西南印度洋中脊(SWIR)為典型的慢速-超慢速擴張洋脊(全擴張速率為~14mm/y),具有復雜的擴張歷史和洋脊構(gòu)造特征。位于SWIR中部Indomed轉(zhuǎn)換斷層和Gallieni轉(zhuǎn)換斷層之間的洋脊段(ITF-GTF,46-52°E)具有較淺的洋脊水深,海底火山構(gòu)造特征明顯,大范圍出露玄武巖基底。該區(qū)段洋脊兩翼發(fā)育離軸高地,呈不對稱漸變分布,表明洋脊具有非對稱擴張?zhí)卣�。地震學觀測進一步推斷在50.5°E附近底部具有加厚的洋殼(9-10 km),暗示了獨特的洋殼增生過程。本文以取自ITF-GTF洋脊段的玄武巖為研究對象,進行了綜合的巖石地球化學分析,旨在更好地理解源區(qū)地幔巖性組成,地幔熔融和巖漿演化過程,從而為超慢速擴張洋脊構(gòu)造演化和巖漿動力學過程提供新的認識。研究區(qū)絕大多數(shù)玄武巖樣品具有隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),少數(shù)樣品斑晶發(fā)育,主要礦物為斜長石、橄欖石次之,個別樣品含有少量單斜輝石斑晶。根據(jù)全巖主量元素組成,ITF-GTF洋脊段玄武巖劃分為兩組類型,一組具有“E-MORB”類型特征(高K2O和K2O/TiO2比值),一組具有“N-MORB”型特征(低K2O和K2O/TiO2比值)。與SWIR其它區(qū)域玄武巖相比,ITF-GTF玄武巖具有高Fe8和低Na8,巖漿起源較深,熔融程度較高,但落在全球變化趨勢范圍內(nèi)。結(jié)合玄武巖的巖相學特征以及熔體包裹體的組成,我們獲得以下的巖漿結(jié)晶序列:橄欖石(MgO10 wt%)→單斜輝石(在MgO~9.5 wt%開始)→斜長石(在MgO~9wt%)→鈦鐵礦(更低MgO)。計算獲得玄武巖的結(jié)晶壓力為3-9 kbar,表明巖漿的結(jié)晶深度可以達到地幔深度~27 km。玄武巖微量元素具有以下特征:明顯的Rb,Ba,K,Pb,U正異常,強烈的Nb負異常和弱Ti負異常。過渡族金屬比值(Zn/Fe,Fe/Mn,和Zn/Mn)與全球MORB相似,與橄欖巖熔體模型具有一致性。ITF-GTF玄武巖的Nb/U和Ce/Pb比值變化范圍分別為2.5-30.8和5.5-17.6,均明顯低于典型的MORB和OIB(47±7和25±5),而與大陸地殼的比值具有相似性,表明源區(qū)存在大陸地殼物質(zhì)組成的貢獻。玄武巖的Ba/La和Ba/Th比值趨勢延伸至富K-錳鋇礦的沉積物組成,表明源區(qū)地�？赡苁艿匠练e物的混染。此外,對橄欖石斑晶和熔體包裹體的研究表明,橄欖石斑晶具有與全球MORB橄欖石相似的Ca和Ni含量,較低的Mn含量和高Fe/Mn比值,結(jié)合全巖和熔體包裹體組成推斷,源區(qū)地幔以橄欖巖為主,但存在富集巖性組分,包括再富集的橄欖巖和少量輝石巖。通過對斜長石斑晶和熔體包裹體研究發(fā)現(xiàn)在單一樣品中,斜長石斑晶內(nèi)的熔體包裹體可以保存和記錄比全巖更多的巖漿組成。斜長石斑晶具有明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)(正環(huán)帶,韻律環(huán)帶),表明多期次的巖漿混合過程。不同的地幔源區(qū)物質(zhì)對ITF-GTF底部巖漿單元具有影響,斜長石斑晶的Sr同位素變化很好地記錄了巖漿混合過程。在超慢速擴張洋脊,斜長石記錄的熔體多樣性組成表明斜長石形成于洋殼底部多源巖漿匯入?yún)^(qū)域,巖漿混合程度較弱,可能起源于莫霍面附近的熔體通道或小型熔體透鏡體。利用傅里葉紅外光譜對玄武巖樣品中斑晶礦物結(jié)構(gòu)水進行了測定,研究表明單斜輝石和橄欖石斑晶分別容納13-41 ppm和60-312 ppm結(jié)構(gòu)水。通過單斜輝石含水量反演推斷ITF-GTF原始巖漿具有較高的含水量(1.3±0.3 wt%),高于正常的N-MORB,與洋島玄武巖(OIB)和弧后盆地的玄武巖(BABB)含水量相當。較高的含水量和H2O/Ce比值,以及全巖類似島弧巖漿的地球化學特征表明地幔源區(qū)存在與島弧地體相關(guān)的富水組分。橄欖石含水量特征變化表明,在巖漿上升過程中隨著壓力降低,發(fā)生過明顯的巖漿脫氣過程。運用高精度Ar-Ar定年方法,獲取了ITF-GTF玄武巖的成巖年齡,變化范圍在1.75Ma到358 Ka,表明新生的巖漿活動。結(jié)合巖漿地球化學特征,推斷新生的巖漿活動以50.5°E為中心,向東輻射,直至靠近Gallieni轉(zhuǎn)換斷層,同期巖漿活動受到相同地幔源區(qū)物質(zhì)的貢獻。造成ITF-GTF地幔源區(qū)不均一性組成可能與兩個地球動力學過程有關(guān):(1)大陸巖石圈物質(zhì)再循環(huán),(2)洋脊與Crozet熱點相互作用。在新元古代,SWIR中部發(fā)生了與島弧環(huán)境相關(guān)的含水地幔熔融事件。伴隨岡瓦納大陸裂解和Crozet熱點開啟,岡瓦納大陸巖石圈的殘片以及沉積物被卷入到印度洋軟流圈地幔中。ITF-GTF玄武巖具有明顯的類似島弧巖漿的地球化學特征,例如富集大離子親石元素,虧損高場強元素,其成因可能與循環(huán)的大陸地殼和沉積物有關(guān)。在高壓下,拆沉進入Crozet地幔柱的下地殼物質(zhì)相變?yōu)榱褫x巖,由于榴輝巖具有相對較低的熔點,它們優(yōu)先發(fā)生部分熔融形成英安巖質(zhì)熔體,交代圍巖地幔橄欖巖,隨后形成再富化的地幔橄欖巖及貧SiO2的輝石巖。這些不均一的地幔巖性構(gòu)成了ITF-GTF源區(qū)地幔物質(zhì),并通過ITF-GTF隨后的巖漿活動反映到MORB地球化學特征上。地幔Crozet地幔熱點可能僅僅為ITF-GTF洋脊段提供了持續(xù)的熱源,引發(fā)了源區(qū)地幔富集組分的熔融,導致了10 Ma以來增強的巖漿活動事件,但Crozet熱點對ITF-GTF玄武巖化學組成的直接影響缺乏約束。
【學位單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：P588.145;P542
【部分圖文】：

1-2 全球擴張洋脊分布及類型劃分；圖中洋中脊縮寫如下，EPR: 東太平洋海隆; MAR, 西洋中級;AAR: 非洲-南極洲洋脊; SWIR: 西南印度洋中脊; SEIR: 東南印度洋中脊; CIR: 印度洋中脊; PAR: 太平洋-南極洲洋脊

圖 1-3 不同擴張洋脊地形剖面(據(jù) Macdonald et al., 2001)洋中脊構(gòu)造的一個重要特征是發(fā)育轉(zhuǎn)換斷層，轉(zhuǎn)換斷層的概念最早由 Wils出。洋脊通常被轉(zhuǎn)換斷層分割成若干洋脊段，Macdonald and Fox (1983)對中-擴張洋脊研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換斷層之間還存在許多次級的偏移將洋脊進一步分割們稱之為“疊加擴張中心”(Overlapping Spreading Centers，簡稱 OSC) (Macdona

圖 1-4 洋殼的分層結(jié)構(gòu)Dick et al. (2003)對比全球擴張洋脊的“地震”洋殼厚度變化，可以發(fā)現(xiàn)存在一定相關(guān)性。當擴張速率大于 20mm/y 時，洋殼厚度變化較小，當擴于 20mm/y 時，洋殼厚度變化較大(圖 1-1b)。洋殼厚度表觀上反映了地幔
【參考文獻】

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本文編號：2858065