大洋核心杂岩体的形成(二)——IODP305航次介绍

    IODP305航次于2005年1月8日至3月2日在北纬30度左右大西洋中脊实施。航次的首席科学家由法蒙特利尔第二大学的Benoit Ildefonse教授和日本水文海洋部海洋研究所的Yasuhiko Ohara教授担任。IODP305与IODP304是一个联合的科学航次,其共同目标是研究控制大洋核心杂岩体形成的过程以及暴露在海底年轻洋壳中的超基性岩。该航次对先前的U1309D孔进行了重新钻进,进尺达1014.2米。

    先前的研究表明两个在北纬30度,中大西洋中脊西翼的年龄约为0.2-2 Ma的洋壳核心杂岩体上的钻孔可以很好地研究离散断层带的构造;暴露在下盘浅部构造的岩石类型;以及它们的蚀变历史和上盘的火山演替历史。305航次把亚特兰蒂斯断块下盘的U1309D孔加深到了海底以下1415.5米,具有很高的取芯率(平均74.8%),其岩性主要为辉长岩。U1309D共测井两次,为海洋岩石圈提供了一个前所未有的深孔综合测井的机会。该站获得的岩芯在岩性上从dunitic橄长岩,橄长岩,橄榄石化辉长岩,辉长苏长岩演化到氧化辉长岩,局部富集锆石,磷灰石和辉绿岩。dunitic橄长岩的构造表明了它的堆积起源。从U1309D得到的辉绿岩套与以前获得的中大西洋中脊岩石一样,Mg的分布从67到87。

    矿物组合的变化记录了辉长岩从岩浆到沸石相的冷却过程,反映了变化在低于500度的温度条件下进行的低温相是最具意义的。变化的总趋势和副矿物的变化表明可能存在两种独立的副矿物过程从而影响了U1309D孔邻近区域的下盘。在上部840米,海水和岩石的相互作用大大影响了辉长岩的序列。在840米以下,温度的波动和变质作用的类型与沿塑性变形带渗透的流体成分相关。因此,钻孔记录了辉长岩和流体相互作用的历史,可能还有岩浆流体。

    U1309D孔岩石的一个显著的特点就是缺乏角闪石相的变化和变形。这与西南印度洋脊ODP735B孔获得的辉长岩套形成强烈的对比。U1309D孔获得的岩芯几乎没有变形,并且任何与离散断层系统相关的变形肯定会发生在低温下,而且肯定在钻孔的最上部非常明显。在角闪石相中的微变形与传统的核心杂岩的解释不一致,来源于深部圈层在离散断层的作用下暴露在海底表面的褶皱的断块地块。进一步来说,船上的古地磁测试表明下盘没有明显的构造旋转。这似乎排除了旋转枢纽模式认为亚特兰蒂斯断块核心沿着单个拱形正断层隆升的解释。

    1.4 km长的以辉长岩为主的序列与先前的预测是不一致的,下盘主要由隆升的地幔部分组成,在上部几百米低密度和低地震波传播速率是由于蛇纹石化造成的。该航次没有到达新鲜的地幔橄榄岩,暴露的蛇纹石化地幔沿着断块的南翼分布,这一现象证明了洋壳的横向不均匀低速扩张。这次研究确定了这种横向的程度—辉长岩体在这种背景下在厚度上可以超过1.5 km。