韓宗珠，張 賀，范德江，丁蒙蒙，劉 明，徐翠玲

（中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100）

西南印度洋中脊50°E基性超基性巖石地球化學(xué)特征及其成因初探＊

韓宗珠，張 賀，范德江，丁蒙蒙，劉 明，徐翠玲

（中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266100）

西南印度洋中脊是典型的慢速擴(kuò)張洋中脊之一。對(duì)采自西南印度洋中脊50°E附近的7件玄武巖和蛇紋石化橄欖巖樣品所作的分析表明，基性玄武巖類SiO2含量為43.72%～48.40%，TiO2含量較少，為1.14%～1.52%；MgO含量為5.96%～10.98%；TFe2O3含量為4.55%～5.2%；Mg＃值為0.53～0.64，里特曼指數(shù)σ為2.34～20.10。微量元素Zr／Nb和Y／Nb比值為顯示N－MORB的性質(zhì)，但是其他微量元素的比值（Ba／Nb，Ba／Th，La／Nb，Nb／U，Nb／Pb）均不顯示正常洋中脊玄武巖的特征，微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示強(qiáng)烈富集K和Pb，虧損Nb，稀土元素顯示較為平緩的分配模式。超基性蛇紋石化橄欖巖的主量元素特征為SiO2為38.91～45.49；TiO2含量為0.02～0.28；MgO含量很高，為36.87～40.61，TFe2O3含量為2.82～3.91，Mg＃值為0.92～0.94。微量元素中Ni，Cr的含量很高，原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示橄欖巖強(qiáng)烈富集K和Pb，Ba，Th，La，Ce，Ti中等程度富集，而虧損Nb，Sr。稀土元素總量較低，標(biāo)準(zhǔn)化曲線顯示輕稀土元素富集模式。結(jié)合地球化學(xué)特征及前人研究資料分析認(rèn)為，西南印度洋中脊的基性巖和超基性巖屬同源性質(zhì)，其原始地幔物質(zhì)可能為部分正常洋中脊虧損地?；烊玖岁憵せ蜻h(yuǎn)洋沉積物的結(jié)果。

西南印度洋中脊；50°E；地球化學(xué)

西南印度洋中脊是全球重要的慢速擴(kuò)張洋中脊之一，西起B(yǎng)ouvet三聯(lián)點(diǎn)（BTJ）（55°S，00°40′W），東至Rodrigues三聯(lián)點(diǎn)（25°30′S，70°E）（RTJ），全長約為7 700 km。作為非洲板塊和南極洲板塊的分界線，它具有較慢的擴(kuò)張速度（平均擴(kuò)張速率為14～16 mm／a）和斜向擴(kuò)張的特征，也具有不連續(xù)的火山作用和缺少轉(zhuǎn)換斷層的特征［1］。

圖1 西南印度洋中脊巖石樣品采樣位置圖Fig.1 Sampling location of rocks from the Southwest Indian Ridge

一些學(xué)者對(duì)西南印度洋中脊部分區(qū)段的巖石地球化學(xué)特征等方面進(jìn)行了研究，并對(duì)洋中脊的巖石成因進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，其不同區(qū)段具有不同的巖石類型。Bouvet三聯(lián)點(diǎn)向11°E方向的熔巖，主要可以分為3種類型，一種類型的由典型的虧損的（N型MORB）洋中脊玄武巖組成；第二種類型具有的“地幔柱”類型的特征（P型MORB），含量較少；第三種具有過渡的化學(xué)組成（T型MORB）。上述3類巖石分別起源于正常虧損洋中脊地幔、Bouvet地幔柱以及洋中脊下部的混合地幔［2］；洋中脊傾向段（9°E～16°E）分布富K熔巖、霞石—正長堿性玄武巖和富含不相容元素的夏威夷巖，這些玄武巖為地幔很低程度部分熔融（＜5%）的產(chǎn)物［3］；垂直段（16°E～24°E）玄武巖樣品中同位素分析表明同位素由虧損的正常洋中脊玄武巖（N－MORB）組成［4］；36°E～39°E洋中脊呈現(xiàn)由熱點(diǎn)和高εNd值的正常MORB地?；旌弦鸬奶卣?。在39°E～41°E范圍內(nèi)，主要為具有高Ba／Nb值、低206Pb／204Pb值和εNd（－4－＋3）特征的巖漿，這種組成不僅與Marion熱點(diǎn)（或者其他熱點(diǎn)）不相同，而且在全球范圍內(nèi)的MORB中也是唯一的。臨近Indomed Fracture Zone（～46°E）為富集不相容元素的巖漿，而它們的這種特征與Marion，Kerguelen以及Crozet熱點(diǎn)的開啟有關(guān)［4］。臨近11Ma的Atlantis II bank的735B孔（ODP Leg 176）的輝長巖巖芯，地球化學(xué)特征顯示其在很大程度上為淺層洋殼垂直距離為1km（距離海底500～1 000m）部分的礦物學(xué)和地球化學(xué)的特征，其具有Mg＃＝84～70，Ca＃＞61以及低的Na＃（Na／（Na＋Al））（8～17）值特征，結(jié)合Sr、Pb同位素比值認(rèn)為這種輝長巖主要起源于洋中脊玄武巖地幔，而這種地幔是由類似中央印度洋的虧損洋中脊地幔加與任何MORB組成都不相似的兩種端源成分混合而成［5］。在接近Rodrigues三聯(lián)點(diǎn)附近的西南印度洋采集到的主要為新鮮的熔巖、低溫蝕變的巖石和高溫蝕變巖石3種類型，新鮮熔巖與正常洋中脊玄武巖有相同的化學(xué)組成，但是大離子親石元素和Nd卻分別發(fā)生輕微的富集和虧損，低溫蝕變的樣品富集K2O，Rb和U，這歸因于樣品中存在富集K的綠磷石和鐵的氫氧化物以及粘土礦物的U吸附作用，高溫?zé)嵋何g變的巖石中U的富集顯著的［6］。

本文研究的樣品采集自西南印度洋中脊50°E附近，根據(jù)該區(qū)洋中脊海底地貌特征和地球物理資料來看，研究區(qū)域缺少大型的轉(zhuǎn)換斷層，其西部為Indoomed斷裂帶，東部靠近Gallieni斷裂帶，其南部為Crozet熱點(diǎn)。而前人對(duì)西南印度洋中脊Indoomed斷裂帶和Gallieni斷裂帶之間的巖石地球化學(xué)特征、地幔類型及成因研究較少。本文將根據(jù)50°E處的基性超基性巖的主微量元素地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，以期對(duì)上述問題進(jìn)行初步的論述。

1 樣品采集和樣品分析方法

本文中所涉及的巖石樣品來自大洋一號(hào)DY115－21航次，主要為西南印度洋中脊50°E附近的基性超基性巖，各個(gè)樣品其取樣坐標(biāo)和水深見下表。

表1 西南印度洋中脊火成巖采樣位置坐標(biāo)和深度Table 1 Sampling coordinates and depth of igneous rocks from Southwest Indian Ocean Ridge

對(duì)采西南印度洋中脊的7件巖石樣品，粉碎至200目做主量、微量和稀土元素分析。其中主量元素在中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院XRF分析實(shí)驗(yàn)室作了基質(zhì)XRF分析，分析精度優(yōu)于0.5%；微量元素和稀土元素在中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)中心完成，應(yīng)用ICP－MS進(jìn)行分析測試，分析精度優(yōu)于5%。

2 巖相學(xué)特征

本次研究所采集的巖石樣品大致可以分為2種巖石類型：基性玄武巖和超基性蛇紋石化橄欖巖。

玄武巖樣品新鮮面一般為深灰色或黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，部分樣品具氣孔狀構(gòu)造，其中06－B－01號(hào)巖石樣品見包殼，06－B－03號(hào)玄武巖樣品表面見橄欖石晶粒；鏡下觀察06－B－01號(hào)樣品大部分為隱晶質(zhì)，含有少量雛晶，部分礦物發(fā)育具有類似球粒的外形，外部包殼呈一暗色細(xì)粒礦物環(huán)帶，主要為長英質(zhì)組分，其余樣品為斑狀結(jié)構(gòu)或?yàn)樘铋g結(jié)構(gòu)，基性斜長石結(jié)晶程度較好，為斑晶或者為板柱狀晶體，其余的輝石、橄欖石等暗色礦物呈小顆粒或隱晶質(zhì)成分出現(xiàn)，與磁鐵礦、鈦鐵礦以及火山玻璃等共同充填與基性斜長石搭成的格架中，其中06－B－03號(hào)玄武巖樣品中的橄欖石具有明顯的伊丁化。

蛇紋石化橄欖巖樣品表層為黃綠色，細(xì)粒－隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要為蛇紋石化橄欖巖。而鏡下觀察兩件樣品特征有所差異。21Ⅴ－S15－TVG3號(hào)巖石鏡下觀察主要呈葉片狀、纖維狀和放射狀，蝕變較嚴(yán)重，幾乎已經(jīng)完全被蛇紋石化；21Ⅶ－S23－TVG12號(hào)樣品在鏡下主要為網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，蛇紋石化沿橄欖石間隙以及裂隙進(jìn)行，橄欖石位于蛇紋石中心，副礦物為尖晶石、鈦鐵礦以及磁鐵礦。

3 巖石地球化學(xué)

3.1 主量元素

樣品的主微量元素的數(shù)據(jù)如表2所示，玄武巖樣品的SiO2的含量為43.72%～48.40%；K2O含量較低，為0.28%～0.37%，Na2O的含量為3.33%～3.67%；TiO2的含量較少，為1.14%～1.52%；Al2O3含量較高，為12.21%～14.94%，顯示斜長石的晶出；鎂鐵含量較高，MgO含量為5.96%～10.98%，TFe2O3含量為4.55%～5.2%；Mg＃值為0.53～0.64，接近原生玄武巖Mg＃值（0.68～0.75），顯示基性玄武巖為大體為原生玄武巖或演化程度較低的原生玄武巖性質(zhì)；里特曼指數(shù)σ為2.34～20.10，其中06－B－03顯示為堿性，其余玄武巖均為亞堿性巖系；分異指數(shù)DI為30.22～34.24，結(jié)晶指數(shù)CI為55.45～60.43，均顯示巖石的分異程度較低。氧化指數(shù)OX為0.64～0.69。在玄武巖Nb／Y－SiO2分類圖解中（見圖2），玄武巖類均落入亞堿性玄武巖的范圍內(nèi)。

蛇紋石化橄欖巖主量元素特征為：SiO2為38.91～45.49；K2O含量很低，為0.06～0.12；TiO2含量為0.02～0.28；MgO含量很高，為36.87～40.61，TFe2O3含量為2.82～3.91，Mg＃值為0.92～0.94，均大于0.91；分異指數(shù)DI和結(jié)晶指數(shù)CI分別為0.3～0.76和76.25～78.89。氧化指數(shù)OX為0.65～0.70。

樣品的主量元素協(xié)變圖如圖3所示，CaO、Al2O3、K2O、TiO2含量與MgO含量呈負(fù)相關(guān)，并呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系；Na2O含量與MgO含量呈正相關(guān)，也呈現(xiàn)出較小的線性關(guān)系；SiO2含量與Mg O呈負(fù)相關(guān)，但是兩者之間的線性關(guān)系不明顯。CaO隨著MgO含量增加而下降在玄武巖中主要指示基性斜長石的晶出，而在蛇紋石化橄欖巖中則主要指示單斜輝石的晶出；Al2O3在玄武巖中則主要指示斜長石的晶出；TiO2在巖石樣品中指示鈦鐵礦的晶出［7］。

圖2 西南印度洋中脊玄武巖Nb／Y－SiO2巖石學(xué)分類圖解（據(jù)Winchester，JA etal.，1977）Fig.2 Nb／Y－SiO2 petrology classification diagram of Southwest Indian Ridge Basalts

表2 西南印度洋中脊火成巖樣品主量元素分析結(jié)果Table 2 Major element analysis of the igneous rocks from the Southwest Indian Ridge

圖3 西南印度洋火成巖Harker圖解Fig.3 Harker diagrams for the igneous rocks from the Southwest Indian Ridge

3.2 微量元素及稀土元素地球化學(xué)特征

圖4 西南印度洋中脊玄武巖微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（標(biāo)準(zhǔn)值參照Mc Donough等1992）Fig.4 Primitive mantle normalized trace element patterns of the basalts from Southwest Indian Ridge

西南印度洋中脊玄武巖樣品微量元素含量如表3所示，由表中可以看出，玄武巖樣品的Ni和Cr含量均較高；Zr／Nb比值較高，為46.387～89.53，Y／Nb比值為20.3～32.8，2個(gè)比值均顯示N－MORB的特征［8］；Ba／Nb比值大致可以分為2種類型，一種高于NMORB型（平均值為1.7～8.0）［9］，另一種為低于NMORB型；Ba／Th比值中部分顯示出大于OIB的特征（平均值為88.00）［10］；La／Nb比值顯示高于大部分平均陸殼比值（La／Nb～2.2）［10］；Nb／U值為2.79～11.13，低于OIB和MORB的值（47±10），但是類似陸殼比值（Nb／U～10）［11］；Nb／Pb比值為0.05～1.09，低于OIB比值（Nb／Pb～12）［11］。玄武巖類微量元素蛛網(wǎng)如圖4所示，顯示玄武巖樣品強(qiáng)烈富集K和Pb，虧損Nb，Y顯示輕微的虧損特征，大離子親石元素Ba顯示兩種特征，一種為虧損特征，而另一種不顯示明顯富集虧損特征；其他元素不顯示明顯的富集與虧損特征。

蛇紋石化橄欖巖微量元素中Ni含量很高，其中一件樣品與虧損地幔的含量（1960×10－6）相當(dāng)，另一樣品Ni含量小于虧損地幔，Cr含量均高出虧損地幔值（2 500×10－6）［12］，Co含量為（90.75～98.46）×10－6，其微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖見圖5，由圖可知，蛇紋石化橄欖巖的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示橄欖巖強(qiáng)烈富集K和Pb，Ba，Th，La，Ce，Ti中等程度富集，而虧損Nb，Sr，其富集與虧損特征具有與玄武巖相類似的特征。

稀土元素分配模式（見圖6）顯示玄武巖類呈現(xiàn)較平緩的分配型式或重稀土較富集的形式，除Ce顯示出明顯的異常之外，其余元素均無明顯異常特征；玄武巖的∑REE為70.61～111.61，LREE／HREE比值為0.45～0.97，顯示玄武巖樣品的重稀土元素輕度富集，分異程度均較低；δEu值為1.03～1.09，顯示不明顯的正Eu異常；（La／Yb）N為0.4～1.3，顯示N－MORB的類型特征。

而蛇紋石化橄欖巖則顯示出輕稀土元素的富集形式，∑REE為10.22～68.77，LREE／HREE比值為1.23～3.20，δEu值為0.82～0.77，顯示微弱的Eu負(fù)異常，（La／Yb）N為1.75～3.54。

表3 西南印度洋中脊火成巖樣品微量元素測試結(jié)果（10－6）Table 3 Trace element analysis of the igneous rocks from the Southwest Indian Ridge（10－6）

表4 西南印度洋中脊火成巖樣品稀土元素分析結(jié)果（10－6）Table 4 Rare earth element analysis of the igneous rocks from the Southwest Indian Ridge（10－6）

4 討論

4.1 巖漿的形成模式

圖7 西南印度洋中脊巖漿巖樣品La－La／Sm圖解Fig.7 La－La／Sm diagram for the igneous rocks from the Southwest Indian Ridge

根據(jù)Allegre等的研究，巖漿在分離結(jié)晶作用過程中隨著超親巖漿元素（例如Ta，Ce，La等）的富集，親巖漿元素（HREE，Hf，Zr等）豐度也幾乎同步增長。所以La／Sm的比值幾乎為一常數(shù)；而在平衡部分熔融過程中，隨著La快速進(jìn)入熔體，Sm也會(huì)在熔體中富集，但其增長速度較慢。依據(jù)此理論，西南印度洋中脊巖石的La／Sm－Sm圖解如下（見圖7），依據(jù)圖解可以得出，西南印度洋中脊巖石樣品采集處巖石形成主要為平衡部分熔融作用和分離結(jié)晶作用2種作用［13］。

4.2 地幔特征

玄武巖的Zr／Nb和Y／Nb比值均顯示正常洋中脊的性質(zhì)，而其稀土元素比值而在Zr／Nb和Zr／Y的雙變量協(xié)變圖中（見圖8），西南印度洋中脊玄武巖也均落在偏向于N－MORB的區(qū)域。而其他元素比值特征（如Ba／Nb，Ba／Th，La／Nb，Nb／U，Nb／Pb）與正常洋中脊虧損地幔的微量元素比值特征不符。而元素Cs，Ba，Rb，Th，U，Ta，Nb和La在玄武巖系統(tǒng)中具有很低的批式分配系數(shù)，所以這些元素的比值在結(jié)晶分異或部分熔融過程中不會(huì)發(fā)生顯著的分餾，并能較為準(zhǔn)確的指示源區(qū)地幔的微量元素比值?？v使巖石在海底可能會(huì)遭受低溫海水蝕變，但是其巖石的氧化指數(shù)OX與微量元素含量及比值并不呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，因此單一的海水蝕變作用并不能解釋洋中脊巖石中Ba／Nb，La／Nb以及Nb／U這種組合特征。

圖8 西南印度洋玄武巖類Zr／Nb－Zr／Y圖解Fig.8 Zr／Nb－Zr／Y diagram of rocks from Southwest Indian Ridge

玄武巖類及蛇紋石化橄欖巖類的主量元素Haker圖解和微量元素類似的富集模式顯示，2類巖石可能為同一巖漿源不同程度分異的結(jié)果，而橄欖石和玄武巖這種高Ba，K，Pb和低Nb的特征與陸殼和遠(yuǎn)洋沉積物具有類似的特征［14－15］。

Barry L.Weaver和David A.Wood對(duì)大西洋南部洋島玄武巖的地球化學(xué)特征進(jìn)行研究時(shí)，現(xiàn)代遠(yuǎn)洋沉積物通常含有較高的比例的鈣質(zhì)軟泥，此外包括一些紅色粘土和硅質(zhì)粘土，在對(duì)一定比例上述成分的遠(yuǎn)洋沉積物進(jìn)行微量元素進(jìn)行測定時(shí)，得出Nb為3.3×10－6，Ba／Nb和La／Nb比值分別為518和8.2［16］。Ba／Nb的比值顯示部分高于大陸地殼比值。Karoo的苦橄玄武巖顯示在南非大陸下部地幔［17］相對(duì)于虧損的洋底地幔來說具有較高的Ba／Nb比值（Ba／Nb＜8）。同樣La／Nb比值顯示出大于平均陸殼和OIB的比值，在La／Nb－Ba／Nb圖解中，玄武巖樣品顯示N－MORB與陸殼或遠(yuǎn)洋沉積物的混合作用。而Nb／U比值亦可以指示剝落的陸殼巖石圈或遠(yuǎn)洋沉積物的就加入。OIB和MORB具有類似的Nb／U比值（47±10），但是陸殼的Nb／U比值與兩者不同，前人研究顯示Karoo大陸溢流玄武巖指示的陸殼巖石圈的Nb／U比值低于MORB比值（見圖9）。

前人的研究顯示Crozet熱點(diǎn)在120Ma以前在印度、西澳大利亞和南極洲北部呈溢流玄武巖的火山作用存在［18］，而這個(gè)年代早于岡瓦納大陸的裂解年代。隨著岡瓦納大陸的裂解和Crozet等熱點(diǎn)的開啟，一些分散的前寒武的岡瓦納巖石圈碎片以及一些古老的遠(yuǎn)洋沉積物進(jìn)入到淺部軟流圈中［19］。而這種地幔物質(zhì)后又與部分N－MORB地幔物質(zhì)混合后形成西南印度洋中脊50°E處的基性超基性巖的地球化學(xué)特征。

5 結(jié)論

（1）西南印度洋中脊50°E基性玄武巖主量元素顯示低鈦高鎂特征，微量元素中Ni和Cr含量較高，Zr／Nb和Y／Nb比值均顯示正常洋中脊玄武巖的特征，而其他微量元素的比值（Ba／Nb，Ba／Th，La／Nb，Nb／U，Nb／Pb）則顯示異常特征。微量元素蛛網(wǎng)圖中強(qiáng)烈富集K和Pb，虧損Nb，稀土元素顯示較為平緩的分配模式；超基性蛇紋石化橄欖巖主微量元素分布特征與基性玄武巖類似，稀土元素顯示稀土元素總量較低和輕稀土元素富集模式。

（2）主微量元素地球化學(xué)特征顯示西南印度洋中脊的基性玄武巖和超基性蛇紋石化橄欖巖具有同源性質(zhì)，其原始地幔物質(zhì)可能為部分洋中脊虧損地幔混染了陸殼或遠(yuǎn)洋沉積物的結(jié)果。

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The Characteristic of Geochemistry and Genesis for Mafic and Utrlmafic Rocks from the 50°E of Southwest Indian Ridge

HAN Zong－Zhu，ZHANG He，F(xiàn)AN De－Jiang，DING Meng－Meng，LIU Ming，XU Cui－Ling
（The Key Laboratory of Science and Exploration，College of Marine Geoscience，Ocean University of China，Qingdao 266100，
China）

Southwest Indian Ridge（SWIR）is one of important slow－spreading mid－ocean ridges.We have analyzed 7 samples of basalt and serpentinized peridotite collected from the vicinity of 50°E from SWIR.The SiO2of basic basalts content is of 43.72%～48.40%，TiO2content is less of 1.14%～1.52%，MgO content of 5.96%～10.98%，TFe2O3content of 4.55%～5.2%，Mg＃value of 0.53～64 and the Rittmann indexσis 2.34～20.10.Trace element ratios of Zr／Nb and Y／Nb show the nature of NMORB，but the ratios of other trace elements（Ba／Nb，Ba／Th，La／Nb，Nb／U，Nb／Pb）do not display this feature.Primitive mantle－normalized spider diagram of trace element shows a strong enrichment of K and Pb，loss of Nb.And the REE distribution shows a gentle pattern.The major element characteristics of ultramafic serpentinized peridotite are as follows.The SiO2content is of 38.91～45.49，TiO2content of 0.02～0.28，MgO content very high of 36.87～40.61，TFe2O3content of 2.82～3.91 and Mg＃value of 0.92～0.94.The contents of trace elements Ni and Cr are high.And the primitive mantle－normalized spider diagram shows a strong enrichment of K and Pb，moderate enrichment of Ba，Th，La，Ce，Ti，and loss of Nb，Sr.The∑REE are low，and the chindrite－normalized REE shows LREE enrichment patterns.Combine geochemical characteristics with the former analysis results，we suggest that the mafic and ultramafic rocks Southwest Indian Ridge are products of the homologous origin，and their original mantle material may be the product of the normal depleted mid－ocean ridge mantle mixed with continental crust or pelagic sediments partly.

Southwest Indian Ridge；50°E；geochemistry

P591

A

1672－5174（2012）09－069－08

2011－05－14；

2012－04－26

韓宗珠（1964－），男，教授。E－mail：hanzongzhu＠ouc.edu.cn

責(zé)任編輯 徐 環(huán)