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  广州地化所提出洋中脊-地幔柱相互作用的新模式  
  2017/04/18 | 【  

  洋中脊和地幔柱之间的相互作用是地球上两大动力系统(板块构造和地幔柱)研究的关键科学内容。以冰岛为代表的经典的洋中脊-地幔柱作用形式是富集的地幔柱物质直接运移到洋脊下方,熔融形成E-MORB(轻稀土富集的洋中脊玄武岩),且在洋中脊处表现为洋壳增厚等地球物理特征。因此,E-MORB长久以来被认为是识别洋中脊-地幔柱相互作用的必要特征,然而,中国科学院广州地球化学研究所杨阳博士及其合作者通过对于西南印度洋脊玄武岩的研究,提出一种新的洋中脊-地幔柱作用模式,并指出N-MORB(轻稀土亏损的洋脊玄武岩)也是其相互作用的可能结果。 

  研究区位于我国在西南印度洋脊的专属多金属硫化物勘探合同区 ,其中,位于50°28‘E处的洋脊段27具有~10km厚的洋壳(正常洋壳平均厚度为7km),地形比两侧洋脊浅约1km(图1)。虽然地球物理研究曾提出该洋脊段与距其900km以南的Crozet热点发生了相互作用,然而,由于该洋脊段出露的岩石均为N-MORB并未发现E-MORB。因此,该洋脊是否与地幔柱发生了相互作用一直缺乏关键的地球化学证据。我国大洋一号多次对于合同区洋脊段进行了系统的地质调查并采集了大量珍贵的洋中脊玄武岩样品。本研究通过系统的地球化学研究在洋脊段27处识别出一类同位素富集的N-MORB,提出其记录了富集的Crozet地幔柱物质的二次熔融过程,且这类MORB在全球洋中脊玄武岩中都是非常特殊的(图2)。其成因模式如图3b所示:Crozet地幔柱物质在向洋中脊运移过程中,由于大洋岩石圈底部逐渐变浅促使地幔柱物质发生减压熔融,从而使得地幔柱物质亏损微量元素,而当地幔柱物质最终运移到洋中脊下方,再次发生减压熔融形成N-MORB。由于地幔柱的同位素组成在部分熔融过程并不会明显改变,因此最终形成的N-MORB保留了地幔柱物质同位素富集的特征。 

  此外,通过统计全球MORB数据发现,同位素富集的N-MORB多分布在慢速-超慢速扩张洋中脊,周围多有地幔柱分布,且地幔柱与洋中脊距离较远(~500-1200km)。因此,本研究提出,同位素富集的N-MORB可作为识别远距离下的地幔柱-洋中脊相互作用的地球化学指标。  

     

  1 西南印度洋中脊东段地形图,红色虚线区域为我国具有专属勘探权的多金属硫化物勘探合同区。        

  2 同位素富集的N-MORB与全球洋中脊玄武岩在同位素及微量元素组成上的差异。全球洋中脊玄武岩多表现为微量元素与同位素的耦合(橘色箭头),而同位素富集的N-MORB具有与其截然不同的变化趋势(蓝色箭头),揭示了一种特殊的地幔过程。     

  3 a) 经典的洋中脊-地幔柱相互作用模型,以冰岛为例,作用形式为富集的地幔柱物质在洋中脊处发生熔融,形成同位素与微量元素均富集的玄武岩;b)本研究提出的远距离下的洋中脊-地幔柱相互作用,以西南印度洋洋脊段27为例,其不同之处在于地幔柱物质在向洋中脊运移过程中发生降压熔融,最终亏损的熔融残余在洋中脊处再次发生熔融,形成同位素富集的N-MORB 

    

  该研究成果近期发表于国际地学权威期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth。本研究成果受国家自然科学基金(41403027, 40873020)、大洋矿产资源研究开发协会(DY125-11-R-06)以及香港研究资助局(HKU 706413P资助。     

  论文信息:Yang, A. Y., T.-P. Zhao (通讯作者), M.-F. Zhou, and X.-G. Deng (2017), Isotopically enriched N-MORB: A new geochemical signature of off-axis plume-ridge interactionA case study at 50°28’E, Southwest Indian Ridge, J. Geophys. Res. Solid Earth, 122, 191213, doi:10.1002/2016JB013284      

  论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JB013284/full 

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