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大洋钻探岩芯地球化学研究揭示大西洋富集型玄武岩成因

       大洋玄武岩的化学组成通常可以反映地幔的不均一性和演化规律。靠近地幔柱的富集型洋中脊玄武岩(E-MORB)成分通常被认为是洋脊—地幔柱相互作用的结果,但中大西洋(MAR)33-35ºN洋脊段离最近的Azores地幔柱较远,其成分是否受到Azores地幔柱的影响存在较大争议。深海钻探计划(Deep Sea Drilling Project, DSDP)82航次进行了一系列的钻探取样,其中在MAR 33-35ºN的Oceanographer与Hayes转换断层中间位置的洋壳上,559钻孔(洋壳年龄为~35 Ma)和561钻孔(~19 Ma)都获取了E-MORB样品(图1),是探讨上述问题的重要研究材料。然而,以往对该钻孔的研究,几乎所有样品的微量元素都是用X荧光光谱(XRF)或中子活化法(INAA)获得,而且同位素与微量元素缺乏或不匹配,岩芯的地质学意义没有被充分研究。

图1. DSDP 82航次钻孔位置图

       自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室位荀博士,与中国科学院海洋研究所张国良研究员、美国Scripps海洋研究所P. R. Castillo教授等多位科学家合作,共同申请钻孔岩芯,并对559和561钻孔MORB样品进行微量元素和Sr-Nd-Pb同位素分析。研究发现,559钻孔E-MORB的Sr-Nd-Pb同位素比值与FOZO (focal zone)地幔组分相似(图2)。提出在~35 Ma时,FOZO地幔组分可能广泛分布于该区域洋中脊下的亏损地幔中(图3a),其熔融形成559钻孔的E-MORB。561钻孔E-MORB的Sr-Nd-Pb同位素与Azores列岛广泛存在的地幔柱组分(Common Azores plume component)和受Azores地幔柱影响最大的KP2-3洋脊段E-MORB相似(图2),但561钻孔E-MORB具有更高的Th/La和Nb/La比值(图4)。这些结果暗示,561钻孔E-MORB的源区可能是受到Azores地幔柱组分低程度熔融形成的熔体交代富集的地幔组分(图3b)。

图2. DSDP 82航次559和561钻孔MORB样品Sr-Nd-Pb同位素图解

图3. DSDP 82航次559和561钻孔E-MORB形成模型图

图4. DSDP 82航次559和561钻孔MORB的Th/La vs. Nb/La图解

 

      上述研究成果为远离地幔柱E-MORB的成因提供了新的解释,地幔柱物质很可能以这种地幔柱低程度熔融(low-F)的熔体交代上覆亏损地幔的形式迁移至离地幔柱较远的位置,熔融形成E-MORB。该研究成果于2020年8月28日在线发表在国际著名地学期刊《Chemical Geology》上。该研究得到国家自然科学基金和海洋试点国家实验室开放基金等项目的支持。

 

文章信息:Wei X*, Zhang G-L, Castillo PR, Shi X-F, Yan Q-S, Guan Y-L. New geochemical and Sr-Nd-Pb isotope evidence for FOZO and Azores plume components in the sources of DSDP Holes 559 and 561 MORBs. Chemical Geology 2020, 557: 119858.

 

链接:https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119858

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