西南印度洋脊深海橄榄岩岩石成因及意义

MORB (mid-ocean ridge basalts) are commonly used to explore the compositions of the asthenospheric mantle. However, MORB are mixtures of melts from different mantle sources at different depths and thus only reflect the average composition of the mantle source. Abyssal peridotites, on the other hand, are the melting residues of the upper mantle beneath MOR and document direct and comprehensive information on mantle compositions. At present, studies on the abyssal peridotites along the eastern part of the Southwest Indian Ridge (SWIR) are only restricted to the Atlantis II Fracture Zone (57°E) due to poor sampling, thus, it remain unclear as to the mantle compositions and evolution history beneath the eastern SWIR. Therefore, this proposed project will investigate the petrogenesis of 30 abyssal peridotite samples collected from 15 sites along the eastern SWIR (50-65°E) during the D/V DaYangYiHao cruises using systematic petrologic and in-situ major and trace elemental studies on the samples. Combined with previous studies on MORB from this ridge, this project will explore the mantle melting processes beneath ultra-slow spreading ridges. This study will further conduct high-precision Nd-Hf isotopic analyses on pyroxene separates carefully selected from the samples to reveal the large-scale chemical and isotopic variations of oceanic mantle along the ridge and to constrain the mantle compositions and evolution history beneath the eastern SWIR.

前人对软流圈地幔组成的了解，多是通过洋脊玄武岩（MORB）的研究。然而，MORB是来自不同地幔特征的熔体的混合，仅反映了软流圈中部分地幔物质的平均组成；而深海橄榄岩则不同，它是软流圈地幔的熔融残余，直接保存了软流圈地幔组成更原始的信息。目前对西南印度洋脊东段深海橄榄岩的同位素组成研究仅局限在57°E附近，由于样品数量的限制，对于该段洋脊地幔源区组成和演化历史的认识还相当匮乏。本项目拟对我国大洋一号采自西南印度洋脊东段50-65°E范围内的15个站位的30件深海橄榄岩样品进行系统的岩石学、主要造岩矿物的微区主微量元素地球化学研究，并结合MORB地球化学组成探讨该段洋脊下的部分熔融及熔体提取过程；在此基础上，通过不同站位橄榄岩样品中辉石单矿物Nd-Hf同位素组成的研究，查明大洋地幔组成随洋脊走向大尺度的化学及同位素组成变化，为西南印度洋脊东段地幔特征及演化历史提供新的制约。

软流圈地幔的物质组成一直是国内外大洋岩石学研究的热点。一般认为软流圈地幔在洋中脊下方发生减压熔融形成洋脊玄武岩（MORB）和熔融后的残余物—深海橄榄岩。目前对于软流圈地幔的了解大多来自于MORB的研究，对于深海橄榄岩的研究较少，而对于同一洋脊深海橄榄岩和MORB的综合研究则更少。本研究对采自超慢速扩张的西南印度洋脊东段50-65°E的深海橄榄岩和玄武岩开展了详细的岩石学、全岩主微量同位素及矿物微区地球化学的研究，探讨了西南印度洋脊地幔所经历的部分熔融、熔体提取和熔体再富集过程；通过对橄榄岩样品的Re-Os同位素研究，结合对于该区玄武岩样品的Sr-Nd-Hf-Pb同位素组成研究超慢速扩张的西南印度洋脊东段下的地幔物质组成，综合探讨了西南印度洋脊东段地幔特征及演化历史。.研究发现西南印度洋脊东段地幔橄榄岩经历了4-15%不同程度的部分熔融，且均受到后期熔体再富集作用的影响。西南印度洋脊东段的橄榄岩全岩Os同位素组成变化较小，指示西南印度洋脊东段地幔同位素组成在大尺度上较为均一，且在Melville转换断层（MFZ）东西两侧并没有明显差异，说明地幔组成在MFZ东西两侧并不存在明显的时间尺度上的演化差异。西南印度洋脊东段玄武岩主微量组成变化反映了从西到东部分熔融程度逐渐降低的趋势，但与橄榄岩尖晶石Cr#反映的部分熔融程度趋势不同，指示橄榄岩的亏损程度并不取决于本次形成洋脊玄武岩的岩浆作用。在研究区50°E附近发现了一类特殊的同位素富集的N-MORB，其比52-65°E洋脊玄武岩具有更为富集的同位素组成，反映了地幔在小尺度上存在不均一性，其来自于Crozet热点物质对于洋脊岩浆作用的贡献。结合该类特殊MORB在全球的分布特征，提出一种与经典的冰岛模式不同的洋中脊-地幔柱作用模式，并指出这类MORB记录了一种特殊的地幔过程，即富集地幔在洋脊发生的二次熔融事件。本研究对于软流圈地幔物质组成提出了新的认识，对地球上两大动力系统（板块构造和地幔柱）的相互作用也提出了新的制约。