦納大陸在中生代以來(lái)開始發(fā)生裂解,進(jìn)而導(dǎo)致了印度洋洋盆的形成(李江海等,2016)。

岡瓦納大陸的裂解過(guò)程存在3個(gè)重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)。首先,在早侏羅世末期(～182 Ma),Karoo大火成巖省發(fā)育大規(guī)模的巖漿活動(dòng),導(dǎo)致了非洲板塊在～170 Ma時(shí)最先從岡瓦納大陸裂離,裂解主要沿著新元古代的東非造山帶,在其東緣和東南緣分別發(fā)育戴維右行走滑斷裂(Buiter and Torsvik,2014)和莫桑比克-里瑟-拉森海裂谷盆地(Jokat et al.,2003)。其次,在中侏羅世末期(～166 Ma),大印度板塊開始發(fā)生裂解,裂解主要沿新元古代的Kuungan造山帶(Torsvik and Cocks,2013),前人研究認(rèn)為該裂解可能與 Kerguelen熱點(diǎn)有關(guān)(Chatterjee et al.,2013),其東緣與東北緣發(fā)育恩德比裂谷盆地和珀斯-Cuvier裂谷盆地(Stagg et al.,2004)。隨后,在早白堊世(～136 Ma),澳大利亞和南極洲板塊之間發(fā)生裂谷作用,造成彼此的分離(Whittaker et al.,2013)。與此同時(shí),東南印度洋中脊和沃頓洋脊開始出現(xiàn)了新生洋殼(Ramana et al.,2001),兩者之間可能通過(guò)一系列轉(zhuǎn)換斷層相連(Whittaker et al.,2013),最終導(dǎo)致了大印度板塊從岡瓦納大陸徹底分離。其間,在晚侏羅世(～155 Ma),西南印度洋發(fā)生了初始擴(kuò)張,并向北擴(kuò)展與西索馬里盆地的擴(kuò)張中心相連,形成了統(tǒng)一的擴(kuò)張洋脊,也導(dǎo)致了非洲板塊徹底從岡瓦納大陸裂解(Jokat et al.,2003)。

4.3 SWIR洋盆演化

自早白堊世以來(lái),印度洋洋盆進(jìn)入了構(gòu)造演化階段,主要表現(xiàn)形式為洋脊擴(kuò)展和擴(kuò)張中心的躍遷等。李三忠等(2015b)對(duì)印度洋中脊的構(gòu)造演化進(jìn)行了重建,識(shí)別出一系列構(gòu)造大事件,對(duì)現(xiàn)今的印度洋構(gòu)造格局產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。雖然西南印度洋洋盆最早打開,但是它和東南、西北印度洋洋盆同屬一級(jí)構(gòu)造單元,形成演化關(guān)系極為密切,在84～40 Ma期間,西北印度洋相繼發(fā)生多次擴(kuò)張中心的躍遷,而同時(shí)期的西南印度洋也存在洋脊躍遷事件,但其更為顯著的是洋脊的擴(kuò)展,地幔熱點(diǎn)活動(dòng)在三大洋盆的演化過(guò)程當(dāng)中始終相伴。

在印度洋洋盆中曾有多個(gè)擴(kuò)張中心發(fā)育,現(xiàn)今已停止活動(dòng)或俯沖消亡,如Wharton洋脊、Mascarene盆地?cái)U(kuò)張中心(由 Madagascar和Seychelles微大陸分離形成)、索馬里盆地?cái)U(kuò)張中心、Gop裂谷和palitana洋脊等。在晚白堊世(～70 Ma),印度板塊的西緣發(fā)生裂谷和洋盆初始擴(kuò)張,形成了Gop裂谷和Palitana新生洋中脊(Minshull et al.,2008),卡斯伯格洋脊開始擴(kuò)張(Chatterjee et al.,2013)。此時(shí),留尼旺熱點(diǎn)到達(dá)地表(65 Ma),并相對(duì)印度板塊發(fā)生南移,在～60 Ma離開印度大陸(O’Neill et al.,2003)。擴(kuò)張中心首先在65 Ma由馬斯克林盆地躍遷至Gop裂谷,于62 Ma向西南方向躍遷至Palitana洋脊,隨后伴隨馬斯克林盆地、Gop裂谷和Palitana洋脊的擴(kuò)張停止(Collier et al.,2009),擴(kuò)張中心在58.5 Ma從Palitana洋脊躍遷至卡斯伯格洋脊(Minshull et al.,2008;Collier et al.,2009)。西南印度洋在～80 Ma也可能發(fā)生了洋脊躍遷(李三忠等,2015b),但是洋脊的雙向擴(kuò)展更加顯著,其中SWIR西側(cè)洋脊向西南方向延伸了1000 km,東側(cè)脊段在65～60 Ma前后由DII轉(zhuǎn)換斷層向RTJ方向快速延生達(dá)2500 km(Patriat and Segoufin,1988;張濤等,2011)。至此,印度洋統(tǒng)一的洋脊系統(tǒng)格局基本形成。40 Ma以來(lái),西南印度洋洋盆整體無(wú)重大調(diào)整,主要是以洋脊軸部的周期性巖漿活動(dòng)和火山構(gòu)建為主,大洋核雜巖也多有發(fā)育。

5 熱點(diǎn)對(duì)洋中脊的影響

印度洋洋盆內(nèi)存在多個(gè)已知熱點(diǎn),如Karoo、Bouvet、Marion、Crozet、Kerguelen和Reunion等。對(duì)印度洋洋盆熱點(diǎn)進(jìn)行古位置恢復(fù)發(fā)現(xiàn),印度洋洋盆大火成巖省和熱點(diǎn)均落在大西洋-非洲地幔大剪切波低速省(LLSVP)邊界上(圖4)。這在一定程度上表明大剪切波低速省(LLSVP)控制了地幔熱點(diǎn)的形成,進(jìn)而對(duì)印度洋洋盆的打開存在潛在影響。尤其是自早白堊世以來(lái),岡瓦納大陸的裂解表現(xiàn)出與地幔柱活動(dòng)較好的時(shí)空相關(guān)性,顯示了地幔熱點(diǎn)對(duì)大陸裂解的直接作用(Storey et al.,1995)。李江海等(2016)認(rèn)為這些地幔熱點(diǎn)是導(dǎo)致印度洋洋盆打開的深部誘因,而前寒武紀(jì)造山帶的分布則控制了印度洋洋盆張開的地表位置。

圖4 晚中生代(220 Ma)岡瓦納大陸古板塊恢復(fù)及中新生帶主要熱點(diǎn)古位置分布示意圖(根據(jù)李江海等,2016底圖修改)Fig.4 Schematic illustration of Gondwana Mainland during the Late Mesozoic(220 Ma)and the distribution of main hotspots during the Mesozoic and Cenozoic(modified from Li et al.,2016)

在印度洋洋盆打開之后,熱點(diǎn)的影響持續(xù)存在,體現(xiàn)在對(duì)洋脊躍遷的控制和對(duì)洋盆地貌特征及巖漿活動(dòng)的影響。在西北印度洋,伴隨Reunion熱點(diǎn)的逐漸南移,擴(kuò)張中心不斷躍遷,兩者在時(shí)空上具有一致性,推測(cè)具有成因聯(lián)系(李江海等,2016)。在東南印度洋,Kerguelen熱點(diǎn)自130 Ma以來(lái)就有持續(xù)的巖漿活動(dòng)記錄(Coffin et al.,2002),塑造了印度洋獨(dú)特的洋盆地貌,形成了規(guī)模龐大的Kerguelen海底高原,由南-中-北Kerguelen海底高原、Elan和Skiff淺灘、Kerguelen群島、Heard和McDonald島等構(gòu)成。Kerguelen熱點(diǎn)與SEIR洋脊之間存在較長(zhǎng)的相互作用時(shí)間,一直持續(xù)到40 Ma左右,導(dǎo)致了Broken洋脊和Kerguelen海底高原的分離,形成統(tǒng)一的SEIR。此外,現(xiàn)今位于北印度洋中的東經(jīng)90°海嶺也被認(rèn)為是Kerguelen熱點(diǎn)活動(dòng)的印跡(詳見余星等,2019)。在西南印度洋,張濤等(2011)運(yùn)用板塊重建的方法對(duì)Marion熱點(diǎn)與SWIR的相互作用進(jìn)行了深入研究,厘定了西南印度洋洋盆內(nèi)Del Cano隆起和Madagascar海臺(tái)的成因,均與Marion熱點(diǎn)的影響有關(guān)。其中Marion熱點(diǎn)的三階段活動(dòng)分別導(dǎo)致了Del Cano隆起東部、中部、西部區(qū)域的海臺(tái)形成。而Madagascar海臺(tái)的形成雖然不是Marion熱點(diǎn)的直接移動(dòng)軌跡,但也是由于Marion熱點(diǎn)相對(duì)SWIR發(fā)生移動(dòng)所致(張濤等,2011)。此外,在DII轉(zhuǎn)換斷層附近發(fā)育的串珠狀海山地貌,也被認(rèn)為是在Marion熱點(diǎn)移動(dòng)過(guò)程中發(fā)生巖漿泄露所形成。目前,Crozet熱點(diǎn)的成因及其影響爭(zhēng)議較大,雖然有學(xué)者認(rèn)為Afanasy Nikitin海臺(tái)和Rajmahal火成巖的形成與Crozet熱點(diǎn)有關(guān),但缺乏地球物理和地球化學(xué)證據(jù)的一致支持。在Crozet熱點(diǎn)的歷史移動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的海山鏈軌跡,使得Crozet熱點(diǎn)的起源仍是未解之謎。Crozet熱點(diǎn)現(xiàn)今位于SWIR南側(cè)1000 km之外,它對(duì)SWIR的影響也是爭(zhēng)論的焦點(diǎn),究竟是熱點(diǎn)的溫度效應(yīng)還是具有直接的物質(zhì)貢獻(xiàn)亟需新的研究。

6 SWIR的巖漿地球化學(xué)印跡:地幔不均一性的成因

西南印度洋洋盆的形成始于岡瓦納大陸裂解,推測(cè)與地幔柱活動(dòng)影響有關(guān)。雖然關(guān)于超大陸裂解的驅(qū)動(dòng)力存在地幔柱(Bottom-up)和深俯沖(Topdown)兩大主流學(xué)派(李獻(xiàn)華,2021),但不容否認(rèn)在岡瓦納大陸的裂解過(guò)程當(dāng)中有明顯的熱點(diǎn)活動(dòng)參與。地幔柱柱頭上升至地表,不僅影響海底的地形地貌特征,也在巖漿活動(dòng)中釋放出地幔柱的信號(hào),在巖漿地球化學(xué)組成上有顯著體現(xiàn)。另外需要考慮的是,在大陸裂解過(guò)程中由于受熱侵蝕作用或者重力失穩(wěn)(拆沉作用),大陸巖石圈地幔或陸殼物質(zhì)極易被卷入到軟流圈地幔中,導(dǎo)致地幔的不均一性。當(dāng)不均一的地幔在新生的洋中脊附近上涌并減壓熔融時(shí),會(huì)在洋中脊玄武巖中顯示出強(qiáng)烈的大陸巖石圈或大陸地殼混染特征。在對(duì)印度洋洋盆中已有的具有熱點(diǎn)成因的洋脊、海山或海底高原研究時(shí)發(fā)現(xiàn),它們的同位素(Sr-Nd-Pb)地球化學(xué)特征中均有很強(qiáng)的陸源物質(zhì)的混染指示,例如,Kerguelen、Naturaliste、Wallaby-Cuvier海底高原、Broken洋脊等。更為驚奇的是在Kerguelen群島和Elan淺灘的玄武巖中發(fā)現(xiàn)了基性麻粒巖和地殼殘片,以及片麻巖和花崗巖等陸殼屬性巖石(Gregoire et al.,1994;Weis et al.,2001;Ingle et al.,2002)。

無(wú)獨(dú)有偶,在現(xiàn)今的SWIR洋脊軸部區(qū)域,也有多處砂巖、閃長(zhǎng)巖和花崗巖的發(fā)現(xiàn)(Cheng et al.,2016)。因此,SWIR源區(qū)地幔中陸緣物質(zhì)的混入是大概率事件。另外也有假說(shuō)認(rèn)為在古生代特提斯洋向東岡瓦納大陸的俯沖可能將俯沖改造的地幔楔物質(zhì)、洋殼物質(zhì)和沉積物等加入到現(xiàn)今的印度洋地幔中(Kempton et al.,2002)。綜上所述,可以推斷出岡瓦納大陸裂解是造成印度洋地幔不均一性的主要途徑,但不均一性的物質(zhì)組成可能有多種來(lái)源,它們?cè)诂F(xiàn)今的SWIR巖漿活動(dòng)中保留了何種印跡是深入探討的方向。

目前,SWIR主要和Bouvet、Marion和Crozet三個(gè)熱點(diǎn)相鄰,且離軸距離逐漸增加。雖然現(xiàn)今的SWIR洋脊形態(tài)非常復(fù)雜,但是結(jié)合其形成演化歷史,可以得知在SWIR的中部,AB和DII轉(zhuǎn)換斷層之間的洋脊段形成最早,是岡瓦納裂解過(guò)程中的板塊分離邊界,而AB轉(zhuǎn)換斷層以西和DII轉(zhuǎn)換斷層以東的洋脊段都是SWIR快速擴(kuò)展的結(jié)果,與岡瓦納大陸裂解本身無(wú)關(guān)。因此,可以將SWIR大致劃分為三個(gè)區(qū)段,分別探討其地幔組成特征。由于我們更加關(guān)注大尺度的地幔屬性,而非洋脊段或更小尺度的巖漿作用,這樣的三段劃分與傳統(tǒng)的洋脊分段具有明顯區(qū)別,更接近“構(gòu)造省”的概念。此外,可以發(fā)現(xiàn)Bouvet、Marion和Crozet三個(gè)熱點(diǎn)剛好分別落在三個(gè)區(qū)段內(nèi),它們?cè)跉v史時(shí)期可能與相鄰的SWIR洋脊段存在相互作用,因此對(duì)洋脊的影響也能夠較好評(píng)估。

在SWIR西段(Bouvet三聯(lián)點(diǎn)至～26°E),洋中脊玄武巖的化學(xué)組成變化顯著。Le Roex et al.(1983)根據(jù)主微量元素特征,曾將BTJ至～10°E之間的玄武巖劃分為三種類型:N-MORB型、T-MORB型和P-MORB型,其中P-MORB型即為受地幔柱(plume)影響之意,具有低Zr/Nb比值、高Zr/Y和La/Yb比值特征,與洋島玄武巖組成相似,推斷源區(qū)地幔受到Bouvet熱點(diǎn)的影響。隨后,Le Roex et al.(1992)對(duì)12～15°E區(qū)域的玄武巖研究發(fā)現(xiàn)主要類型為富K2O(0.5～1.77wt%)的堿性玄武巖,這些堿性的玄武質(zhì)巖漿不相容元素Nb(24～60×10-6)和Ba(170～470×10-6)高度富集,具有“富集”的同位素信號(hào),推測(cè)與地幔源區(qū)低程度部分熔融有關(guān),且同樣受到Bouvet熱點(diǎn)的影響?？傮w來(lái)看,相較于SWIR的中段和東段,西段的玄武巖具有較高的的206Pb/204Pb比值(圖5),207Pb/204Pb和208Pb/204Pb亦是如此(圖6)。其中部分巖漿(主要是在16°E以西)具有較低的143Nd/144Nd比值(<0.5130)和εHf值(<10),與Bouvet島的巖漿組成接近。Janney et al.(2005)曾研究指出AB轉(zhuǎn)換斷層(26～32°E)是SWIR的一個(gè)重要邊界,SWIR西段(<26°E)的玄武巖具有和大西洋-太平洋域玄武巖相似的組成特征,尤其是在16～25°E之間的超級(jí)垂向擴(kuò)張脊段,玄武巖同位素組成和大西洋最南端(>49°S)的巖漿源區(qū)最為接近(圖6),因此可以將SWIR西段(<26°E)的玄武巖歸納為大西洋-太平洋型玄武巖。在16～25°E之間,玄武巖同位素組成表現(xiàn)出向西逐漸過(guò)渡的變化趨勢(shì),尤其是Pb和He同位素組成較為明顯(圖5),這種逐漸過(guò)渡的特征可以從SWIR的演化歷史中找到答案。由于受西側(cè)擴(kuò)張脊的影響,SWIR洋脊曾向西南方向快速延伸,期間形成了16～25°E的超大擴(kuò)張洋脊段(可能在83 Ma之前),洋脊的擴(kuò)展使得該段洋脊部分繼承了SWIR中段的地幔屬性。如果將16°E看作西段的一個(gè)內(nèi)部邊界,不難發(fā)現(xiàn)16°E以西的玄武巖普遍具有較高的Sr同位素組成,He同位素組成也是SWIR變化最大的(1.1～14.9 Ra)。其中10°E以西的玄武巖更加靠近Bouvet熱點(diǎn)(53°S,3°E),因此洋脊-熱點(diǎn)相互作用更加顯著,玄武巖的高3He/4He比值是熱點(diǎn)作用的最直接體現(xiàn)。而10～16°E之間的巖漿具有較低的3He/4He比值,Georgen et al.(2003)推測(cè)是源區(qū)地幔中有再循環(huán)的洋殼或巖石圈地幔物質(zhì)加入。注意到10～16°E洋脊段目前處于斜向擴(kuò)張,東側(cè)與超級(jí)垂直擴(kuò)張洋脊段相接,西側(cè)毗鄰熱點(diǎn)影響脊段,區(qū)段內(nèi)又有Joseph Mayes和Narrowgate兩個(gè)海山發(fā)育,洋脊的擴(kuò)張幾何形態(tài)對(duì)巖漿的形成格外顯著(Standish et al.,2008),斜向擴(kuò)張對(duì)地幔熔融的抑制作用和局部巖漿匯集可能更有利于小尺度不均一的巖漿出露。

圖5 西南印度洋中脊玄武巖Sr-Nd-Pb-Hf-He同位素組成軸向分布變化圖玄武巖同位素?cái)?shù)據(jù)主要來(lái)自 PetDB數(shù)據(jù)庫(kù):https://search.earthchem.org/.部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自Standish(2006)和Gautheron et al.(2015);Bouvet島,Marion島和Crozet熱點(diǎn)的East島、Penguins島數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)自Le Roex et al.(1983,2012)、Mahoney et al(1992)和Breton et al.(2013)Fig.5 The axial distribution of isotopic compositions of Sr,Nd,Pb,Hf and He

在SWIR中段(AB和DII轉(zhuǎn)換斷層之間),玄武巖的主量元素組成基本落在西段范圍內(nèi)(未展示),但沒(méi)有西段部分樣品表現(xiàn)出的高P2O5和K2O特征。Le Roex et al.(1989)將該區(qū)域的玄武巖分為N-MORB和E-MORB兩種類型,他們發(fā)現(xiàn)N-MORB在靠近Marion熱點(diǎn)附近的洋脊附近缺失,而EMORB在整個(gè)區(qū)域內(nèi)零星分布,在緊鄰Marion熱點(diǎn)的洋脊處則出露較多。因此不難推斷,E-MORB成因與Marion熱點(diǎn)存在某種聯(lián)系。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),PE和ES轉(zhuǎn)換斷層之間的玄武巖具有相對(duì)較低Ba/Nb值(5.1～9.0),代表了受Marion熱點(diǎn)影響的巖漿類型,稱之為“Marion型”;另一種E-MORB具有更高的Ba/Nb比值(9～22),主要在ES和DII轉(zhuǎn)換斷層之間出露,稱之為“DUPAL型”。因此,SWIR中段的源區(qū)地幔可能至少經(jīng)歷兩次地幔富集事件,一次與Marion地幔柱有關(guān),一次與DUPAL源區(qū)的物質(zhì)參與有關(guān)。在同位素組成上,SWIR中段的Sr-Nd-Pb-Hf變化最為顯著,而He同位素變化相對(duì)較小,最大的同位素組成變化出現(xiàn)在39～41°E附近(圖5)。在36～39°E,由于受到正南方Marion熱點(diǎn)(38°E)的影響,源區(qū)地幔的同位素特征可以用Marion熱點(diǎn)和正常的印度洋地幔源區(qū)相互作用解釋;39～41°E玄武巖則具有高87Sr/86Sr(0.7026～0.7048)、低206Pb/204Pb(16.87～17.44)、143Nd/144Nd(0.5124～0.5131)和εHf(-4～ +3)的特征(圖6),如此低的Pb同位素組成只在太古代克拉通地幔中有發(fā)現(xiàn)報(bào)道。因此,這種巖漿組成不同于Marion(或其它印度洋中的)熱點(diǎn)(圖6),前人研究推測(cè)與大陸巖石圈地幔和地殼物質(zhì)的混染有關(guān)(Mahoney et al.,1992;Meyzen et al.,2005;Janney et al.,2005)。由于SWIR中段保留了最老的擴(kuò)張演化記錄,它與岡瓦納大陸的裂解最為緊密,將構(gòu)造演化恢復(fù)到90 Ma左右,此時(shí)的Marion熱點(diǎn)剛好位于Madagascar島南側(cè)之下逐漸開始對(duì)SWIR產(chǎn)生影響(圖7)?？梢园l(fā)現(xiàn)歷史時(shí)期的印度洋洋盆周圍主要被中—新元古代的造山帶(如莫桑比克帶)環(huán)繞,表明SWIR形成初期主要與中—新元古代的造山帶接壤。與穩(wěn)定克拉通相比(密度較低),較重的造山帶巖石圈更易于在大陸裂解時(shí)發(fā)生拆沉進(jìn)入軟流圈中。如果追溯到更早時(shí)期,隨著莫桑比克洋的消亡閉合,在岡瓦納大陸聚合時(shí)俯沖作用會(huì)使得這些造山帶巖石圈發(fā)生強(qiáng)烈改造,帶內(nèi)的高級(jí)變質(zhì)巖與變質(zhì)火成巖發(fā)生混合,俯沖過(guò)程也可能將板片中釋放的流體和沉積物組分加入到造山帶巖石圈地幔中。正是這些俯沖改造的造山帶巖石圈地幔導(dǎo)致了SWIR中段地幔源區(qū)的高度不均一性。綜上所述,SWIR中段玄武巖源區(qū)的既有Marion熱點(diǎn)的物質(zhì)加入,也有低206Pb/204Pb的DUPAL富集組分貢獻(xiàn)。注意到在大西洋南端47～49°E同樣有DUPAL異常的巖漿出露,但是206Pb/204Pb比值遠(yuǎn)低于SWIR(圖6),因此DUPAL異常在SWIR更加顯著。

圖6 西南印度洋中脊玄武巖Sr-Nd-Pb-Hf同位素組成特征數(shù)據(jù)主要來(lái)自PetDB數(shù)據(jù)庫(kù):https://search.earthchem.org/.Fig.6 Isotopic compositions of Sr,Nd,Pb and Hf of the mid-oceanic ridge basalts in the Southwest Indian Ocean

圖7 90 Ma時(shí)岡瓦納大陸古板塊恢復(fù)及太古代、中新元古代造山帶和地幔熱點(diǎn)位置分布(根據(jù)Janney et al.,2005底圖修改)部分構(gòu)造單元縮寫如下:EG—Eastern Hhats省;G—Grunehogna克拉通;KS—Kasai克拉通;KZ—Kaapvaal-Zimbabwe克拉通;LH—Lutzow-Holm Bay省;M—Man克拉通;MH—Maudheim省;P—Pilbara克拉通;SF—Sao Franciso克拉通;T—Tanzanian克拉通;WP—Wilkes省;Y—Yilgarn克拉通Fig.7 Schematic illustration of Gondwana Mainland at 90 Ma and the distribution of hotspots of the mantle and orogenic belts during the in Archaeozoic,Mesoproterozoic,and Neoproterozoic(modified from Janney et al.,2005)

在SWIR東段(42°E～RTJ),玄武巖的同位素組成總體變化沒(méi)有SWIR中段顯著,但是卻存在多處異常,其中In和Ga轉(zhuǎn)換斷層之間的最為明顯(圖5)。Nd-Hf同位素在46°E、50.5°E和65.5°E附近均有低值,對(duì)應(yīng)較高的Sr同位素組成,但是50.5°E的206Pb/204Pb卻明顯高于另外兩處,在整個(gè)SWIR東段中具有最高的3He/4He比值(9.8),部分學(xué)者研究認(rèn)為這是受到Crozet熱點(diǎn)的影響(Breton et al.,2013;Yang et al.,2017),但是,Yu and Dick(2020)認(rèn)為Crozet熱點(diǎn)的影響較難實(shí)現(xiàn),而且很難解釋為何Crozet熱點(diǎn)只在50.5°E附近存在影響。是否有可能遙遠(yuǎn)的Crozet熱點(diǎn)提供了熱場(chǎng)效應(yīng),溫度的異常擾動(dòng)導(dǎo)致了該區(qū)域局部不均一的富集地幔的熔融?這些猜想顯然需要更多的研究去證實(shí)。在Indomed轉(zhuǎn)換斷層(～46°E)附近,研究發(fā)現(xiàn)有E-MORB的出露,總體具低Ba/Nb比值的特征,但Nd同位素組成明顯低于其它熱點(diǎn),雖然從同位素和微量元素來(lái)看與“DUPAL型”E-MORB有所不同(圖6),但是可以看作具有似“DUPAL”特征的玄武巖。由于它與SWIR中段更近,在SWIR向東快速擴(kuò)展的過(guò)程中可能繼承更多的地幔不均一性。此外,Hf同位素組成在54～56°E存在低異常(圖5),與50.5°E相似,對(duì)應(yīng)較高的3He/4He比值,但是兩者的Sr-Nd-Pb同位素組成又存在顯著區(qū)別,因此成因尚不明確。在Me轉(zhuǎn)換斷層附近,玄武巖具有明顯的虧損同位素特征(圖5),是SWIR東段的一個(gè)重要化學(xué)邊界(Meyzen et al.,2003,2005)。Meyzen et al.(2003)認(rèn)為Me轉(zhuǎn)換斷層以東的玄武巖源區(qū)受到了富集組分的交代,由于Me到RTJ之間的洋脊段形成較晚(洋殼年齡<20 Ma),又與SEIR和CIR兩支洋脊交匯于RTJ,因此該區(qū)域的玄武巖同位素組成與這兩支洋脊具有親緣性,很有可能受到了這兩個(gè)相鄰洋脊的地幔物質(zhì)混染。

7 結(jié)論

(1)西南印度洋中脊(SWIR)為全球典型的超慢速擴(kuò)張洋脊,洋脊地形復(fù)雜,洋底構(gòu)造地貌特征豐富,是印度洋洋盆長(zhǎng)期構(gòu)造演化的產(chǎn)物。SWIR起源于岡瓦納大陸的裂解,形成于155 Ma左右,是印度洋洋盆最早打開的場(chǎng)所,歷經(jīng)多次洋脊躍遷和快速擴(kuò)展,對(duì)整個(gè)印度洋洋盆的演化具有重要調(diào)節(jié)作用。

(2)SWIR洋盆中發(fā)育多個(gè)地幔熱點(diǎn),是印度洋洋盆打開的關(guān)鍵因素,也對(duì)后續(xù)的洋脊擴(kuò)張和洋盆演化影響深遠(yuǎn)。根據(jù)構(gòu)造演化歷史,SWIR可大致劃分為三個(gè)區(qū)段:西段為Bouvet三聯(lián)點(diǎn)至Andrew Bain轉(zhuǎn)換斷層(～26°E);中段為Andrew Bain轉(zhuǎn)換斷層至Discovery II轉(zhuǎn)換斷層(～42°E);東段為Discovery II轉(zhuǎn)換斷層至Rodriguez三聯(lián)點(diǎn)。Bouvet和Marion熱點(diǎn)與洋脊均有明顯的相互作用,在SWIR西段、中段分別留下了熱點(diǎn)的化學(xué)印跡,是形成SWIR地幔不均一性的重要因素之一。Crozet熱點(diǎn)對(duì)SWIR的影響可能較小。

(3)在SWIR西段,除Bouvet熱點(diǎn)影響外,玄武巖具有和大西洋-太平洋型玄武巖的相似特征,尤其在16～25°E區(qū)域最為顯著。在SWIR東段,尤其在Indomed和Gallieni轉(zhuǎn)換斷層之間,存在多處同位素異常特征,推測(cè)地幔源區(qū)仍有大陸地殼物質(zhì)的混染。而在Melville轉(zhuǎn)換斷層以東,地幔交代作用較為明顯,巖漿組成和SEIR和CIR具有親緣性。

(4)地幔的不均一性在SWIR中段尤為顯著,39～41°E附近的DUPAL異常特征揭示了SWIR復(fù)雜的構(gòu)造演化過(guò)程,與岡瓦納大陸形成和裂解緊密相關(guān)。其成因可歸結(jié)如下:在岡瓦納大陸拼合過(guò)程中,隨著莫桑比克海的逐漸消亡,中—新元古代的造山帶巖石圈地幔受到俯沖改造,隨后在岡瓦納大陸裂解過(guò)程中發(fā)生拆沉,進(jìn)入到印度洋軟流圈地幔,最終導(dǎo)致了SWIR巖漿DUPAL異常的形成。