（海洋地质专业论文）西太平洋lamont海山玄武岩同位素地球化学研究.pdf

j l 西太平洋l a m o n t 海山玄武岩同位素地球化学研究 学位论文完成日期 指导教师签字 答辩委员会成员签字 一 一 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：章肖武签字日期：胖r 月歹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下 事项： 1 、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。 2 、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中 国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社 用于出版和编入c n k i 中国知识资源总库， 授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：译岗武 签字日期：2 叩年r 月矽日 f - 日 龛 6 ，】j ， 月 、7 、o 必啤 字 川 签 泣 师 期 导 日字签 ? 西太平洋l a m o n t 海山玄武岩同位索地球化学研究 西太平洋l a m o n t 海山玄武岩同位素地球化学研究 摘要 l a m o m 海山位于中太平洋海山群的西部，属于西太平洋m a r c u s w a k e ( 马 尔库斯威克) 海山群，作为富钴结壳的一个重要成矿带，其海山玄武岩被认为 是多热点成因的板内岩浆作用的产物，对其进行深入研究可为揭示地幔柱与海山 形成机制提供证据，也可为富钻结壳资源勘查开采提供重要的理论依据。 本文针对拖网采自西太平洋l a m o m 海山区( 2 1 。2 2 。n ，1 5 9 。 - - 1 6 1 。e ， 水深为1 6 0 0 m - , 6 0 0 0 m ) 的1o 个玄武质岩石样品，在前人的岩石地球化学研究基 础上，侧重进行s r 、n d 、p b 同位素地球化学研究。结果表明，玄武岩的s r 、n d 、 p b 同位素组成均有一定的变化范围。其中，8 7 s r 8 6 s r = o 7 0 3 2 0 3 0 7 0 5 1 5 2 ， 1 4 3 n d 1 4 4 n d - o 5 1 2 7 2 2 - 0 5 1 3 0 7 0 ，呈现8 7 s r 8 6 s r 比值较低而14 ：n d 1 # n d 比值略高， 在s r - n d 相关图中，大多数样品均投影在“地幔阵列”范围内，而且n d 为正 值( 1 6 4 8 4 3 ，平均为5 1 4 ) ，这表明地幔源区可能与亏损地幔不无关联。但 是，l a m o n t 海山玄武岩s r 、n d 同位素组成比亏损地幔( d m ) 具有更低的 1 4 3 n d 1 4 4 n d 值和更高的8 7 s r 8 6 s r 值，这不可能仅由亏损地幔物质通过部分熔融的 方式形成，而可能有其它富集地幔端元混入。样品的p b 同位素组成为： ：0 6 f b 2 0 4 p b = 1 8 4 0 - 1 9 6 5 ，2 0 7 p b 2 0 4 p b = 1 5 5 4 1 5 6 7 ，2 0 8 p w 2 0 4 p b = 3 8 4 2 - - - , 3 9 5 1 ， 在2 0 8 p b 2 0 4 p b _ 2 0 6 p b 2 0 4 p b 的相关图上，样品投影点位于n h r l 的上方，且大致与 之平行。s r ( 3 1 1 8 5 1 5 2 ) ，a 7 4 ( - 2 9 1 1 3 0 2 ) 和8 4 ( 9 4 7 - 5 7 1 8 ) 三个同位素参数表明，地幔源区显示了d u p a l 异常的特征，证明源区含有富集地 幔组分，而负的a n d 值( - 0 0 0 3 6 7 - 0 0 0 2 9 1 ) 进一步暗示了地幔源区的富集地 幔类型应为e m i 而非e m i l 。较高的2 0 6 p b 2 0 4 p b 比值暗示了源区含有高u p b 比值 的h 踟7 地幔组分。根据上述特征可以看出，西太平洋l a m o n t 海山玄武岩涉及 三种不同的地幔端元组分：亏损地幔( d m ) 、i 型富集地幔( e m i ) 和高u p b 比值的h 1 m u 地幔组分。 在s r 、n d 、p b 的二元相关图中，大部分样品与著名的s e l v a g e n 海岛玄武岩 的投影范围一致，暗示了两者相似的成因机制。综合l a m o n t 海山及其它海山玄 武岩的地球化学特征推测，l a m o m 海山玄武岩可能与形成于核幔边界的小型地 幔柱的喷溢有关，地幔柱上升过程中混合了来自太平洋上地幔分散的易熔组分， 1 西太平洋l a m o n t 海山玄武岩同位素地球化学研究 折返( 脱水) 洋壳形成的h i m u 岩浆。其形成过程概述为：大约 m a 前，古太平洋中产生于核幔边界的小型地幔柱活动频繁，在法 热点群的强烈活动和改造作用下，形成了l a m o n t 海山群，尔后随 续地向西北漂移，大约在6 0 - - 7 0m a 前，l a m o n t 海山群才穿过赤 漂移到达目前的位置。 西太平洋；l a m o n t 海山；玄武岩；岩石地球化学；s r 、n d 、p b 同 n y 西太平洋l a m o n t 海山玄武岩同位索地球化学研究 t h es t u d yo fis o t o picg e o c h e mis tr yo f b a s aitf r o m l a m o n tg u y o tint h ew e s t e rnp a cific a b s t r a c t l a m o n tg u y o t ，w h i c hb e l o n g st ot h em a r c u s w a k es e a m o u n t sg r o u po fw e s t e r n p a c i f i c ，i sl o c a t e di nt h ew e s t e r np a r to ft h ec e n t r a lp a c i f i cs e a m o u n t sg r o u p a sa n i m p o r t a n tm e t a l l o g e m cz o n eo fc o b a l t - r i c hc r u s t ，i t ss e a m o u n tb a s a l ti sc o n s i d e r e da s t h ep r o d u c to fm u l t i - h o t p o t si n d u c e dm i d - p l a t ev o l c a n i s m d e e pr e s e a r c ho ni tc a n p r o v i d ee v i d e n c et or e v e a lt h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fm a n t l ep l u m e sa n ds e a m o u n t s i ta l s oc a np r o v i d ei m p o r t a n tt h e o r e t i c a lb a s e sf o rt h ee x p l o r a t i o na n de x p l o i t a t i o no f c o b a l t - r i c hc n l s t t h e10b a s a l t i cs a m p l e si nt h i ss t u d yw a sc o l l e c t e df r o mw e s t e r np a c i f i cl a m o n t g u y o ta r e a ( 2 1 - 2 2 。n ，1 5 9 1 6 1 。e ， 1 6 0 0 m - - 6 0 0 0 md e p t h ) b a s e do nt h e p r e v i o u sp e t r o l o g i cg e o c h e m i s t r ys t u d y ，w em a i n l yf o c u s e do nt h es t u d yo fs r - n d - p b i s o t o p i cg e o c h e m i s t r y t h er e s u l ts h o w st h a tt h es r - n d - p bi s o t o p i cc o m p o n e n t s v a r i a t ei nac e r t a i nr a n g e 8 7 s r 8 6 s rr a n g e sf r o m0 7 0 3 2 0 3t o0 7 0 515 2a n d1 4 r n d 1 d r a n g e sf r o m0 5 1 2 7 2 2t o0 5 1 3 0 7 0 i ta p p e a r st h a tt h ev a l u eo f8 7 s r f 6 s ri sr e l a t i v e l y l o w e ra n dt h ev a l u eo f1 n d 1 di sr e l a t i v e l yh i g h e r i nt h es r - n dc o r r e l a t i o n d i a g r a m ，m o s ts a m p l e s a l ep r o j e c t e di nt h e m a n t l e a r r a y ”a n d n di s p o s i t i v e ( 1 6 3 - 8 4 3 ，a v e r a g e5 1 4 ) ，w h i c hd e m o n s t r a t e st h a tt h em a n t l es o r r c ea r e a m a yh a v es o m ec o n n e c t i o n sw i t hd e p l e t e dm a n t l e b u tc o m p a r e dt o t h ed m ( d e p l e t e dm a n t l e ) ，t h es t , n d ，p bi s o t o p e so ft h el a m o n tg u y o tb a s a l th a v el o w e r 1 r n d 1 4 n da n dh i g h e r8 7 s r 8 6 s r , w h i c hi sn o tp o s s i b l et ob ef o r m e db yd e p l e t e d m a n t l ec o m p o n e n tt h r o u g hp a r t i a lm e l t i n gb u tb e c a u s eo ft h em i x t u r eo fo t h e r e n r i c h e dm a n t l ec o m p o n e n t s t h ec o m p o s i t i o no ft h ep bi s o t o p ei nt h es a m p l e sa r ea s f o l l o w s ：2 0 6 1 , b 2 0 4 p b = 1 8 4 0 - - - 1 9 6 5 ，2 0 7 p b 2 0 4 p b = 1 5 5 4 - 1 5 6 7 ，2 0 s p b 2 0 4 p b = 3 8 4 2 3 9 51 i i lt h e2 0 8 p b 2 0 4 p b 2 0 6 p b 2 0 4 p bc o r r e l a t i o nd i a g r a m , t h ep r o j e c t i o n so ft h e s a m p l e sa r e a b o v en h r la n da p p r o x i m a t e l y p a r a l l e l t oi t t h et h r e ei s o t o p i c p a r a m e t e r s ( a s rr a n g e sf r o m3 1 1 8t o5 1 5 2 ，a 7 4r a n g e sf r o m - 2 9 1t o1 3 0 2a n d i i i 西太平洋l a m o n t 海山玄武岩同位索地球化学研究 8 4r a n g e sf r o m9 4 7t o5 7 18 ) s h o w st h a tt h em a n t l es o u r c ea r e ah a sd u p a li s o t o p e a n o m a l y , w h i c hp r o v e st h a tt h e r ei se n r i c h e dc o m p o n e n ti nt h es o u c ca r e a i nt h e m e a nt i m e ，t h en e g a t i v ev a l u eo fa n d ( - 0 0 0 3 6 7 - 0 0 0 2 9 1 ) f u r t h e rd e m o n s t r a t e s t h a tt h ee n r i c h e dc o m p o n e n tt y p ei se m ii n s t e a do fe m i i t h er e l a t i v e l yh i g hv a l u eo f 2 0 6 p b 2 0 4 p bi m p l i e st h a tt h e r ei sh i m um a n t l ec o m p o n e n tw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i co f h i g l lu p br a t i oi nt h es o u r c 宅a r e a a c c o r d i n gt ot h ef e a t u r e sa b o v e ，t h eb a s a l to f l a m o n tg u y o ti nw e s t e r np a c i f i ch a st h r e ed i f f e r e n tm a n t l ec o m p o n e n t s ：d e p l e t e d m a n t l e ( d m ) ，e n r i c h e dm a n t l ei ( e m i ) a n dh i 曲u p br a t i oh i m u i nt h es r , n d ，p bc o r r e l a t i o nd i a g r a m ，m o s ts a m p l e sh a st h es a m ep r o j e c t i o n r a n g e 、 ，i t ht h ef a m o u ss l v a g e no c e a ni s l a n db a s a l t , w h i c hi m p l i e st h es i m i l a r f o r m a t i o nm e c h a n i s m c o m b i n i n gt h e g e o c h e m i s t r y c h a r a c t e r i s t i co fl a r n o n t s e a m o u n ta n do t h e rs e a m o u n t sb a s a l t ，w ec a ni n f e rt h a tt h ef o r m a t i o no ft h el a m o n t s e a m o u n tb a s a l tm a yh a v es o m er e l a t i o n s h i p st ot h ee r u p t i o n so fs m a l lm a n t l e p l u m e sw h i c ha r ef o r m e da tt h ec o r e - m a n t l eb o u n d a r y t h em a n t l ep l u m e sm i x e dt h e e a s i l yf u s i b l ec o m p o n e n t sd i s p e r s e di nt h ep a c i f i cu p p e rm a n t l ea n dt h eh i m ul a v a t h a tc o n t a i n sa n c i e n tr e c y c l e d ( d e h y d r a t e d ) o c e a nc r u s t t h ef o r m a t i o np r o c e s s e sc a n b es u m m a r i z e da sf o l l o w s ：a b o u t81 5 - 9 0 5m a a g o ，t h es m a l lm a n t l ep l u m e sf o r m e d a tt h ec o r e - m a n t l eb o u n d a r yi nt h ea n c i e n tp a c i f i co c e a na c t i v a t e df r e q u e n t l y d u et o t h ei n t e n s i v ea c t i 奶锣a n dt r a n s f o r m a t i o no ft h ef r e n c hp o l y n e s i ah o t s p o t sg r o u p ，t h e l a m o n ts e a m o u n tg r o u pf o r m e d a st h ep a c i f i cp l a t e c o n t i n u o u s l y d r i f t e d n o r t h w e s t w a r d ，t h el a m o n ts e a m o u n tg r o u pp a s s e da c r o s st h ee q u a t o ra n dc o n t i n u e d 越衔n gn o r t h w a r dt ot h ec u r r e n tp o s i t i o na ta b o u t6 0 - 7 0m aa g o k e yw o r d s ：w e s t e r np a c i f i c ；l m o n tg u y o t ；b a s a l t ；p e t r o l o g i c a i g e o c h e mis t r y = s r - n d p bis o t o p e s i v p 、 目录 1 1 前言1 1 1 研究意义1 1 2 研究现状1 1 2 1 国外研究现状1 1 2 2 国内研究现状4 2 l a m o n t 海山区地质背景。8 2 1 区域地质背景8 2 2 采样区地质特征9 3 研究基础1 2 3 1 岩相学特征1 2 3 2 岩石地球化学特征1 2 3 2 1 主量元素特征1 2 3 2 2 微量元素特征。1 3 4 同位素地球化学特征1 8 4 1 样品和分析方法1 8 4 1 1 样品来源1 8 4 1 2 分析方法1 9 4 2s r 、n d 同位素地球化学特征2l 4 2 1s r 、n d 同位素分析结果2 1 4 2 2s r 、n d 同位素分析结果讨论2 2 4 3p b 同位素特征2 6 4 3 1p b 同位素分析结果2 6 4 3 2p b 同位素分析结果讨论2 7 5 讨论。3 4 5 1 岩石地幔源区特征3 4 5 1 1 地幔源区分类3 4 5 。1 2l a m o n t 海山源区特征3 5 5 1 2 1 微量元素制约3 5 5 1 2 2 同位素制约3 6 5 1 2 3 与其他相关海山玄武岩的对比3 7 5 2 海山成因讨论3 9 5 2 1 岩石形成的物理化学条件3 9 5 2 2 成因演化4 0 6 结论。4 5 致谢。5 0 参考文献5 2 嗣 西太平洋l a m o n t 海山玄武岩同位素地球化学研究 1 前言 1 1 研究意义 海山及海山链是世界洋盆中的特殊构造( m o r g a n ，1 9 7 2 ) ，往往被认为是由 不断上升的热的地幔物质( 地幔柱) 引发的火山作用形成的。最早m o r g a n 根据 夏威夷一皇帝岛链的研究提出了经典的地幔柱理论，但随着人们对洋岛和海山研 究的不断深入，发现传统的地幔柱理论并不能解释全部海山的形成过程( 如，南 太平洋a u s t r a l 海山) ，应该存在着与夏威夷模式不完全相同的海山形成过程。因 此海山的成因机制一直是地学界关注的热点问题，通过研究海山成因机制可以使 我们进一步了解地幔柱的地球化学特征，及其在海山形成过程中的重要作用。海 山玄武岩在地球动力学研究中能提供地幔源区岩浆起源等地球内部动力学过程 等重要信息，因而可以使我们进一步加强对地幔柱的了解，成为地质地球化学研 究的重要内容。 我国目前对太平洋地质及地球物理方面的基础地质研究的比较缺乏，对于定 位海山玄武岩岩浆来源及演化方面的研究不是很深入，对西太平洋海山的形成及 其演化也知之甚少。西太平洋海山区作为富钻结壳广泛分布的一个重点地区，我 国虽然在该区进行富钴结壳资源调查过程中，取得了大量的结壳及基岩样品，但 深入研究多集中于结壳样品，而对基岩样品及海山形成演化的研究相对欠缺。 为了填补这方面的欠缺，本文在前人对中西太平洋海山地球化学研究的基础 上，通过进一步研究l a m o n t 海山玄武岩的s r 、n d 、p b 同位素地球化学特征， 研究其地幔源区特征，进而对西太平洋海山成因机制进行了深入探讨。 1 2 研究现状 1 2 1 国外研究现状 国外对海山和洋岛玄武岩的相关研究，积累了一系列成果，目前一般普遍认 为成因上与地幔柱有关。前人对海山的认识过程为： 1 9 4 6 年h e s s 在夏威夷链南部1 7 。n - 一2 3 。n 、1 6 5 。w - - 1 7 0 。e 之间的中太 西太平洋l a m o n t 海山玄武岩同位素地球化学研究 平洋海山群地区发现了平顶海山，并提出该区海山形成于前寒武纪的观点。 2 0 世纪5 0 年代，h a m i l t o n 通过分析h e s s 海山、c a p ej o h n s o n 海山等五座海 山的资料后认为，中太平洋海山群的基底岩石主要由白垩世的玄武岩组成，这一 点直接否认了h e s s 最初提出的观点。 2 0 世纪7 0 年代，地球化学家提出了化学分层地幔结构的概念或模型，即洋 脊玄武岩来自于亏损上地幔，而洋岛玄武岩来自于未亏损( 或原始) 下地幔 ( s c h i l l i n g ，1 9 7 3 ) 。最早是w i l s o n ( 1 9 6 3 ) 通过对夏威夷一皇帝岛链的研究提出， 海洋岩石圈在一个能产生大量岩浆的较热的固定不动的地幔区域上的水平运动 可能形成诸如夏威夷一皇帝岛链的猜想，提出了岩石圈在固定热点上漂移的假 说。m o r g a n ( 1 9 7 1 ) 在w i l s o n 的理论的基础上进一步认为这些热点是起源于深 部地幔的地幔柱在地表的表现。 1 9 7 2 年m o r g a n 通过分析收集到的相关资料，认为中太平洋海山群是 t u a m o t u - l i n ei s l a n d 热点链活动生成的海山的延伸部分。 随后1 9 7 3 年，在中太平洋海山区展开的d s d p 航次研究成员( h e e z e n 等， 1 9 7 3 ) 认为中太平洋海山群是由扩张中心附近北向移动的太平洋上的火山形成 的，这些海山在9 0 m a 时在赤道附近下沉，并大胆地提出中太平洋海山群是热点 成因。 2 0 世纪8 0 年代初，中太平洋海山群有一度被认为是起源于波利尼西亚地幔 柱省的d a r w i n 隆起的一部分( v o g t 等，1 9 8 1 ；m e n a r d 等，1 9 6 4 ：t h i e d e 等，1 9 8 1 ) ， 但不久m e n a r d ( 1 9 8 4 ) 发现d a r w i n 隆起只是小笠原和马里亚纳海沟旁的西北太 平洋中m 2 0 磁条带所在区域，后来又在该区发现一组断裂，因此对上述观点加 以否定。 2 0 世纪8 0 年代中期，w i n t e r e r 和m e t z l e r ( 1 9 8 4 ) 分析中太平洋海山群磁测 资料后认为中太平洋海山群其实是w s w - e n e 向的双列热点火山链，它们在 1 1 5 m a 时位于2 0 。s 2 5 。s 附近。这一结论显然与m o r g a n ( 1 9 7 2 ) 最初提出的 热点理论比较接近。 经过一系列研究，w i n t e r e r ( 1 9 9 3 ) 提出了热点成因说，认为中太平洋海山 群的形成经历了一个漫长的漂移过程。但是s m o o t ( 1 9 9 9 ) 通过对中太平洋海山 群分布形态和伸展方向及其复杂的构造特征进行详细的分析后，对其形成提出了 另外一种观点，即渗漏断裂成因，他认为中太平洋海山群并非年龄有序地排列成 2 西太平洋l a m o m 海山玄武岩同位素地球化学研究 。1 。二= 二- ：二二一 一链状构造，而是呈不规则簇状分布，各海山年龄无规律可循，无法依据海山海 山的年龄追索出一条链，也没有代表太平洋板块运动方向改变的标志性转折存 在，而且还有两组断裂正好横穿该区，且沿着这两组断裂及其交叉部位发育了大 量的海山，再加上这些海山相互之间具有相似的地磁异常特征，证实它们具有相 同或相似的来源，故认为这些海山可能是该区渗漏断裂喷发出来的岩浆形成的， 而并非通常所认为的由热点活动形成的。 此后，国外一大批科学家对世界各地的相关海山做了各种研究。 h e l d n i a n 等( 1 9 9 9 ) 研究了p a c i f i c - a n t a r c t i c r i d g e 附近的海山，结果表明， 在热点附近的海山玄武岩为e m o r b 型，向着洋脊方向玄武岩的岩性逐渐过渡 为n m o r b ，这一现象也出现在早期形成的老的太平洋海山中，由此推断，热 点与洋脊之间存在相互作用，并产生了t m o r b 和安山质火山岩。 j o h n s o n 等( 2 0 0 0 ) 在对南印度洋海脊的阿姆斯特丹圣保罗热点的研究中， 对比了b o o m e r s a n g 海山与b o o m e r s a n g 及s t p a u l 洋岛玄武岩样品，发现 b o o m e r s a n g 海山的源区在一个非常小的尺度内存在区别。 g e l d m a c h e r 等( 2 0 0 1 ) 在对北大西洋的s e l v a g e n 群岛及相邻海山的研究中 发现，取自海山的玄武岩样品全都表现出o i b 型微量元素和同位素的特征，结 合w 法测得的年龄数据可以发现，该区洋岛和海山在分布上存在一个明 显的链状轨迹。 n i u 等( 2 0 0 2 ) 对比了近e p r 海山和轴部的火山岩，发现它们来源于一个共 有的异常地幔源区。在对海山玄武岩的主要元素、微量元素、s r 、n d 、p b 同位 素的相关性研究中，在形成以e m 和o i b 为源区的玄武岩过程中，循环的大洋 岩石圈深部部分所起的作用比残留洋壳要大得多。 t r u a 等( 2 0 0 2 ) 研究了伊特鲁里亚海的m a r s i l i 海山。该海山区主要包括中 k 的钙碱性玄武岩和高k 的安山岩，玄武岩的岩石学和地球化学特征指示该区 可能存在两种不同组分的幔源岩浆，这两种幔源岩浆的地球化学区别与喷发前岩 浆的原始含水量有关。根据m e l t s 模式计算得到只有第二种富水的玄武岩浆经 过低压结晶分异作用可以产生m a r s i l i 安山岩。 e i s e l e ( 2 0 0 2 ) 研究了p i t c a i m 热点地区火山岩的o s 、p b 、i - i f , n d 和s r 同 位素和微量元素数据。发现p r c a i m 火山岩源区可能由一个富集端元和循环的 m o r b 和辉长岩，d m m 及p r i m a 组成。其中富集端元代表了陆源物质和改变 西太平洋l a r n o n t 海山玄武岩同位素地球化学研究 了的大洋沉积物。 w i l l i a m ( 2 0 0 2 ) 在对o d p8 3 3 站位皇帝海山链北部玄武岩古地磁数据研究 中发现，皇帝海山北部形成时的位置比现今夏威夷热点的位置更北，夏威夷热点 在晚白垩纪向南移动的速度较快。 从国外研究可以看出，大说观点认为海山玄武岩大都与热点作用有关，其岩 浆源区的端元组分比较复杂，但多数都含有富集地幔端元。 1 2 2 国内研究现状 由于我国对太平洋地质及地球物理方面的基础地质研究的缺乏，我们对中太 平洋海山的形成及其演化知之甚少。特别是中太平洋海山区作为富钴结壳广泛分 布的一个重点地区，我国在该区进行富钻结壳资源调查过程中，取得了大量的结 壳及基岩样品，但深入研究多集中于结壳样品，而对基岩样品及海山形成演化的 相对欠缺。 以下是近几年来我国对中太平洋海山区的部分调查研究成果。 地质矿产部广州地质调查局的康长生等( 1 9 9 7 ) 对“海洋四号 科学考察船 历次航次调查中于东太平洋海盆通过拖网及抓斗获取的相对较新鲜的岩石样品 进行研究得出以下结论：区内海山玄武岩与夏威夷玄武岩同属大洋拉斑玄武岩类 型，具拉斑玄武岩系列和过渡玄武岩系列。岩石类型有橄榄拉斑玄武岩、石英拉 斑玄武岩和橄榄玄武岩。岩石化学成分上a 1 2 0 3 含量偏高，可能是因为混有少许 蚀变矿物成分。n a 2 0 、k 2 0 含量偏高，也是岩石受低温蚀变的结果。3 个岩石样 品同位素w 9 a r 年龄测定结果很不一致，主要是岩石风化蚀变造成的。其中 可以利用的最新鲜样品年龄为8 2 8 2 1 6 6 m a 。区内两个多金属结核玄武岩核样 品同位素4 0 h r 3 9 a r n 年结果为2 7 5 5 + 0 5 5 m a 及2 3 0 0 + 0 4 6 m a 。形成于渐新世 中新世。据研究，结核中玄武岩核心来源于海山玄武岩。根据海山玄武岩与洋底 沉积岩的产状关系，其形成时代不早于晚自垩世，因此，本区海山玄武岩为晚自 垩世以来的火山活动产物。 国土资源部广州地质调查局的朱克超等( 1 9 9 9 ) 对d y 9 5 7 航次麦哲伦海山 结壳靶区1 6 个测站的拖网调查( 其中m a 海山8 个测站，m c 海山8 个测站) 中所得到的基岩样品( - g 武岩、玄武质角砾熔岩、磷块岩、凝灰岩、泥岩、生物 4 屑岩屑砂岩) 进行了外部特征描述、镜下鉴定、化学分析、电子探针分析和稀土 元素分析等，得出以下结论： a ) 麦哲伦海山结壳靶区m a 、m c 海山的玄武岩基岩为蚀交玄武岩、橄榄玄 武岩等。结构为基质具间隐、间粒结构及拉斑玄武结构的斑状结构，块状构造及 气孔构造，矿物组成为斜长石、橄榄石、辉石及脱玻化玻璃等。 b ) 玄武岩基岩的硅酸盐全分析表明，其化学成分接近大洋碱性玄武岩的平 均成分，按玄武岩分类的硅碱图判定，属碱性玄武岩；按岩石碱度的组合指数 判定，属钙碱性岩。 c ) 玄武岩基岩稀土元素化学分析表明，其稀土总量属大洋玄武岩的范围； 稀土分配模式属洋岛碱性玄武岩类型，表现为轻稀土富集型，c e 有一定的负异 常或无异常，与其硅酸盐化学成分分类属碱性玄武岩相一致。 国家海洋局第二海洋研究所初凤友等( 2 0 0 5 ) 对中太平洋富钴结壳调查区内 的c m l ，c m 2 ，c m 3 ，c m 4 和c m 5 五座海山所采的玄武岩岩石样品进行了岩石 学及年代学研究。研究认为：这些玄武岩的全岩分析在某些化学成分上与新鲜玄 武岩相比有可能存在差异。稀土元素化学分析结果中，轻重稀土l r e e h r e e 、( l a y b ) n 的比值特点，稀土分配模式中c e 的负异常以及样品的长英指 数与镁铁指数都大于玄武岩的平均值等，表明该区玄武岩属轻稀土富集型，轻重稀 土在岩石形成过程中发生了分异作用，并产生程度不等的风化蚀变。一般而言，岩 石年龄老的氧化率高，根据对玄武岩样品氧化率的计算可知，从c m 5 海山向东 至c m 3 海山，岩石的氧化率逐渐降低，这与文中对玄武岩所测的年代由老到新 ( 6 0 - 3 1m a ) 基本一致。研究进一步指出，该区玄武岩形成于板内稳定环境向造 山带过渡的环境中，岩浆源于下地幔，推断此玄武岩浆的侵入与喷发同区内发育 的两组断裂构造有关。 国家海洋局第二海洋研究所的武光海和广州地球化学研究所的周怀阳研究 员( 2 0 0 3 ) 在查阅了大量d s d p 和o d p 等方面的资料后，对这些资料进行了分 析和整理，对该区海山的形成演化及与富钴结壳的关系进行了探讨。他们认为中 太平洋海山群是一组板内火山型海底平顶山，经前人研究，特别是d s d p 和o d p 多个航次的深入调查，对它的形成演化史有了一定的了解。总的来说，中太平洋 海山群在1 2 0 9 0m a 间起源于现今法属玻利尼西亚群岛区，后来随着太平洋板 块的扩张而不断漂移至今天的位置。海山在水平漂移的同时还发生了垂直方向上 旦奎兰堂生竺2 坐塑坐奎茎童旦垡鲞些堡丝兰堡窒 的升降，曾经形成出露海面的群岛，后又沉降形成现今的海底平顶山群。法属玻 利尼西亚群岛区现今仍是一个同位素和热异常区，s m i t h 等( 1 9 8 9 ) 通过研究西北 太平洋m e g e l l a n 海山群中的两个海山认为，它们起源于该同位素异常区。 赵俐红等( 2 0 0 5 ) 对中太平洋海山漂移史及其来源做了综合性研究。研究表 明：中太平洋海山群海山的年龄介于1 3 0 - - 一9 0m a 之间，是一组板内火山型海山， 属于多热点成因的板内火山作用和板块构造运动的共同产物，大规模多期的海底 火山活动造就了它现今十分复杂的海底地形和构造形态。随着太平洋板块的西南 向漂移，经过法属玻利尼西亚热点群时，大约在1 3 0 - - - 1 0 0m a 间形成了现今中太 平洋海山群的雏形，尔后太平洋板块开始向北漂移并再次经过该热点群，约9 0 m a 时中太平洋海山群受到了该热点群的强烈改造作用并继续向北漂移，大约 6 0 - - - 7 0m a 时才穿过赤道并继续向北漂移到达目前的位置。中太平洋海山群在水 平漂移过程中还发生了垂直方向上的升降，经过沿途断裂活动和热点活动的改造 作用，最后才形成了目前呈簇状分布的海山群。作者由此推断，中太平洋海山群 的形成经历了强烈的构造作用、漫长的漂移过程和多期岩浆活动，海山物质来源 丰富，通过与海水循环和生物活动之间的相互作用有利于该区海山上富钴结壳的 生成。 于航( 2 0 0 5 ) 对2 0 0 3 年由“大洋一号”科学考察船d y l 0 5 1 2 、1 4 航次， 利用拖网采自c l 海山区( 即本文所研究的l a m o n t 海山区) 内( 2 1 。1 0 7 1 5 n 2 1 。4 0 1 9 n ，1 5 9 。2 2 7 3 6 e 1 6 0 。4 3 3 8 e ，水深为1 8 1 5 3 2 4 5 m ) 的 玄武岩岩石样品进行了岩石地球化学研究认为：该海山区玄武岩岩石属碱性系 列，岩性为玄武岩、粗面玄武岩、碱玄岩、苦橄玄武岩；从微量元素组成看，岩 石以富集l i l e 、h f s e 和l r e e 为特征，稀土分布型式呈右倾图式，l a n = 6 0 6 5 - - 3 2 9 0 3 ，( l a y b ) n = 7 0 8 - - - 1 5 3 ，部分样品出现c e 负异常，可能是灰岩和火山碎 屑岩的磷酸盐化作用对稀土元素的富集及c e 的亏损起了重要作用；利用矿物地 质温度计计算该海山区玄武岩中橄榄石结晶温度约为11 0 2 11 7 9 0 ( 2 ，斜长石结晶 温度1 1 2 1 1 2 0 0 0 c ；与m o r b 相比，岩石具较高的a 1 2 0 3 、n a 2 0 以及稍 低的t i 0 2 ，n b 、t a 含量是m o r b 的十倍左右，表现出明显的洋岛玄武岩的性 质。h f s e h f s e 、l i l e h f s e 、l i l e l i l e 等微量元素比值大都与e m 型地幔端 员组分相似；与其它大洋海山或洋岛玄武岩的对比，该海山玄武岩的微量元素含 量与热点作用形成的s e l v a g e n 海山比较接近，作者由此判断该海山玄武岩的源 6 一一一一 西太平洋l a m o n t 海山玄武岩同位素地球化学研究 _ 二二二二_ = ：二二二二二二一二= = 一 区含有e m 端元组分。但是结论稍显模糊，没有明确指出海山玄武岩的岩浆来源 及具体形成机制。 总体来看，国内对于海山玄武岩岩浆来源及演化方面的研究不是很深入，大 都主要集中在富钴结壳等海底资源的研究方面。海山区周围可能存在富钴结壳形 成及生长所需的近源( 指通过海山释放出的内源物质) 成矿物质，另外，海山既是 富钴结壳的承载体，又是富钴结壳形成的主要物质来源地，没有海山，就没有富 钴结壳。因此，对于海山岩浆源区及演化历史的探究，对海底资源调查研究及利 用都将起到关键作用。 7 有m a r s h a l l 海山链、g i l b e r t 海脊和m e g a l l a n 海山链等；中部有n n w s s e 走向 的m a m u a 断裂带、l i n e 群岛( 海山链) ；横穿太平洋海盆的w s w - - e n e 走向的 m e n d o c i n o 断裂带、m u r r a y 断裂带、m o l o k a i 断裂带和c l a r i o n 断裂带等也影响 到该区域，并与n n w s s e 走向的构造正交。 从空间分布关系看，海山群和海底高原的发育与断裂的分布存在一定的关 系：在海脊和断裂带这两种线状构造交汇的区域通常发育海山群、海底高原或海 底隆起。 该区海山的基底岩石主要由中白垩世的拉斑玄武岩组成，局部海山还见有新 生代的碱性火山岩。火山基底之上的沉积物有晚