祁　奇， 來(lái)志慶， 龍曉軍， 冷傳旭， 趙廣濤

(中國(guó)海洋大學(xué) 1.海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； 2.海洋地球科學(xué)學(xué)院, 山東 青島 266100)

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南大西洋洋中脊玄武巖中斜長(zhǎng)石特征及其巖石學(xué)意義*

祁奇1,2， 來(lái)志慶1,2， 龍曉軍1,2， 冷傳旭1,2， 趙廣濤1,2

(中國(guó)海洋大學(xué) 1.海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； 2.海洋地球科學(xué)學(xué)院, 山東 青島 266100)

摘要：本文利用電子探針技術(shù)分析了南大西洋洋中脊玄武巖中斜長(zhǎng)石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和物質(zhì)組成特征，討論了該區(qū)巖漿過(guò)程在斜長(zhǎng)石中的記錄。按粒徑大小可將研究區(qū)玄武巖中的斜長(zhǎng)石分為斑晶、微晶和基質(zhì)三類，斑晶斜長(zhǎng)石核部平均An值為74，屬于培長(zhǎng)石，而邊部平均An值為69，屬于拉長(zhǎng)石，呈正環(huán)帶構(gòu)造，微晶斜長(zhǎng)石平均An值為67，與斑晶斜長(zhǎng)石邊部成分近似，且其粒徑與斑晶斜長(zhǎng)石邊部寬度接近，約在30 μm，極可能是同一時(shí)期形成?；|(zhì)斜長(zhǎng)石平均An值為63，略小于微晶斜長(zhǎng)石。利用馬西茲修改后的斜長(zhǎng)石結(jié)晶溫度計(jì)算公式，估算出斑晶斜長(zhǎng)石核部結(jié)晶溫度約為1 214 ℃，斑晶斜長(zhǎng)石邊部結(jié)晶溫度約為1 085 ℃，微晶斜長(zhǎng)石的結(jié)晶溫度約為1 081 ℃，而基質(zhì)斜長(zhǎng)石的結(jié)晶溫度約為1 056 ℃。由此推測(cè)，高An值(78~80)的斑晶斜長(zhǎng)石的核部可能是形成于巖漿源區(qū)的捕擄晶。斑晶斜長(zhǎng)石的邊部、微晶斜長(zhǎng)石及基質(zhì)斜長(zhǎng)石的結(jié)晶溫度相近，說(shuō)明三者可能近乎同時(shí)結(jié)晶；但由于它們的顆粒大小變化范圍較大，很可能分別形成于巖漿房、巖漿通道及噴出洋殼表面后等環(huán)境中。與沖繩海槽玄武巖中斜長(zhǎng)石比較，本區(qū)斜長(zhǎng)石平均An值跨度以及結(jié)晶溫度跨度均比沖繩海槽小，本區(qū)An值為74~63，結(jié)晶溫度為1 214~1 056 ℃，而沖繩海槽An值為86~47，結(jié)晶溫度為1 250~950 ℃。這表明相對(duì)于巖漿物理化學(xué)環(huán)境曾經(jīng)歷快速變化的弧后盆地來(lái)說(shuō)，慢速洋中脊的巖漿活動(dòng)的物理化學(xué)環(huán)境則相對(duì)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：玄武巖; 斜長(zhǎng)石; 結(jié)晶溫度; 大西洋洋中脊

QI Qi， LAI Zhi-Qing， LONG Xiao-Jun, et al. Characteristics and petrogenesis significance of plagioclases in basalt from the south mid-atlantic ridge[J]. Periodical of Ocean University of China, 2016, 46(3): 105-112.

斜長(zhǎng)石是玄武巖中主要的造巖礦物，其成分變化可能記錄了巖漿形成、上升運(yùn)移直至噴出固結(jié)成巖的巖漿活動(dòng)全過(guò)程。近年來(lái)，針對(duì)海底玄武巖中斜長(zhǎng)石的研究，前人已經(jīng)做了大量的工作，主要集中在巖漿結(jié)晶冷卻歷史[1]、巖漿混合[2]、巖漿房分層作用[3]、晶體-流體周期性持續(xù)活動(dòng)[4]、晶體-熔體成分改變[5]及巖漿上升過(guò)程中晶體的重吸收作用[6]等。陳小明等[7]研究了沖繩弧后盆地海底玄武巖中斜長(zhǎng)石的特征并指明這些特征對(duì)巖漿過(guò)程具有指示作用。沖繩海槽玄武巖漿經(jīng)歷了3個(gè)較長(zhǎng)的巖漿停留期:巖漿源區(qū)、洋殼中的巖漿房和噴出洋殼表面后,它們分別與3個(gè)世代斜長(zhǎng)石的形成期相對(duì)應(yīng)，斜長(zhǎng)石斑晶的核部“平臺(tái)”代表了巖漿源區(qū)的特征；邊部“平臺(tái)”則代表了巖漿處于洋殼中巖漿房的特征；“平臺(tái)”之間的成分快速變化體現(xiàn)了巖漿由源區(qū)向洋殼中巖漿房的運(yùn)移；而最邊緣的成分快速變化則反映了巖漿在洋殼中上升、噴發(fā)環(huán)境變化[7]。與沖繩弧后盆地不同，南大西洋洋中脊屬于慢速擴(kuò)張脊，其巖漿過(guò)程及其斜長(zhǎng)石記錄與沖繩弧后盆地是否存在某些差異？如果真如此，其差異主要表現(xiàn)在哪些方面？有鑒于此，本文對(duì)采自南大西洋的玄武巖樣品中的斜長(zhǎng)石進(jìn)行了礦物化學(xué)研究，試圖揭示洋中脊與弧后盆地兩種擴(kuò)張環(huán)境下的巖漿活動(dòng)及其斜長(zhǎng)石記錄上的差異。

1樣品來(lái)源和特征

本次研究的玄武巖樣品采自南大西洋洋中脊中段，經(jīng)緯度為12.9°W,18.0°S。巖石特征如下：風(fēng)化面呈鐵褐色，新鮮面呈灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶主要為斜長(zhǎng)石。鏡下觀察，斜長(zhǎng)石斑晶為自形的板條狀,粒徑(寬度)一般為0.4 mm左右,最大可達(dá)3 mm,斑晶含量約占15%，具有較明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)。橄欖石斑晶多為半自形結(jié)構(gòu),粒徑平均約為0.3 mm,斑晶中輝石極少。主要基質(zhì)礦物為斜長(zhǎng)石,基質(zhì)斜長(zhǎng)石呈自形長(zhǎng)條狀,粒徑主要在1～5 μm。副礦物有尖晶石、磁鐵礦等,含量<1%。

圖1　玄武巖手標(biāo)本

2分析測(cè)試方法

主要采用電子探針技術(shù)進(jìn)行分析和測(cè)試，其中，樣品制備在中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院磨片室完成。首先將樣品切割成塊狀試樣，將這些試樣進(jìn)行粗磨、細(xì)磨后利用環(huán)氧樹脂膠粘在載玻片上，然后繼續(xù)粗磨并細(xì)磨，厚度合適后利用拋光材料對(duì)其進(jìn)行拋光，直至樣品厚度一致，細(xì)微麻坑和擦痕消失為止。電子探針?lè)治鲈谥袊?guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院電子探針?lè)治鰧?shí)驗(yàn)室通過(guò)JXA8230(日本JEOL公司)電子探針儀進(jìn)行。工作條件為：電壓15 kV，電子束束流2×10-8A。圖像分析采用二次電子和背散射(成分)電子圖像。標(biāo)樣采用美國(guó)SPI公司提供的標(biāo)樣。標(biāo)準(zhǔn)方法采用GB/T4930-93電針?lè)治鰳?biāo)準(zhǔn)樣品通用技術(shù)條件，GB/T15074-94電子探針定量分析方法通則，GB/T15075-94電子探針?lè)治鰞x的檢測(cè)方法，GB/T15617-95硅酸鹽礦物的電子探針定量分析方法，GB/T17359-98電子探針和掃描電鏡X射線能譜定量分析通則，修正方法采用ZAF法。

3分析測(cè)試結(jié)果

3.1 斜長(zhǎng)石的形態(tài)特征

從電子探針背散射圖像(見(jiàn)圖2)中可以清楚看到，斜長(zhǎng)石具有3種明顯不同的世代:斑晶、微晶和基質(zhì)。斑晶斜長(zhǎng)石呈自形板條狀,顆粒寬度一般在100～700 μm,平均約400 μm，環(huán)帶構(gòu)造在背散射圖像中不明顯,但通過(guò)線分析可以清晰顯示出核部和邊部之分,邊部的寬度較穩(wěn)定,一般在20～50 μm,在成分上從核部到邊部呈現(xiàn)成分環(huán)帶。微晶斜長(zhǎng)石呈自形的長(zhǎng)條狀,基本無(wú)環(huán)帶構(gòu)造,在成分上從核部到邊部變化不大,顆粒寬度為10～30 μm,最大可達(dá)60 μm,平均約20 μm,晶體數(shù)量密度相對(duì)較大。基質(zhì)斜長(zhǎng)石呈細(xì)小的長(zhǎng)柱狀或針狀晶形,顆粒寬度約為1～5 μm左右，雖然這種斜長(zhǎng)石粒徑較小,但晶體的數(shù)量密度較大,可能是由于巖漿的溫度急劇下降,迅速達(dá)到了過(guò)飽和狀態(tài),斜長(zhǎng)石大量成核所造成。

3.2 斜長(zhǎng)石的成分特征

3.2.1 斑晶斜長(zhǎng)石

(1)線分析

由于斜長(zhǎng)石主要是由Na、Ca、Si、Al等元素組成,但測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)樣品中Al元素的變化不明顯，而在斜長(zhǎng)石中經(jīng)常出現(xiàn)被巖漿充填的裂隙,因此選擇在斜長(zhǎng)石的Na、Ca、Si這3種主要元素基礎(chǔ)上增加了Fe、Mg元素進(jìn)行線分析。從冷凝邊處到樣品內(nèi)部,筆者共選了6個(gè)斑晶斜長(zhǎng)石進(jìn)行線分析,從圖4中可以看到典型斜長(zhǎng)石的線分析軌跡L1。其線掃描分析曲線見(jiàn)圖3。通過(guò)對(duì)所獲得的6個(gè)顆粒的線掃描分析曲線進(jìn)行研究,可以發(fā)現(xiàn)從斑晶斜長(zhǎng)石的核部到邊部,所有顆粒中的5種主要元素均出現(xiàn)一些共同的變化特征,在測(cè)試元素中，Si的含量最高，其次是Ca，比Na含量高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，由于在樣品中存在的裂隙比例較小，填充的巖漿較少，斜長(zhǎng)石本身的Fe、Mg含量不高。

Si的含量從邊部到核部再到邊部的過(guò)程中含量有輕微波浪起伏，但總體含量變化范圍很小，其中最邊部含量最高，由邊部向核部有含量下降趨勢(shì)，在向內(nèi)一定距離后含量達(dá)到最低，并保持不變。當(dāng)穿過(guò)核部后，含量有回升趨勢(shì)。

Na的整體變化趨勢(shì)與Si的相似，均是在靠近邊部的區(qū)域有著較高的含量，隨著距邊部的距離增加而減少，如圖中在距離邊部約0.012 mm和另一側(cè)約0.018 mm處達(dá)到含量的最小值，而在這之間Na的含量基本保持不變。

Ca在斜長(zhǎng)石中含量相對(duì)較多，從含量變化的曲線中可以清晰的觀察到，Ca的含量變化與Na和Si的變化趨勢(shì)正好相反，是在邊部含量較低，隨距邊部距離增加含量有所增加，在距離邊部一定位置，達(dá)到最高值，并在之間保持含量一致。當(dāng)穿過(guò)中心部分后含量再次下降。Ca的變化曲線也能夠看到次一級(jí)的變化，與Na相似，在邊部向中心含量上升的過(guò)程中存在一個(gè)短的含量相對(duì)穩(wěn)定階段。

Fe、Mg的含量因?yàn)楹苌龠€很大程度上受到裂隙多少的影響，因此浮動(dòng)變化相對(duì)較大，曲線呈現(xiàn)明顯的波浪狀，但大體趨勢(shì)上也能看出與Si、Na相似的形狀。

綜合以上4種元素的線分析曲線特征，可以清楚的看到4種元素在同一位置達(dá)到最高或最低值，如圖3中兩條直線(L1、L2)所示，兩直線之間，所有元素均存在一個(gè)含量的“平臺(tái)”，平臺(tái)寬約0.085 mm，在這個(gè)平臺(tái)上，所有元素總體含量幾乎不發(fā)生改變。在平臺(tái)兩側(cè)，線的外側(cè)，均表現(xiàn)為一個(gè)快速變化區(qū)，平均寬度0.015 mm左右。因此，可以認(rèn)為兩直線處，是巖漿溫壓條件發(fā)生改變的位置。

圖3　斜長(zhǎng)石斑晶中各主要元素線分析曲線

(2)定量分析

由于斜長(zhǎng)石斑晶的線分析曲線只能展示元素含量的相對(duì)變化趨勢(shì)，但不能給出元素的真實(shí)含量以及斜長(zhǎng)石類型的變化。因此，對(duì)樣品中6粒斑晶進(jìn)行了定量分析，圖4中可以看到成分分析的軌跡L2。成分分析數(shù)據(jù)顯示，斜長(zhǎng)石在成分組成上可大致分為核部與邊部?jī)刹糠郑淦骄煞忠?jiàn)表1。由表中的數(shù)據(jù)可以看到，斑晶斜長(zhǎng)石邊部的An值略低于核部的An值，核部的平均An值為74，屬于培長(zhǎng)石，而邊部平均An值為69，屬于拉長(zhǎng)石。通過(guò)計(jì)算斜長(zhǎng)石平均成分的標(biāo)準(zhǔn)偏差值可以看到，邊部的標(biāo)準(zhǔn)偏差普遍比核部要大，同樣可以證明，核部巖漿成分相對(duì)穩(wěn)定，溫壓條件變化小。而邊部相對(duì)于核部，溫壓條件變化較大，因此不同斜長(zhǎng)石晶體結(jié)晶出的成分具有一定差異。并且，斑晶斜長(zhǎng)石由核部到邊部，An值驟降，反應(yīng)了核部與邊部斜長(zhǎng)石形成的物理化學(xué)條件發(fā)生了較大的變化。

(L1直線即為線分析軌跡，L2點(diǎn)線為定量分析軌跡。Straight line L1is the track of line analysis,dotted line L2is the track of quantitative analysis.)

圖4　斜長(zhǎng)石陰極發(fā)光圖像

注：重量百分?jǐn)?shù)下面的括號(hào)內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)偏差。Note：In the brackets below weight percent is standard deriation.

①Plagioclase;②Phenocryst;③Microphenocryit;④Groundmas;⑤Location of Measuring;⑥Number of Measuring Points;⑦Core;⑧Edge

樣品中微晶斜長(zhǎng)石和基質(zhì)斜長(zhǎng)石雖然數(shù)量眾多，但由于其結(jié)晶時(shí)間較晚，顆粒較小，背散射電子照片中無(wú)明顯環(huán)帶結(jié)構(gòu)，因此只對(duì)微晶斜長(zhǎng)石與基質(zhì)斜長(zhǎng)石做了成分的定量分析。由表1可以看出，微晶斜長(zhǎng)石的An值略高于基質(zhì)中斜長(zhǎng)石An值，均為拉長(zhǎng)石，一般認(rèn)為，微晶斜長(zhǎng)石和基質(zhì)斜長(zhǎng)石的形成時(shí)間相對(duì)于斑晶斜長(zhǎng)石晚，一般微晶斜長(zhǎng)石的形成主要在巖漿結(jié)晶晚期或巖漿向上運(yùn)移的過(guò)程中，少量微晶斜長(zhǎng)石形成于巖漿噴出洋殼的早期，這一過(guò)程中，由于溫壓變化速度快，結(jié)晶不完全，因此晶粒較小?；|(zhì)中的斜長(zhǎng)石一般認(rèn)為是在巖漿噴出洋殼表面或在淺部洋殼下與海水發(fā)生大量混合，快速冷凝過(guò)程中晶出的，由于結(jié)晶時(shí)間很短，因此晶粒很小。

為了進(jìn)一步觀察從核部到邊部的成分的細(xì)微變化，選擇了一個(gè)典型斜長(zhǎng)石斑晶進(jìn)行11個(gè)點(diǎn)位的剖面成分測(cè)試，每個(gè)點(diǎn)位之間等間距，均為10 μm，結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)表2，筆者做出了該斜長(zhǎng)石斑晶的An變化曲線圖(見(jiàn)圖5曲線a)，通過(guò)曲線圖可以清晰的看到樣品中斜長(zhǎng)石An值的變化。從邊部到核部先快速上升，之后趨于穩(wěn)定。由核部到邊部，長(zhǎng)石類型由較高An值的培長(zhǎng)石迅速變?yōu)檩^低An值的培長(zhǎng)石，與線分析的結(jié)果一致。

在斜長(zhǎng)石Or-An-Ab成分分類圖解中(見(jiàn)圖6)，斑晶斜長(zhǎng)石核部和邊部均為培長(zhǎng)石。其中核部的An值最高達(dá)到80.8，而邊部An值較低在71.8左右，接近于拉長(zhǎng)石。從核部到邊部An值驟降。由圖6還可以看出，斑晶斜長(zhǎng)石邊部與微晶斜長(zhǎng)石An值均值較為接近，暗示了其結(jié)晶環(huán)境相似。陳小明等曾對(duì)沖繩海槽玄武巖中不同世代的斜長(zhǎng)石進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)斑晶斜長(zhǎng)石核部平均An值為86，基質(zhì)平均An值為47[7]。而本區(qū)斑晶斜長(zhǎng)石核部平均An值為74，基質(zhì)平均An值為69。同沖繩海槽地區(qū)相比，本區(qū)An值的變化范圍較小，這反映了弧后盆地在巖漿活動(dòng)、演化的過(guò)程中物理化學(xué)條件的變化更為劇烈，而大洋中脊則相對(duì)較為穩(wěn)定。

4斜長(zhǎng)石形成的溫度條件

斜長(zhǎng)石的結(jié)晶與其形成時(shí)的巖漿成分及其所處的物理化學(xué)條件(尤其指溫度、壓力等條件關(guān)系密切,因此斜長(zhǎng)石組分變化在一定程度上反映了其結(jié)晶時(shí)的溫壓的變化[9]。新巖漿注入，能與原有巖漿發(fā)生混合造成成分的變化。但這個(gè)過(guò)程中依然存在溫度的變化。因此如果能夠知道斜長(zhǎng)石的結(jié)晶溫度，通過(guò)溫度的變化就可以驗(yàn)證由成分變化所推測(cè)的巖漿活動(dòng)過(guò)程是否合理，并符合實(shí)際。筆者利用馬西茲對(duì)久藤-威爾斜長(zhǎng)石溫度計(jì)修正后的公式來(lái)估算斜長(zhǎng)石的形成溫度，計(jì)算公式為:

表2　典型斜長(zhǎng)石斑晶成分

Note:①Total;②Temperature

圖5　斑晶斜長(zhǎng)石An值和斜長(zhǎng)石結(jié)晶溫度曲線

(3個(gè)端元Or表示透長(zhǎng)石，Ab表示鈉長(zhǎng)石以及An表示鈣長(zhǎng)石。分類中，Sanidine為透長(zhǎng)石，Anorthoclase為歪長(zhǎng)石，Albite為鈉長(zhǎng)石，Oligoclase為更長(zhǎng)石，Andesine為中長(zhǎng)石，Labradorite為拉長(zhǎng)石，Bytownite為培長(zhǎng)石，Anortheite為鈣長(zhǎng)石)

圖6　斜長(zhǎng)石類型圖

Note:①Plagioclase；②Phenocryst；③Microphenocryst；④Groundmas；⑤Location of Measuring Points；⑥Core；⑦Edge；⑧Mid-Atlantic Ridge；⑨Okinawa Trough

lnλ/σ’+1.29×104Ψ’/T=

9.87×10-3T-15.21，(PH2O=0.5 kb)

lnλ/σ’+1.29×104Ψ’/T=

9.60×10-3T-15.76(pH2O=1.0 kb)，

式中λ=(XNaXSi/XCaXAl)基質(zhì)，

σ’=(XAbγAb/XAnγAn)Pl，

Ψ’=(XCa+XAl-XSi-XNa)基質(zhì)。

其中，Xi為一種元素在熔漿中的原子摩爾分?jǐn)?shù)或Ab和An在斜長(zhǎng)石中的摩爾分?jǐn)?shù)。

根據(jù)公式計(jì)算所得的溫度數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，進(jìn)而做出了典型剖面的溫度變化曲線圖(見(jiàn)圖5中曲線b)。

計(jì)算過(guò)程中需要考慮壓力的問(wèn)題，筆者認(rèn)為斑晶斜長(zhǎng)石核部為形成于巖漿源區(qū)的捕擄晶，溫度、壓力均較高，因此這一部分選用P=1.0kb的公式進(jìn)行計(jì)算，分別為圖4中2、3、4、5、6、7、8、9、10這9個(gè)點(diǎn)位,微晶斜長(zhǎng)石及斑晶斜長(zhǎng)石邊部形成深度較淺,而基質(zhì)斜長(zhǎng)石雖然形成于洋殼表面,但它還是處于海底，所以選用P=0.5kb的公式進(jìn)行計(jì)算，為圖5中1、11兩個(gè)點(diǎn)位。對(duì)于公式中的基質(zhì)成分,采用玄武巖的全巖化學(xué)成分。

經(jīng)計(jì)算，樣品中斜長(zhǎng)石斑晶核部結(jié)晶溫度為1 212~1 220 ℃，平均1 214 ℃，邊部結(jié)晶溫度1 084~1 085 ℃，平均1 085 ℃；微晶斜長(zhǎng)石的結(jié)晶溫度1 072~1 111 ℃，平均1 081 ℃?；|(zhì)中斜長(zhǎng)石結(jié)晶溫度1 048 ~1 071 ℃，平均1 056 ℃?？梢钥闯鲂遍L(zhǎng)石具有2個(gè)不同形態(tài)的結(jié)晶溫度，斑晶斜長(zhǎng)石邊部與微晶斜長(zhǎng)石、基質(zhì)斜長(zhǎng)石結(jié)晶溫度相近，而與斑晶斜長(zhǎng)石核部差別較大。斑晶斜長(zhǎng)石由核部向邊部過(guò)渡的僅10 μm范圍內(nèi)，而結(jié)晶溫度下降了約130 ℃，這與由核部到邊部An值的驟降相對(duì)應(yīng)，表明此時(shí)斜長(zhǎng)石的結(jié)晶環(huán)境發(fā)生了較大的變化。Cashman[10]曾對(duì)St. Helens山1980—1986年噴發(fā)的玄武巖進(jìn)行了研究,他認(rèn)為該玄武巖中的具高An值的斑晶斜長(zhǎng)石是一種捕虜晶;前人對(duì)位于洋殼下的上地幔上層物質(zhì)部分熔融的溫度進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究及理論計(jì)算,結(jié)果表明形成玄武巖漿的溫度大約在1 300 ℃左右[11]。由于斑晶斜長(zhǎng)石核部結(jié)晶溫度平均為1 214 ℃，且具有較高的An值(78~80)，可以認(rèn)為斑晶斜長(zhǎng)石的中心部分為上地幔上部巖漿源區(qū)的捕虜晶。玄武巖由捕擄晶到斑晶斜長(zhǎng)石邊部溫度迅速下降，反映巖漿經(jīng)歷了一次快速冷卻階段，而斑晶斜長(zhǎng)石的邊部、微晶斜長(zhǎng)石及基質(zhì)斜長(zhǎng)石的形成溫度相近，說(shuō)明三者形成溫度條件相似，近乎同時(shí)結(jié)晶；因它們的顆粒大小變化范圍較大，說(shuō)明可能形成于巖漿房、巖漿通道和噴出洋殼等不同的環(huán)境中。

5巖漿活動(dòng)過(guò)程

斜長(zhǎng)石的環(huán)帶特征記錄了其結(jié)晶時(shí)巖漿演化的物理化學(xué)條件的變化，是認(rèn)識(shí)巖漿演化機(jī)制的重要依據(jù)[12]。通過(guò)分析玄武巖斜長(zhǎng)石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和成分特征，特別是斜長(zhǎng)石的環(huán)帶構(gòu)造，可以反演巖漿的活動(dòng)過(guò)程。對(duì)此，前人已開(kāi)展了大量研究，比如：斜長(zhǎng)石的形貌和生長(zhǎng)環(huán)帶反映了斜長(zhǎng)石晶體的生長(zhǎng)[13]或溶解[14]的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

陳小明等[7]研究了沖繩海槽玄武巖中斜長(zhǎng)石的特征，認(rèn)為玄武巖漿經(jīng)歷了3個(gè)較長(zhǎng)的巖漿停留期:巖漿源區(qū)、洋殼中的巖漿房和噴出洋殼表面后,它們分別與3個(gè)世代斜長(zhǎng)石的形成期相對(duì)應(yīng)。南大西洋洋中脊玄武巖也有3個(gè)不同世代的斜長(zhǎng)石，分別為斑晶、微晶和基質(zhì)斜長(zhǎng)石,這與沖繩海槽類似。但2個(gè)地區(qū)也存在較多的差異。其一，相對(duì)于沖繩海槽，南大西洋洋中脊玄武巖中斜長(zhǎng)石An值的變化范圍以及結(jié)晶溫度的變化范圍較小，這主要是因?yàn)橄鄬?duì)于慢速擴(kuò)張脊，弧后盆地構(gòu)造環(huán)境更不穩(wěn)定，巖漿活動(dòng)、運(yùn)移的過(guò)程中物理化學(xué)條件變化更為劇烈。其二，根據(jù)3個(gè)世代斜長(zhǎng)石的成分變化和結(jié)晶溫度，陳小明等[7]認(rèn)為沖繩海槽地區(qū)巖漿過(guò)程經(jīng)歷了3次大規(guī)模的成核、生長(zhǎng)期,它們分別是斑晶斜長(zhǎng)石核部“平臺(tái)”的結(jié)晶生長(zhǎng)期、斑晶邊部和微晶斜長(zhǎng)石成核生長(zhǎng)期以及基質(zhì)斜長(zhǎng)石成核生長(zhǎng)期。相對(duì)應(yīng)的巖漿活動(dòng)階段分別為:巖漿源區(qū)、巖漿房、從裂隙上升并噴出洋殼表面后。而研究區(qū)雖然也有3種不同粒級(jí)的斜長(zhǎng)石，但研究區(qū)只有兩次大規(guī)模的成核、生長(zhǎng)期。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，斑晶斜長(zhǎng)石邊部結(jié)晶溫度為1 085 ℃，微晶斜長(zhǎng)石的結(jié)晶溫度為1 081 ℃，而基質(zhì)斜長(zhǎng)石的結(jié)晶溫度為1 056 ℃，三者非常接近，明顯低于斜長(zhǎng)石捕擄晶結(jié)晶溫度1 214 ℃，三者很可能近乎同時(shí)結(jié)晶，但顆粒粒徑大小變化范圍較大，說(shuō)明三者可能形成于巖漿房或巖漿通道等不同的環(huán)境中，而斑晶斜長(zhǎng)石核部為形成于巖漿源區(qū)的捕擄晶。

6結(jié)論

(1)與沖繩海槽類似，南大西洋洋中脊玄武巖中的斜長(zhǎng)石有三種存在形式：斑晶斜長(zhǎng)石、微晶斜長(zhǎng)石以及基質(zhì)斜長(zhǎng)石，斑晶斜長(zhǎng)石核部的捕擄晶結(jié)晶溫度約為1 214 ℃，斑晶斜長(zhǎng)石邊部結(jié)晶溫度約為1 085 ℃；微晶斜長(zhǎng)石的結(jié)晶溫度約為1 081 ℃，基質(zhì)中斜長(zhǎng)石結(jié)晶溫度約為1 056 ℃。

(2)研究區(qū)玄武巖中的斜長(zhǎng)石有兩次大規(guī)模的成核、生長(zhǎng)期，斑晶斜長(zhǎng)石核部高An值(78~80)的捕擄晶形成于巖漿源區(qū)，斑晶斜長(zhǎng)石核部An值較低(低于78)的形成于巖漿房中，而斑晶斜長(zhǎng)石邊部、微晶斜長(zhǎng)石以及基質(zhì)斜長(zhǎng)石可能分別形成于巖漿房或巖漿通道及噴出洋殼后等不同的環(huán)境中。

(3)研究區(qū)斜長(zhǎng)石An值以及結(jié)晶溫度的變化幅度遠(yuǎn)小于沖繩弧后盆地，這表明相對(duì)于巖漿物理化學(xué)環(huán)境曾經(jīng)歷快速變化的弧后盆地來(lái)說(shuō)，慢速洋中脊的巖漿活動(dòng)的物理化學(xué)環(huán)境則相對(duì)穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]Lung-Chuan Kuo, R James Kirkpatrick. Pre-Eruption history of phyric basalts from DSDP legs 45 and 46: Evidence from morphology and zoning patterns in plagioclase[J]. Contrib Mineral Petrol, 1982, 79: 13-27.

[2]Stamatelopoulou-Seymour K, Vlassopoulos D, Pearce T H, et al. The record of magma chamber processes in plagioclase phenocrysts at Thera volcano, Aegean volcanic arc, Greece[J]. Contrib Mineral Petrol, 1990, 104: 73-84.

[3]Kawamoto T. Dusty and honeycomb plagioclase: Indicators of processes in the Uchino stratified magma chamber. Izu Penninsula, Japan[J]. J Volc Geotherm Res, 1992, 49: 191-208.

[4]Anderson AT. Probable relations between plagioclase zoning and magma dynamics, Fuego volcano, Guatemala[J]. Am Mineral, 1984, 69: 660-676.

[5]Tepley Ⅲ F J, Davidson J P, Clynne M A. Magmatic interactions as recorded in plagioclase phenocrysts of Chaos Crags, Lassen Volcanic Center, California[J]. Journal of Petrology, 1999, 40(5): 787-806.

[6]Pearce T H, Russell J K, Wolfson I. Laster interference and Nmarski interference imaging of zoning profiles in plagioclase phenocrysts from the May 18, 1980 eruption of Mt. St. Helens, Washington[J]. Am Mineral, 1987, 22: 553-583.

[7]陳小明, 譚清泉, 趙廣濤. 海底玄武巖中斜長(zhǎng)石研究及其巖石學(xué)意義[J]. 巖石學(xué)報(bào), 2002, 18(4): 482-488.

Chen X M, Tan Q Q, Zhao G T. Plagioclases from the basalt of Okinawa Trough and its petrogenesis significance[J]. Acta Petrologica Sinica, 2002, 18(4): 482-488.

[8]翟世奎, 干曉群. 沖繩海槽海底熱液活動(dòng)區(qū)玄武巖的礦物學(xué)和巖石化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J]. 海洋與湖沼, 1995, 26(2): 115-12.

Zhai S K, Gan X Q. Study of basalt from the hydrothermal field of the Okinawa Trough[J]. Oceanologia Et Limnologia Sinica, 1995, 26(2): 115-12.

[9]張儒瑗， 從柏林． 礦物溫度計(jì)和礦物壓力計(jì)． 北京： 地質(zhì)出版社[M]． 1983: 142-144.

Zhang R Y, Cong B L. Geothermometers and Geobarometers[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1983: 142-144.

[10]Cashman K V. Groundmass crystallization of Mount St. Helens dacites, 1980-1986: A tool for interpreting shallow magmatic processes[J]. Contrib Mineral Petrol, 1992, 109: 431-44.

[11]Kamenetsky V S, Everard J L, Crawdford A J. Enriched end-member of primitive MORB melts: petrology and geochemistry of glasses from Macquarie Island (SW Pacific) [J]. Journal of Petrology, 2000, 41: 411-430.

[12]張海東, 劉建朝, 彭素霞， 等. 南太行山平順閃長(zhǎng)巖體斜長(zhǎng)石捕虜晶特征及其對(duì)殼幔巖漿混合過(guò)程的記錄[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版), 2014, 44(2): 566-573.

Zhang Haidong, Liu Jianchao, Peng Sun Xia, et al.Characteristics of plagioclase zenocrysts from Pingshun Diorite in Southern Taihang Mountains: Record of Crust-Mantle Magma Mixing [J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2014, 44 (2): 566-573.

[13]Lofgren G. An experimental study of plagioclase crystal morphology: isothermal crystallization[J]. American Journal of Science, 1974, 274(3): 243-273.

[14]Tsuchiyama A. Dissolution kinetics of plagioclase in the melt of the system diopside-albite-anorthite, and origin of dusty plagioclase in andesites[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1985, 89(1): 1-16.

責(zé)任編輯徐環(huán)

Characteristics and Petrogenesis Significance of Plagioclases

in Basalt from the South Mid-Atlantic Ridge

QI Qi1,2，LAI Zhi-Qing1,2，LONG Xiao-Jun1,2，LENG Chuan-Xu1,2，ZHAO Guang-Tao1,2

(Ocean University of China，1.Key Lab of Submarine Geosciences and Exploration Techniques,Ministry of Eduction; 2.College of Marine Geo-science，Qingdao 266100, China)

Abstract:In this paper, electronic probe technology is applied for analyzing structure, composition and ingredient features of plagioclases of mid-ocean ridge basalt in South Atlantic. It is a very important way to understand magmatic process in Mid-Atlantic Ridge area. Records of magmatic process in this area in the plagioclases are discussed. According to size, basalt in the research area as same as the Okinawa Trough can be divided into three categories: phenocryst, microphenocryst and groundmass. It means there are three different generations of plagiclases in this area.The mean An value of core of phenocryst plagioclases is 74, which means they belong to bytownite; on the other hand, the mean An value of their marginal parts is 69, which means they belong to labradorite and have a construction of positive band and the An value declines sharply from their core to edge. The mean An value of microlite plagioclases is 67 and microlite plagioclases are close to marginal parts of phenocryst plagioclases with regard to ingredient and particle size(about 30μm). Therefore, there is a high probability that they have been formed during a same period. The mean An value of substrate plagioclases is 63, which is a little smaller than that of microlite plagioclases. When calculating with the formula for calculating crystallizing temperature of plagioclases which has been modified by Mansiz, the crystallizing temperature for core of phenocryst plagioclases is 1 214 ℃ while that for edge is 1 085 ℃; the crystallizing temperature for microlite plagioclases is 1 081 ℃ while that for substrate plagioclases is 1 056 ℃. Hence, we infer that core of phenocryst plagioclases with high An(78~80) may have formed from magmatic hearth area and their crystallizing temperatures decline sharply from core to edge, which means magma may have experiences a rapid-cooling process. The edge parts of phenocryst plagioclases are close to microlite plagioclases and substrate plagioclases with regard to crystallizing temperature, which means the three types may have been crystallized almost at the same time. But due to their wide ranges of particle sizes, it is very likely that they have been formed in magma chambers and magma channels respectively. Compared with that of plagioclases in basalt of Okinawa trough, the mean An value of plagioclases of this area is smaller as its An values lie between 74 and 63 and the crystallizing temperatures between 1 214 ℃ and 1 056 ℃ which those of Okinawa trough between 86 and 47 and between 1 250 ℃ and 950 ℃ respectively. The data indicate that: compared with back-arc basins where the physical and chemical environment of magma has gone through rapid changes, the slow-spreading mid-ocean ridges have a relatively stable physical and chemical environment for magmatic activities.

Key words:basalt; plagioclase; crystallization temperature; mid-atlantic ridge

DOI：10.16441/j.cnki.hdxb.20140406

中圖法分類號(hào)：TM619

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-5174(2016)03-105-08

作者簡(jiǎn)介：祁奇(1988-)，男，碩士。E-mail:870626860@qq.com

收稿日期：2014-12-09；

修訂日期：2015-02-02

*基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41376053)資助

引用格式：祁奇， 來(lái)志慶， 龍曉軍， 等. 南大西洋洋中脊玄武巖中斜長(zhǎng)石特征及其巖石學(xué)意義[J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2016, 46(3): 105-112.

Supported by the National Natural Science Foundation of China (41376053)