西南印度洋中脊49.6°E和50.5°E区玄武岩岩石学及元素地球化学特征.pdf

第2 7 卷第3 期现代地质 V 0 1 2 7N 。3 2 0 1 3 年6 月 G E O S C I E N C E J u n 2 0 1 3 西南印度洋中脊4 9 6 。E 和5 0 5 。E 区玄武岩 岩石学及元素地球化学特征 于淼1 ，苏新1 ，陶春辉2 ，武光海2 ，李怀明2 ，娄汉林1 ( 1 中国地质大学海洋学院，北京1 0 0 0 8 3 ；2 国家海洋局第二海洋研究所国家海洋局海底科学重点实验室，浙江杭州3 1 0 0 1 2 ) 摘要：对近年来我国“大洋一号”科考船在西南印度洋中脊( S W I R ) 多金属硫化物调查区4 个站位所获得的玄武岩进行了 岩石学及元素地球化学研究。其岩相学特征为以斑状结构为主，斑晶矿物主要由斜长石、辉石和橄榄石组成。基质以 间隐结构为主，主要由斜长石、橄榄石和辉石微晶组成。全岩元素地球化学分析结果表明样品属于亏损型洋中脊玄武 岩。矿物化学成分表明斜长石主要为倍长石和拉长石，橄榄石为贵橄榄石。研究区玄武岩具低的N a 。、K T i 比值和 L R E E H R E E 以及较高的F e 。值，可整体归人S W I R4 9 0 E 一7 0 。E 区指示岩浆熔融程度最高、熔融深度最深的区域内。本 次研究为探索S W I R 洋脊玄武岩和岩浆熔融等相关研究提供了4 9 6 0 E 和5 0 5 0 E 区的新资料，也指示了区内岩浆活动或 成矿围岩物质来源的复杂性。 关键词：洋中脊玄武岩；岩石学；矿物学；元素地球化学；西南印度洋中脊 中图分类号：P 5 8 8 1 4 + 5文献标志码：A文章编号：1 0 0 0 8 5 2 7 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 4 9 7 1 2 P e t r o l o g i c a la n dG e o c h e m i c a lF e a t u r e so fB a s a i t sa t4 9 6 O Ea n d5 0 5 。E H y d r o t h e r m a lF i e l d sa l o n gt h eS o u t h w e s tI n d i a nR i d g e Y UM i a 0 1 ，S UX i n l ，T A OC h u n h u i 2 ，W UG u a n g h a i 2 ，L IH u a i m i n 9 2 ，L O UH a n 1 i n l ( 1 S c h o o lo fO c e a nS c i e n c e s ，C h i n aU n i v e r s i t yo fG e o s c i e n c e s ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 K e yL a b o r a t o r yo f S u b m a r i n eG e o s c i e n c e s ，S e c o n dJ ，醛血u 船o f O c e a n o g r a p h y ，S t a t eO c e a n i cA d m i n i s t r a t i o n ，H a n g z h o u ，Z h e j 缸n g3 1 0 0 1 2 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：W ea n a l y z e db a s a l ts a m p l e sf r o m4s i t e sa t4 9 0Ea n d5 0 0Ea l o n gt h eS o u t h w e s tI n d i a nR i d g e ， w h i c hw e r ec o l l e c t e dw i t ht e l e v i s i o n - v i d e og u i d e dg r a b ( T V G ) o rd r e d g e ( D ) d u r i n g2h y d r o t h e r m a le x p e d i t i o n so fC h i n e s ev e s s e l “D aY a n gY iH a o ”i n2 0 0 8a n di n2 0 1 0 T h e s es a m p l e sa r ef r a g m e n t so fb a s a l t i cp i l l o w l a v a sa n ds h e e tf l o w s T h e s es a m p l e sa r em a i n l yp o r p h y r i t i cw i t hf i n e g r a i n e d ，a n de u h e d r a lt oa n h e d r a lp h e n o c r y s t so fp l a g i o c l a s e ，o l i v i n ea n dp y r o x e n e T h em a t r i xc o n t a i n sm i c r o c r y s t a l l i n ep l a g i o c l a s e ，o l i v i n ea n dp y r o x e n e ，i nw h i c ht a b u l a rp l a g i o c l a s em i c r o p h e n o c r y s t so c c u rw i t har a d i c a lt e x t u r e W h o l er o c km a j o ra n dr a r e e a r t he l e m e n t sd a t ao ft h e s es a m p l e ss h o wt h a tr a t i o so fK T ir a n g ef r o m0 0 71t o0 0 91 ，a n dL a S mf r o m0 5 2 t o0 7 0 ，s u g g e s t i n gt h a tt h e ya r en o r m a lm i d - o c e a nr i d g eb a s a l t ( N M O R B ) P l a g i o c l a s ec o m p o s i t i o n sr a n g e f r o mA n 7 6 7 8t oA n 6 6 ，w h i l et h o s eo fo l i v i n er a n g ef r o mF 0 8 6t oF 0 8 4 I nc o m p a r i s o no fe a r l i e rs t u d yo nb a s a l t s a m p l e sa l o n gS W I R ( 4 9 。E 一7 0 。E ) ，s a m p l e si nt h i ss t u d ya r ef e a t u r e dw i t hm u c hm o r ed e p l e t i o ni nl i g h tr a r e e a r t he l e m e n t s ，N a 8a n dK T i ，b u th i g h e rF e 8 T h e s ed a t ai n d i c a t et h a tm a n t l em e l t i n gi nt h es t u d ya r e ao c c u r i nh i g h e rd e g r e ea n da td e e p e rd e p t h F u r t h e r m o r e ，p e t r o l o g i ca n dm i n e r a l o g i cf e a t u r e so fb a s a h sa t4 9 6 。Ea n d 5 0 5 。Es u g g e s tt h a tm a g m aa c t i v i t ya n ds o u r c ei nt h es t u d ya r e aa r ec o m p l e x 收稿日期：2 0 1 2 1 2 一0 1 ；改回日期：2 0 1 3 0 3 2 8 ；责任编辑：楼亚儿。 基金项目：中国大洋协会项目( D Y X M 一1 1 5 0 2 1 0 5 ，D Y l 2 5 1 1 一R 一0 l 一0 1 ) 。 作者简介：于淼，男，博士研究生，1 9 8 5 年出生，海洋地质专业，主要从事深海岩石学、矿物学方面的研究。 E m a i l ：y u m i a o l 0 4 g m a i l c o m 。 通信作者：苏新，女，教授，博士生导师，1 9 5 7 年出生，地层古生物专业，主要从事钙质超微化石、海洋地质和海洋气体水 合物方面的研究。E m a i l ：x s u c a g b e d u E l l 。 万方数据 4 9 8现代地质2 0 1 3 焦 K e yw o r d s ：m i d o c e a nr i d g eb a s a l t ；p e t r o l o g y ；m i n e r a l o g y ；e l e m e n tg e o c h e m i s t r y ；S o u t h w e s tI n d i a nR i d g e 0 引言 地球内部7 5 的热量通过大洋洋壳释放，而 其中大部分在大洋中脊释放；大洋中脊释放的热 量中有1 3 通过热液循环方式实现j 。洋脊系统 地质过程驱动了热和化学物质的交换，并支持了 一个独特的依靠化能合成作用的生物圈。洋脊玄 武岩是大洋中脊下地幔减压熔融的结果，记录了 地幔的成分变化悼1 ；包含了大量熔体组成、熔体 迁移以及地幔不均一性等信息一J 。岩浆分异随 洋中脊扩张速率变化而不同，如在快速扩张中心 产生低M g O 和低结晶度岩浆；反之，在慢速扩张 中心，则表现为缺少岩浆房、高M g O 以及结晶度 高等特征5J 。2 0 世纪9 0 年代中期，国际大洋中脊 协会( I n t e r R i d g e ，I R ) 把超慢速扩张洋中脊，包括 西南印度洋中脊( S o u t h w e s tI n d i a nR i d g e ，S W I R ) 和 北冰洋的G a k k e l 洋中脊列为其第一个十年( 1 9 9 4 2 0 0 3 年) 研究计划的首要研究内容，并规划参与了 多个针对S W I R 的调查航次，在S W I R 地形地貌、 海底构造、岩石学、水文环境、地球物理、热液 水体异常等方面取得了一系列成果一1 | 。 我国“大洋一号”科考船近年来在S W I R 展开 了多金属硫化物的调查，世界上首次在超慢速扩 张洋中脊发现活动热液区，获取并分析了调查区 多金属硫化物样品，得到调查区多金属硫化物矿 物组构、主微量元素及稀土元素等方面的认 识。1 2 。”o 。在调查工作中也获取了洋脊玄武岩等地 质样品，对这些岩石样品的研究结果将为该区的 资源调查提供围岩属性、岩浆活动及成矿环境等 基础地质资料。目前为止，对S W I R 尤其在5 0 。E 附近海区的洋脊玄武岩的相关研究仍然十分薄弱。 本文报道我们对来自S W I R4 9 6 。E 和5 0 5 。E 区4 个站位的玄武岩进行岩相学和元素地球化学 研究的主要结果。 1 地质背景 S W I R 是南极洲板块和非洲板块的分界线，东 起罗德里格斯三联点( R o d r i g u e sT r i p l eJ u n c t i o n ， R T J ，2 5 。3 07 s ，7 0 。0 0 E ) ，西至布维三联点( B o u - v e tT r i p l eJ u n c t i o n ，B T J ，5 4 0 5 0 S ，0 0 。4 0 W ) ，全 长约80 0 0k m ，属于典型的超慢速扩张脊，1 4J 。 S W I R 现今全扩张速率在不同脊段略有变化，整体 趋势上由西南向东北方向逐渐下降，即由西南端 的1 6 1 8m m a 降至东北端的1 2 1 3m m a L 1 5 | 。 其构造特征为具明显的轴向中央裂谷，裂谷被一 系列S N 向大型转换断层所切割0 1 4 。S W I R 主要 出露玄武岩，但部分区域有辉长岩、辉石岩和蛇 纹石化橄榄岩等出露。1 0 1 6 1 。研究区位于S W I R 第 2 8 脊段旧J ，I n d o m e d 和G a l l i e n i 转换断层之间( 图 1 ) 。该段洋脊轴部近w E 向，水深变化较大， ：I L N 水深较深，南侧较浅，平均水深31 8 0m - 1 7J 。 洋脊现今全扩张速率均为1 4 7 7 1 4 7 8m m a ( 数 据来源h t t p ：w w w 1 d e o c o l u m b i a e d u ) 。 2 样品及分析方法 2 1 玄武岩样品概况 2 0 0 8 - - 2 0 1 0 年，中国大洋协会“大洋一号”调 查船在S W I R 海区展开大洋2 0 航次和2 1 航次热液 硫化物调查。本次研究样品为其中2 0V 航段和2 1 V 航段利用电视抓斗( T V G ) 和拖网( D ) 获得的共4 个站位的玄武岩样品。样品中地处最东北位置的 站位是5 0 5 0E 区的D Y l l 5 2 0 V T v G l 4 ( 水深 17 3 9m ；样品编号简称T V G l 4 ，下同) ，该站位同 时获取了大量多金属硫化物样品。西南方向有3 个 站位，集中分布于4 9 6 。E 区，如D Y l l 5 2 1 V D 1 3 ( 水深28 0 0 30 0 0m ；简称D 1 3 ) 、D Y l l 5 2 1 V T V G 6 ( 水深28 2 4m ；简称T V G 6 ) 、D Y l l 5 2 0 V T V G l 6 ( 水深27 8 0m ；简称T V G l 6 ) ；这3 个站位 在4 9 6 。E 区沿洋中脊大致从东北向西南分布。 根据我们近几年对S W I R 调查时进行的海底摄 像观察，该区出露的玄武岩类型主要为枕状玄武 岩( 图2 ) 、玄武岩角砾及少数区域出露的席状玄 武岩。4 个样品均具玻璃质外壳( 图3 ) ，但形态有 所不同。D 1 3 和T V G 6 两块样品具有椭球状外形， 内部见同心层状。结合野外海底摄像观察，推测为 小型枕状体或大型枕状体外缘分叉末端部分 1 9 。驯。 T V G l 6 样品内部大致呈弧形同心分层，推测为大型 枕状体外层。T V G l 4 样品具较明显的水平分层，推 测其来自玄武岩岩席或大型枕状体外层。 2 2 分析方法 样品分析方法主要为薄片镜下观察、电子探 针测试以及元素测试分析。电子探针测试在中国 万方数据 第3 期 于淼等：西南印度洋中脊4 9 6 。E 和5 0 5 。E 区玄武岩岩石学及7 i 素地球化学特征 3 0 0 P 霪霭 k 。夕l 。：白 ： P 二6 毛纛未。_ 。 I 5 0 5 。E ( 本椭院) - ， I 一4 9 3 4 。E f x ( F o n t ，2 0 斫) I 5 5 13 。E I 式( F o n t ，2 0 0 7 ) I5 R6 4 。F I 并f F n n t9 0 0 7 、 、p ，f i i 。 ： 。一 ! F 图2S W I R 研究区海底出露的枕状玄武岩( 海底照片视域宽3 5m ) F i g 2 F i e l do c c u r r e n c eo fp i l l o wb a s a h si nt h es t u d ya r e aa l o n gS W I R 地质科学院矿产资源研究所的电子探针分析室用 1 3 本J X A 一8 8 0 0 R 型电子探针分析仪完成。主量元 素和稀土元素的测试在核工业北京地质研究院分 析中心分别用飞利浦P W 2 4 0 4 X 射线荧光光谱仪和 F i n n i g a nM A T 公司制造H R - I C P - M S ( E l e m e n tI ) 仪 器完成。 其中T V G l 4 和D 1 3 两个样品对玻璃质( 编号 A ) 及隐晶质( 编号B ) 部分分别取样测试；相应编 号为T V G l 4 A 和T V G l 4 B 以及D 1 3 A 和D 1 3 B 。 3 岩石学特征 3 1 岩相学特征 据肉眼和显微镜下观察到的主要结构和构造 ( 表1 ) ，4 个样品分为斑状玄武岩、气孔状玄武岩 和球颗玄武岩3 种( 图3 ) 。 T V G l 4 和D 1 3 两块样品均为灰色至黑色斑状 玄武岩，具块状构造和斑状结构( 图3 ( a ) 、( b ) ) ， 前者斑晶含量1 0 一1 5 ，基质为间隐结构，斜 ，上I， 万方数据 5 0 0现代地质 2 0 1 3 年 表1 玄武岩样品岩石学特征 T a b l e1 P e t r o l o g i cf e a t u r e so fb a s a l ts a m p l e s 秽? 、 影 02 c m 图3S W I R 研究区玄武岩样品照片 F i g 3P h o t o g r a p h so fb a s a l ts a m p l e s ( a ) T V G l 4 ，斑状玄武岩；( b ) D 1 3 ，斑状玄武岩；( c ) T V G 6 ，球颗玄武岩；( d ) T V G l 6 ，气孔状玄武岩 长石微晶呈放射状分布( 图4 ( d ) ) ；后者斑晶含量 1 0 ，基质为拉玄结构，斜长石微晶呈格架状 排列( 图5 ( b ) ) ；斑晶粒径范围为0 1 1m m ( 平 均0 5 5m m ，表2 ) ，总体可归在细粒( 0 2 2 m m ) 范围中，但显然偏细。矿物成分以橄榄石为 主( 图4 ( a ) ) ，含少量斜长石( 图5 ( a ) ) 。 T V G 6 为灰黑色球颗玄武岩，具气孑L 构造，球 颗结构和斑状结构( 图3 ( c ) ) ；球颗直径为1 1 5 m m ，个体相联或相间，且分布不均( 图6 ( a ) ) ， 部分集中区域含量高达2 5 ；球颗内部为斜长石 微晶及铁质不透明矿物杂乱分布。斑晶粒径范围 为0 1 0 5m m ( 平均0 3m m ，表2 ) ，属于细粒 偏细范围，较T V G l 4 和D 1 3 样品斑晶粒径更偏 小。斑晶含量 1 0 ，矿物主要为橄榄石和辉石， 二者丰度大致相等。基质为间隐结构。 T V G l 6 为灰黑色至黑色气孔状玄武岩( 图3 ( d ) ) ，具气孔构造和斑状结构，局部见球颗结构 ( 图7 ( b ) ) ，气孔含量 5 ，圆形，大小变化范 围为0 0 5 1 3m m ；基质为玻基微晶结构( 图7 ( d ) ) 。样品中斑晶含量约1 5 ，斑晶直径变化于 万方数据 于淼等：西南印度洋中脊4 9 6 。E 和5 0 5 。E 区玄武岩岩石学及元素地球化学特 ， 吵 j 、 图4 样品T V G l 4 镜下岩石结构和矿物组分特征 F i g 4 T e x t u r ea n dm i n e r Mc o m p o s i t i o nc h a r a c t e r so ft h es a m p l eT V G l 4 ( a ) 玻璃质内橄榄石斑晶，正交偏光；( b ) 橄榄石斑晶边缘伊丁石化，单偏光；( c ) 橄榄石内含有包裹体( 成分 待定) 正交偏光；( d ) 针状及放射状分布的斜长石微晶单偏光 图5 样品D 1 3 镜下岩石结构和矿物组分特征 F i g 5 T e x t u r ea n dm i n e r a lc o m p o s i t i o nc h a r a c t e r so ft h es a m p l eD 1 3 ( a ) 斜长石斑晶，正交偏光；( b ) 斜长石微晶呈格架状排列，正交偏光 0 1 0 6m m ( 平均0 3 5m m ，表2 ) ，属于细粒偏 细范围。矿物主要由橄榄石、辉石、斜长石组成 ( 图7 ( a ) ) ，三者含量大致相当。 各样品遭受不同的后期改造作用而显示颜色 变化。D 1 3 和T V G 6 样品相对新鲜，仅在其外表 有浅黄褐色薄层条带或不规则褐色薄层( 图3 ( b ) 、( c ) ) ，可能为海水轻微氧化所致；其内部 矿物特征和岩石地球化学测试未发现后期改造记 录。T V G 6 和T V G l 4 样品表层具黄褐色条带( 图3 ( a ) ) ，该样品与热液多金属硫化物共同产出， 并有橄榄石边缘伊丁石化等现象( 图4 ( b ) ) ，推 测黄褐色条带与后期热液蚀变作用有关。T V G l 6 样品表面呈红色和棕红色条带( 图3 ( d ) ) ，显示 可能曾遭受较强氧化作用，并在本次元素地球化 、。k一埔一 链，翟罐粼 够谚 廖F尹产吣撩拶狳 万方数据 现代地质 2 0 1 3 正 学测试中发现了相关记录。 3 2 矿物学特征 斜长石、辉石和橄榄石是玄武岩的主要造岩 矿物。大洋玄武岩中这些矿物颗粒微小，分析困 难，前人研究较少。本研究参照前人对陆地露头 玄武岩的研究方法进行矿物学分析，获得对岩 石样品中斑晶矿物特征的认识。 斜长石粒径范围为0 1 0 6r a i n ，多为自形一 半自形，形态变化较大，如板状、针状和板条状 等。较例外的是，D 1 3 样品中可见它形斜长石斑晶。 辉石粒径范围为0 1 1 6m m ，多为半自形 一它形( 图7 ( a ) ) ，粒状，T V G 6 薄片中见中空状 骸晶( 粒径0 3 0 6m m ，图6 ( b ) ) ，含量约占斑 晶的5 ，晶体内空洞为条形或近圆形，并平行晶 体边缘排列。 橄榄石矿物以细粒为主，粒径为0 2 1m m ， 粒径较大者( 1m m ) 见于T V G l 4 样品；形态为粒状 或两端尖的六边形、自形一半自形一它形，自形见 于T V G l 6 和D 1 3 样品，而T V G 6 样品中多为它形。 T V G l 4 样品中橄榄石有裂理，边缘有伊丁石化现象 ( 图4 ( b ) ) ，在T V G l 4 和T V G l 6 样品中橄榄石斑晶 含包裹体( 图4 ( c ) ，图7 ( c ) ) 。其中T V G l 6 含包裹 体橄榄石斑晶占岩石中总斑晶的2 0 3 0 。 4 岩石和矿物地球化学特征 4 1 全岩主量元素特征 所测试4 个样品的全岩主量元素结果见表3 。 其化学组成特征具以下特点：S i O ：含量变化小，为 4 6 7 5 4 9 3 8 ( 平均4 8 1 ) ；A I ：O ，含量为 1 1 4 8 一1 4 3 9 ( 平均1 2 8 3 ) ；M g O 含量范 围为7 9 3 9 2 8 ( 平均8 6 3 ) ；F e ：O ，含量 范围为1 2 2 4 一1 6 0 9 ，平均值为1 3 5 9 。值 表2 玄武岩矿物斑晶主要特征 T a b l e2M i n e r a l o g i c a lf e a t u r e so fp h e n o c r y s t si nb a s a l ts a m p l e s 样品编号S i 0 2A 1 2 0 3F 。2 0 3 M g O C a O N a 2 0K 2 0 M n O T i 0 2P 2 0 5 F e O 烧失量 注：F e 2 0 3 为全铁含量。 万方数据 第3 期于淼等：西南印度洋中脊4 9 6 。E 和5 0 5 。E 区玄武岩岩石学及元素地球化学特征 5 0 3 ( a ) o 图6 样品T V G 6 镜下岩石结构和矿物组分特征 F i g 6 T e x t u r ea n dm i n e r a lc o m p o s i t i o nc h a r a c t e r so ft h es a m p l eT V G 6 ( a ) 球颗结构，由长石微晶和铁质不透明矿物组成，单偏光；( b ) 辉石骸晶，正交偏光 图7 样品T V G l 6 镜下岩石结构和矿物组分特征 F i g 7 T e x t u r ea n dm i n e r a lc o m p o s i t i o nc h a r a c t e r so fs a m p l eT V G l 6 ( a ) 辉石、长石及橄榄石斑晶，橄榄石和辉石可见熔蚀麻点，正交偏光；( b ) 球颗结构，内部长石微晶放射状，外缘含铁矿 物，单偏光；( c ) 含包裹体橄榄石斑晶，单偏光；( d ) 基质为玻基微晶结构，斜长石、橄榄石和辉石微晶杂乱分布，单偏光 得提出的是，样品T V G l 6 的F e ：O ，含量为 1 6 0 9 ，明显高于其他样品，说明其受氧化作用 影响相对较大，这与手标本观察到其表面大多呈 红色和棕红色条带现象一致；N a ：O 含量变化范围 为2 6 5 一2 9 2 ，平均为2 7 4 ；T i 0 2 含量变 化范围为1 0 6 5 一1 8 4 6 ，平均为1 5 2 6 。各 样品烧失量都很低，烧失量相对较高的分别是 T V G l 4 样品的0 6 5 和T V G l 6 样品的0 5 2 ，而 其余样品在0 1 以下。 4 2 全岩稀土元素特征 样品稀土元素测试结果和相关参数计算结果 分别列于表4 和表5 。利用球粒陨石数据进行标准 化，得到相应的稀土元素配分模式图( 图8 ) ，具 有以下特点：5 0 5 。E 区的T V G l 4 样品具有低的 E R E E ( 2 4 1 0 1 0 一2 5 9 9 1 0 “) 和较高的 L R E E H R E E 比值( 1 2 5 1 2 8 ) ；具较明显的E u 万方数据 5 0 4 现代地质2 0 1 3 年 表5 玄武岩稀土元素参数计算结果( ”。1 0 “) T a b l e5R E Ep a r a m e t e ro fb a s a l ts a m p l e s ( 1 0 6 ) L aC eP rN dS mE uG dT bD yH oE rT mY bL u 图8玄武岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图 ( 标准化数据来自S u n 和M c D o n o u g h 2 “，1 9 8 9 ) F i g 8 C h o n d f i t e n o r m a l i z e dR E Ep a t t e r nf o rb a s a l ts a m p i e s ( a f t e rS u n a n dM c D o n o u g h 2 “，1 9 8 9 ) 正异常( 6 E u 为1 1 3 1 2 1 ) ；6 C e 范围为0 9 7 1 0 3 ，没有明显的C e 异常。4 9 6 0 E 区3 个站位玄 武岩样品稀土元素具有以下特征：其E R E E 为 4 6 0 1 1 0 6 5 2 4 5 1 0 6 ，L R E E H R E E 为1 1 5 1 2 3 ；6 E u 为0 9 6 1 0 7 ，没有明显的E u 异 常；6 C e 为0 9 8 一1 0 7 ，没有明显的c e 异常。 4 3 矿物地球化学特征 所分析样品中大部分斑晶颗粒微小( 表2 ) ， 本文选择了样品隐晶质部分的斜长石和橄榄石两 类矿物中较大颗粒个体展开电子探针测试。由于 各样品中大部分辉石颗粒微小，未进行电子探针 化学成分分析。测试结果分别列于表6 和表7 ，其 中每个测试编号代表1 个斑晶样品。 斜长石的S i O ：含量变化较小，在4 8 0 2 一 5 1 8 9 之间( 平均4 9 9 5 ) ；A 1 2 0 ，含量变化范围 2 8 4 9 3 1 8 8 ( 平均3 0 2 6 ) ；C a O 含量变化 范围1 3 1 6 一1 5 7 4 ( 平均1 4 5 4 ) ；N a ：0 含 量变化范围2 5 2 一4 0 4 ( 平均3 1 2 ) ；K ，0 含量变化范围0 0 0 3 一0 0 2 5 ( 平均0 0 1 6 ) 。 值得注意的是，这几个样品按站位从东北到西南 方向大致有如下趋势：含量增高的主要有S i O ：、 N a ：O ，减少的主要有A 1 2 0 ，、C a O 。 样品中橄榄石的S i O ：含量变化范围较小，在 3 8 9 7 一3 9 7 9 之间( 平均3 9 0 5 ) ，M g O 含 量变化范围为4 4 9 0 一4 7 0 9 ( 平均4 6 0 7 ) ， F e O 含量变化范围为1 2 3 8 1 4 6 8 ( 平均 1 3 8 3 ) ，C a O 含量变化范围0 2 7 一0 8 2 ( 平 均0 3 6 ) ，A 1 ：0 ，含量变化范围0 0 6 2 ( 平均 0 1 3 ) ，N a 2 0 含量变化范围0 0 11 ( 平均 0 0 4 ) ，T i O ：含量变化范围0 0 0 5 ( 平均 0 0 2 ) 。其中，T V G l 4 2 1 2 橄榄石斑晶 与周边长石斑晶距离十分相近，测试中可能探针 光束覆盖部分附近的长石斑晶，导致个别元素含 量出现异常，如C a O 达0 8 2 ，A 1 ，0 ，达0 6 2 。 如剔除T V G l 4 2 1 2 样品，并将T V G l 6 两个 橄榄石斑晶各成分含量平均，可看出这几个样品 按站位从东北到西南方向也显示大致趋势：S i O ， 和M g O 含量降低，而F e O 逐渐增加。 根据计算结果( 表6 ，表7 ) ，T V G l 4 、D 1 3 和 T V G 6 样品中斜长石的化学成分分别为A n ，。埘( 倍 长石) 、A n 甜( 拉长石) 和A n 硒( 拉长石) 。T V G l 4 、 T V G 6 和T V G l 6 橄榄石化学成分分别为F o 卧盯、 F o 叭。和F o 。埔，均属贵橄榄石。 万方数据 第3 期 于淼等：西南印度洋中脊4 9 6 。E 和5 0 5 。E 区玄武岩岩石学及元素地球化学特征5 0 5 表6 斜长石电子探针测试结果( 氧化物) T a b l e6E l e c t r o nm i c r o p r o b ea n a l y t i cr e s u l t so fp l a g i o c l a s ei nb a s a l ts a m p l e s ( 1 测试编号S i 0 2A 1 2 0 3 C a O N a 2 0 K 2 0 F e O M g O C r 2 0 3T i 0 2 M n O P 2 0 s N i O T V G l 4 - 2 - 1 14 9 1 4 3 3 0 6 2 51 5 1 3 32 6 9 60 0 1 00 6 7 30 3 4 30 0 3 20 0 3 8 0 0 0 20 0 1 80 0 0 8 T V G l 4 - 5 - 14 8 0 1 63 1 6 4 1 1 5 7 4 02 5 2 40 0 1 90 3 0 10 2 0 30 0 1 30 0 2 30 0 0 0 0 0 0 80 0 0 7 T V G l 4 - 6 一l 14 9 6 0 03 1 8 7 7 1 5 3 0 22 5 4 30 0 0 30 4 8 70 2 0 80 0 2 30 0 2 3 0 0 0 20 0 0 90 0 0 3 D 1 3 一l 一15 1 0 8 02 8 4 8 81 3 1 6 4 3 7 9 00 0 2 10 8 8 30 4 0 70 0 0 00 0 9 2 0 0 2 20 0 0 60 0 2 8 T V G 6 - 5 - 1 5 1 8 8 52 8 6 7 61 3 3 6 04 0 3 60 0 2 51 2 6 00 7 4 2 0 0 6 40 2 2 60 0 4 60 0 6 10 0 2 0 平均值4 9 9 4 5 3 0 2 6 11 4 5 4 03 1 1 80 0 1 60 7 2 1 0 3 8 10 0 2 60 0 8 00 0 1 40 0 2 00 0 1 3 测试编号 阳离子数 S i A lC aN aKB a A nA bO r 注：F o 为镁橄榄石端元；F a 为铁橄榄石端元；T p 为锰橄榄石端元。 5 讨论与对比 5 1 玄武岩岩石化学特征与岩石类别 众所周知，玄武岩化学成分特征是S i O ，含量 为不饱和一饱和( 4 5 5 2 ) 区问，贫碱( K ：O + N a ：0 之和 5 ) ，富钙( C a 2 0 为6 1 0 ) 、富 铝( A l ：0 3 为1 3 1 8 ) 和富镁( M g O 为4 1 1 ) 心。根据表3 可知，研究区玄武岩样品的 主要化学特征符合玄武岩大类的化学成分特征。 在玄武岩分类中，除了根据主要化学成分、 结构和矿物等依据次级分类外，人们更着重考虑 玄武岩不同板块构造的成因分类。其中洋中脊常 见的是亏损型洋中脊玄武岩( N M O R B ) ，主要特 征为具低的K T i 比值( 0 0 4 0 1 5 ) 。2 纠及L a S m 比值( 0 8 5 ) 23 J ，本次研究的玄武岩样品K T i 比值范围为0 0 7 1 0 0 9 1 ( 表8 ) ，( L a S m ) 。比值 范围为0 5 2 0 7 0 ( 表5 ) ，表明所研究的玄武岩 属于N M O R B 。 5 2 S W I R 不同脊段玄武岩的主要矿物化学特征 对比 前人对S W I R 玄武岩矿物化学成分的相关研究 很少，与研究区相近洋脊海区的有关文献更少。 万方数据 现代地质 可相比的只有F o n t 等叫对S W I R ( 7 0 。E 一4 9 0 E ) 玄 武岩的研究结果。该研究涵盖的研究区更确切地 说，是6 4 。E 4 9 。E 范围内3 个洋脊段6 个不连续 海区，从东北向西南依次为：D R l 6 ( 6 3 9 1 。E ) ， D R 2 7 ( 6 1 6 5 。E ) ，D R 2 8 ( 6 1 4 4 。E ) ，D R 5 1 ( 5 6 6 4 。E ) ，D R 6 1 ( 5 5 1 3 。E ) ，D R 7 5 ( 4 9 3 4 。E ) 。 其中与本次研究区相近的是D R 6 1 ( 5 5 1 3 。E ) 和 D R 7 5 ( 4 9 3 4 。E ) ，下面展开初步对比。 斜长石：从本研究得到的长石化学成分分析 可见，研究区站位沿洋中脊从东北5 0 5 。E 区到西 南4 9 6 。E 区，长石矿物的主要化学成分呈现增加 或减少的趋势，同时其化学成分也相应地从A n ，。 一A n 7 8 变为A n 6 6 一A n 6 7 。F o n t 等叫发现S W I R ( 6 4 。E 一4 9 。E ) 范围内，由东北向西南方向，斜长 石斑晶化学成分中A n 值呈波动式逐渐增加，如从 A n 6 2 ( 6 3 9 1o E ，D R l 6 ) 到A n 8 9 ( 5 6 6 4 。E ，D R 5 1 ) 1 ； 但该研究未给出5 5 1 3 0 E 区到4 9 3 4 0 E 区的长石 化学成分结果。本文所研究样品的斜长石化学成 分A n 值比F o n t 等在5 6 6 4 。E 区D R 5 1 站位得到的 斜长石A n 值显然偏低。另一个明显不同的是，本 次研究区由东北向西南站位中玄武岩斜长石A n 值 逐渐降低。 橄榄石：研究区橄榄石斑晶化学成分范围从 F o 4 到F 0 8 6 ，可比的只有F o n t 等0 在6 3 9 lo E 和 5 6 6 4 。E 两个区的橄榄石F o 。，和F o 引结果，研究中未 给出5 5 1 3 。E 和4 9 3 4 0 E 区橄榄石化学成分结果。 以上各洋脊段玄武岩矿物化学成分向西南方 向具有一定趋势的变化，指示了从6 4 。E 到4 9 。E 区岩浆成因或构造背景有一定的变化趋势；但本 次研究区长石化学成分变化趋势与F o n t 等研究结 果相反，其原因有待未来深入探讨。 5 3 矿物和岩石化学特征与岩浆分异作用 在对玄武岩研究中有许多方法用来探索岩浆 的分异作用，本文用两个简单的方法初步分析。 以矿物特征来说，如果玄武岩同时具有斑晶 和微晶及基质，则认为是发生了2 个结晶分异阶 段J 。而所研究的4 个站位岩石中主要造岩矿物 均出现2 个显晶世代( 斑晶和微晶) 以及基质，因 此可推知，各站位岩浆活动在上升到喷发之前应 发生过2 个结晶分异阶段。未来拟用斜长石温度 计等方法估计各阶段结晶温度等条件。 另一个简单方法是利用镁指数。一般认为原 始玄武岩浆镁指数范围为0 6 8 0 7 5 ，低于这一 范围的岩浆通常经过了岩浆分异作用J 。本文初 步计算了样品的镁指数 M 9 8 = M g ( M g + F e “) ( 表8 ) 。可以看出，这几个样品镁指数范围为 0 6 1 4 0 6 7 3 ，平均值为0 6 3 4 。其中样品T V G l 4 具最大镁指数0 6 7 3 ，样品T V G l 6 具最小镁指数 0 6 1 4 。这些值均低于0 6 8 ，指示了研究区的岩浆 经历了分异作用。 5 4 岩浆熔融程度与洋脊段( 扩张速率) 的关系 在探讨岩浆熔融程度时，可以利用N a 。( 当 M g O 为8 时N a ：O 的含量，F e 。同理) 、F e 8 及 L R E E H R E E 比值等参数来讨论3J 。其中，N a 8 和 L R E E H R E E 比值可以反映岩浆熔融程度。N a 和 K 都是强不相容元素，而L R E E 相比于H R E E 具更 强的不相容性，因此N a 、K 及L R E E 更趋向于在 低度熔融时分离进入熔体，即N a 。、K T i 比值及 L R E E H R E E 含量比值高代表了岩浆熔融程度相对 低一 1 0J 。而F e 在地球中的分布是由地壳到地核 呈增加的趋势，与主要的造岩元素相比，F e 具有 更大的原子量，深源岩浆通常具有相对高的密度， 迁移过程中浮力相对低，从而长期滞留在深部， 相对富集更重的F e 。因此通常认为F e 高代表了岩 浆来源相对更深25 | 。 F o n t 等叫对S W I R ( 7 0 0 E 一4 9 。E ) 区域所获得 的玄武岩进行岩石学、矿物学及矿物包裹体研究， 探讨S W I R ( 7 0 。E 一4 9 。E ) 区域不同位置熔融条件 和熔融产物的变化。根据F e 。、N a 。、K T i 比值以 及L R E E H R E E 比值得到S W I R 洋脊从7 0 。E 向西 南至4 9 。E 岩浆熔融程度有增加的趋势。 本文对所研究的玄武岩样品全岩元素进行计 算，得出N a 8 、F e 。及K T i 比值的结果( 表8 ) 。与 F o n t 等驯所研究的玄武岩样品整体相比较，本次 研究区样品具有相对高的F e 。值( 8 5 8 3 1 0 8 6 4 ) 以及相对低的N a 。值( 2 7 5 8 3 1 3 1 ) 、K T i 比值 ( 0 0 7 1 0 0 9 1 ) 和L R E E H R E E 比值( 1 1 5 1 2 8 ) ， 均落在熔融程度最高、熔融深度最深的范围内( 图 9 ) ，从而说明研究区玄武岩熔融程度较高，起始 表8 玄武岩样品全岩元素M g 、F e 。、N a 。及K T i 比值 计算结果 T a b l e8 M ，F e 8 。N a a n dK T ir e s u l t so fb a s a l ts a m p l e s 万方数据 第3 期于 淼等：两南印度洋中脊4 9 6 。E 和5 0 5 。E 区玄武岩岩石学及兀索地球化学特征 5 0 7 4 55 05 56 06 5 7 0 经度( 。E ) 图9 西南印度洋中脊不同经度玄武岩N a 。、K T i 比值、F e 。及轻重稀土比特征 F i g 9N a 8 ，K T i ，F e 8a n dL R E E H R E Er a t i oc h a r a c t e r so fb a s a l t so nS W I R 熔融深度较深，也表明本研究支持F o n t 等钊所发 现的结果。 从本次研究范围内两个区看，相对于4 9 6 0 E 区样品，地处最东北的T V G l 4 样品的N a 。和K T i 比值均较高( 表8 ) ，意味着该站位岩浆熔融程度 相对低。一般来说，熔融程度低( N a 。值高) 的岩浆 可能来源于相对浅( F e 。值低) 的起始熔融深度J ， 而T V G l 4 样品并没有表现出比4 9 6 0 E 区样品更低 的F e 。值，可能指示该区岩浆与西南4 9 6 0 E 区3 个站位区域的岩浆来源不同，且岩浆成分具有一 定差异，有待继续研究探索其成因。 6 结论 本文对我国“大洋一号”在S W I R 多金属硫化 物调查区4 个站位的玄武岩进行了岩