西南印度洋中脊橄榄岩元素地球化学及其地幔动力学意义

发布时间：2018-04-03 01:01

本文选题：洋中脊　切入点：深海橄榄岩　出处：《浙江大学》2016年博士论文

【摘要】：超慢速扩张西南印度洋中脊具有地幔熔融程度很低、岩浆作用极其不均一等独特的现象,是研究地幔性质对岩浆作用影响的理想场所。为了揭示西南印度洋中脊地幔的化学性质、熔体的抽提机制、熔体和地幔的相互作用,以及这些因素对洋中脊岩浆作用和洋壳厚度变化的地幔动力学效应,本文针对53°E贫岩浆作用段8个站位的深海橄榄岩,系统地开展了矿物学和主微量元素地球化学研究。论文的主要成果如下：1、通过建立地幔熔融模型,发现西南印度洋中脊存在非热点成因的异常亏损地幔,暗示地幔经历过早期熔融事件,且具有复杂的演化历史。研究区远离热点,但橄榄岩的化学成分比受热点影响的地幔还要亏损。地幔熔融模型显示研究区出现熔融程度大于20%的地幔,代表了西南印度洋中脊最亏损的地幔端元。由于发生于超慢速扩张洋中脊的地幔熔融无法造成如此高的成分亏损,表明异常亏损的橄榄岩继承自经历过早期熔融的源区地幔。这对西南印度洋中脊地幔不均一性的形成具有重要意义。2、通过建立矿物微结构和地球化学指标,识别出洋中脊下存在大陆岩石圈地幔残片,为大陆地幔对大洋地幔的混染提供了直接的证据。研究区部分橄榄岩表现出极低的单斜辉石含量、高的硅酸盐矿物Mg#、斜方辉石颗粒大于1cm、单斜辉石的Na-Ti明显分异等异常特征,这些特征常见于大陆板块内部高压环境下的地幔捕掳体,明显区别于低压环境下的洋中脊深海橄榄岩,表明冈瓦纳古陆裂解残留的大陆地幔物质可能在大洋地幔中长时间滞留。3、揭示了熔体在地幔的迁移过程中会和橄榄岩发生广泛的相互作用,从而改变地幔的矿物结构和化学性质。通过建立地幔熔融模型模拟地幔化学成分的变化趋势,识别出研究区橄榄岩具有LREE、Na、Sr等高度不相容元素异常富集的特征,且富集元素与高场强元素(熔体作用指标)具有良好的相关性,表明成分异常由熔体对地幔的再富集导致。此外,通过矿物鉴定和微结构分类,识别出橄榄岩中存在大量的熔体结晶和熔体岩石反应微结构,为熔体和地幔的相互作用提供了矿物学证据。4、通过将熔体加入地幔进行二元混合模拟,建立了熔体再富集模型,揭示了超慢速扩张洋中脊具有独特的熔体抽提机制,部分熔体以扩散孔隙流的方式沿着矿物间隙向上渗透,导致熔体抽提效率大大降低。超慢速扩张洋中脊地幔对流速度很低,地幔温度很冷,轴部岩石圈很厚,对熔体的抽提具有很大的抑制作用,是造成超慢速扩张洋中脊熔体抽提不完全的主要原因。5、通过对地幔化学性质和熔体抽提机制的限定,为超慢速扩张洋中脊贫岩浆作用段的形成以及岩浆作用的不均一性提供了新的解释。高度亏损的地幔在洋中脊下不发生熔融或者仅熔出少量熔体,减少了岩浆的供应量。而熔体的不完全抽提使部分熔体滞留在地幔中,未参与洋壳的形成,导致岩浆通量进一步减小。两种因素的地幔动力效应是形成洋中脊贫岩浆作用段的主要原因。贫岩浆作用段的成因模式从地幔动力学角度为超慢速扩张洋中脊岩浆作用不均一性的解释提供了新的思路。岩浆作用的不均一控制了海底热液矿床的热量供应和物质来源,是决定矿床类型和分布特征的重要因素,因而可为热液矿床的寻找提供依据。
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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P588.125;P736

【参考文献】