南海初始洋壳(IODP 1502B钻孔)的Li-Mg-O同位素组成：对洋壳蚀变过程中同位素组成和分馏行为的初步研究

Study on the compositions of altered oceanic crust is important to understand low temperature water-rock interaction, hydrothermal circulation, and the exchange of material between interior and surface of the Earth. However, studies on altered oceanic basalts are still limited, and there are also debates on the interpretation of measured data. Our study will use a total of 180m of basaltic lavas drilling from the northern South China Sea (SCS) margin during International Ocean Discovery Program (IODP) Expedition 368. The preliminary studies show that 1502B lavas have MORB compositions, possibly representing the embryonic oceanic crust in the SCS. The entire basalt sequence suffered pervasive hydrothermal alteration, and have different types of altered mineral assemblages, which make 1502B lavas ideal for studying the compositions of altered oceanic basalts. We will focus on non-traditional stable isotope (Li-Mg) study, combined with petrology, mineralogy and geochemical analysis of the sampled lavas. The main objectives of this study will include: (1) investigating the bulk rock Li-Mg-O isotopic compositions from 1502B; (2) determining the main factors to cause Li-Mg isotopic fractionation during seafloor alteration of oceanic basalts; (3) providing new data to test the validity of Li-Mg-O isotope systems as tracers of subducted crustal materials; (4) simulating the seawater-rock interaction under different conditions; (5) establishing the hydrothermal circulation model during early seafloor spreading in SCS.

蚀变洋壳组成研究是了解低温条件下水-岩相互作用、海底热液循环过程和示踪全球尺度地球深部和浅部物质交换的前提，但蚀变洋壳组成的直接测试数据仍不完整、关于数据的解释存在较大争议。本项目选取IODP368航次采自南海北部边缘洋-陆过渡带靠洋一侧，长180m的1502B钻孔岩心为研究对象。初步研究表明1502B的玄武岩代表着南海扩张的初始洋壳；大部分岩心样品经历了明显的蚀变作用，且具有不同类型的蚀变矿物，是研究蚀变洋壳组成的理想样品。在传统岩石学、矿物学和地球化学分析的基础上，本项目聚焦于非传统稳定同位素Li-Mg，探讨在海底蚀变过程中Li-Mg同位素分馏的主控因素；在获取蚀变洋壳Li-Mg-O组成的同时，为检验能否利用Li-Mg-O同位素体系示踪再循环洋壳物质提供资料。结合全岩和单矿物的地球化学数据, 本项目将模拟海水和热液流体与玄武岩在不同环境条件下的相互作用，探讨南海扩张初期热液循环过程。

蚀变洋壳组成研究是了解低温条件下水-岩相互作用、海底热液循环过程和示踪全球尺度地球深部和浅部物质交换的前提，但针对蚀变玄武岩的地球化学测试数据仍很匮乏、关于数据的解释也存在较大争议。本项目以采自南海北部陆缘IODP368航次U1502B孔基岩岩心为研究对象，开展了详细的岩相学、全岩和单矿物地球化学研究。研究结果表明U1502B孔玄武岩遭受了240℃以上的高温蚀变作用，主要发生了绿泥石化和钠长石化。从地球化学特征来看，其具有高Li含量（4.82至11.56ppm）且轻Li同位素组成（−3.8至+1.4‰）和Mg丢失(Mg/Ti)norm <1）且轻Mg同位素组成（−0.88至−0.13‰）的特征。具体来说，U1502B孔蚀变玄武岩样品的高Li含量指示了后期低温海水蚀变作用的叠加，高温蚀变过程中玄武岩的绿泥石化导致了Li同位素的显著分馏；其Mg丢失主要由原生矿物溶解和次生碳酸盐矿物沉淀导致的稀释作用造成，尽管绿泥石的形成可以导致蚀变玄武岩δ26Mg值偏重，但后期碳酸盐矿物的沉淀最终造成蚀变玄武岩整体Mg同位素组成偏轻。因此，蚀变玄武岩的Li-Mg同位素体系联用可以示踪洋壳蚀变过程中可能存在的多期蚀变、水-岩比值和次生蚀变矿物沉淀等信息。. 另一方面，U1502B孔蚀变玄武岩样品中发育的草莓状黄铁矿富集34S和微量金属元素，且表现出有机物紧密包裹单个黄铁矿外层的经典有机结构，据此可推测蚀变洋壳中微生物（例如硫还原菌）活动对硫和微量金属元素循环起到了重要作用。而蚀变玄武岩中绿帘石脉的稀土元素和原位Sr同位素特征指示U1502B孔热液系统中存在改性海水、高温热液以及岩浆流体等三种循环流体。与典型的洋中脊热液系统不同，U1502B孔热液系统以大陆裂解-海底扩张时期形成的伸展断层作为流体迁移通道，以侵入岩墙作为热源，三种循环流体混合上涌在洋壳浅部的热液释放区形成绿帘石脉。. 综上所述，本项目聚焦金属稳定同位素体系（Li-Mg），对U1502B孔高温蚀变玄武岩开展全岩、岩脉、蚀变矿物等多角度的综合研究，对全面了解慢速扩张脊洋壳高温蚀变过程和海底热液循环系统具有重要的参考价值。