南海西南次海盆残余扩张中心MORB研究：对地幔源区性质和海底扩张历史的约束

“The openning and processes of the South China Sea” is the core scientific issue of “The South China Sea Deep Program”. Due to the uncetainties on the interpretation of magnetic anomaly data and the lack of study on the seafloor spreading products-mid ocean ridge basalt (MORB), the origin of the South China Sea and its timing on openning and closing of seafloor spreading as well as the geodynamic mechanism are under debating. The MORBs from the fossil spreading center of the Southwest sub-basin of the South China Sea can provide important information on the termination age of seafloor spreading, shed light on the geochemistry characteristics of the source mantle and the volcanism processes of the South China Sea. Based on the previous studies on the MORB samples from the SW sub-basin, we design 1 transactions across the fossil spreading center of the SW sub-basin to take more MORB samples using TV-guided grab of research vessels “Dayang No. 1” and/or “Haiyang No. 20”. We aim to study the petrology, geochemistry, melt inclusions, Sr-Nd-Pb isotopic systematics and 40Ar/39Ar dating to unravel the timing, characteristics, evolution of magmatism during the last stage of sea-floor spreading and the nature of source mantle. The execution of this project is very important to understand the formation and opening history of the South China Sea and its dynamic mechanism. Our study results will be helpful to achieve the scientifc objective of “The South China Sea Deep programme”.

南海海底扩张的年代与过程是“南海深部过程演变”重大研究计划的最核心科学问题。长期以来，由于海底磁异常条带资料的多解性以及对海底扩张产物－洋脊玄武岩（MORB）缺乏研究，对南海的成因及何时开始扩张何时扩张终结存在很大争议。西南次海盆残余扩张中心残留洋脊上的MORB年龄能够为南海扩张终结的时间提供约束，同时是洞察南海地幔源区物质成分的绝佳窗口。本项目拟在前期的样品积累和研究基础上，在西南次海盆残余扩张中心垂直扩张轴方向设计1条取样断面，利用依托单位执行中国大洋航次的便利在残留洋脊上补充采集MORB样品，通过岩石学、元素地球化学、矿物化学、熔体包裹体分析、Sr-Nd-Pb同位素地球化学分析和40Ar/39Ar测年，研究南海扩张末期岩浆活动的时间、特征与演化及地幔源区的性质。本项目的实施对认识南海的形成演化历史并理解其动力学机制有重要意义，有助于“南海深部过程演变”重大研究计划科学目标的实现。

南海地处印度一澳大利亚板块、欧亚板块和太平洋板块相互作用区域,构造环境复杂,长期以来,关于其成因和演化历史存在很大争议。对西南次海盆残余扩张中心岩石类型、地球化学特征和年龄的调查和研究，有助于认识南海扩张终结期及扩张期后岩浆活动的时间、过程和地幔源区的性质, 对认识南海的形成演化历史并理解其动力学机制有重要意义。.由于南海海盆于16Ma左右停止了扩张，长期的沉积作用使南海海盆基底极少有裸露的地方，使得采集洋脊玄武岩（MORB）十分困难，为研究南海海盆的岩浆过程和南海地幔源区性质的研究带来困难，也严重制约了对南海海底扩张过程的认识。本项目先后于2013年和2014年两次奔赴南海进行海底视像观察和地质取样，在西南次海盆残留洋脊上观察到裸露玄武岩，并探测了微弱的热液异常，在残余扩张中心发现一座锥形海山，并进行了地质取样。我们对新采集的岩石样品和过去已有的样品进行了详细的岩石地球化学分析,包括利用主、微量元素、稀土元素和Sr-Nd-Pb同位素示踪方法和电子探针微束技术、激光剥蚀技术、高精度放射性39Ar/40Ar 测年技术分析研究了样品的地球化学特征和年龄。研究认为，西南次海盆残留洋脊上有赋存有富集型洋脊玄武岩，39Ar/40Ar年龄全熔年龄为20.26±0.13 Ma。新发现的约1300 m高的锥形海山形成于南海停止扩张以后，由洋岛型碱性玄武岩组成,39Ar/40Ar年龄为4Ma。利用地球化学示踪，判断所研究的E-MORB样品源自亏损上地幔的部分熔融，但可能叠加了来自残余陆块的富集组分和古俯冲板片释放流体的交代作用。而残余扩张中心锥形海山上所喷发的碱性玄武岩则起源于软流圈下地幔，认为在核幔边界附近还可能存在古俯冲板片，由于辉石岩部分熔融产生的熔浆的加入，导致所喷发的碱性玄武岩具有高Fe/Mn比等独特的富集特征。通过与西南次海盆残留洋脊东北端的碱性玄武岩相比，发现东北部的OIB样品较东南部更加富集，并用地幔柱和洋脊相互作用进行了合理解释，同时也暗示了海南地幔柱的存在。.本研究为南海扩张终结期间和期后火山喷发作用的特征和地幔源区性质及其时空演化、地幔柱与洋脊相互作用等方面提供了重要证据。