西南印度洋超慢速扩张洋脊岩浆演化过程的斜长石示踪研究

Ultra-slow spreading ridges are characterized by poor magma supply and irregular magma evolution. Investigation on its genesis and related magmatic evolution processes is significantly essential for our understanding of the geodynamics related to the formation of mid-ocean ridges. As the most common mineral in basalt, plagioclase can crystallize at all stages during the magma evolution, and provides an ideal window to trace the processes of magma evolution for its wide range of composition with abundant well retained zoning texture. The project will investigate the texture and composition of plagioclase in the MORB from the Southwest Indian Ridges nearby 50°E, in order to clarify the relationship between the generations of plagioclase or different parts of zoning plagioclase and magmatic evolution processes. The P-T-H2O, oxygen fugacity and fractionation process would also be estimated to reveal the co-variation of the composition of plagioclase and the environmental conditions. Combined with matrix Sr-Nd isotope data, in-situ Sr isotope data of plagioclase will be used to identify the source of mixture. The project will evaluate the main factors controlling on the magma evolution process of ultra-slow spreading ridges through the comparison with other segments in Southwest Indian Ridges and global ultra-slow spreading ridges. The innovation of this project is the utility of plagioclase as tracers of MORB magmatic evolution.

超慢速扩张洋脊以岩浆产率低、岩浆演化规律性差为特点，了解其形成机制与演化过程对研究洋中脊动力学机制有重要意义。斜长石作为玄武岩中最常见的矿物，可形成于岩浆演化的各个阶段，成分变化大，易形成并保留环带结构，是示踪岩浆演化过程的理想对象。本项目拟以西南印度洋50°E附近玄武岩为研究对象，通过斜长石结构和主微量成分分析，厘清斜长石世代和斑晶环带构造中不同部位与岩浆演化阶段的对应关系；结合基质地球化学分析，开展斜长石成分、结构和环境条件变化关系研究，反演超慢速洋中脊玄武质岩浆演化过程中P-T-H2O、氧逸度条件和分异过程；运用斜长石矿物微区Sr同位素分析，结合基质Sr-Nd同位素研究，查明MORB形成过程中可能的岩浆混合源。综合西南印度洋其他脊段及全球超慢速扩张脊岩浆演化资料，探索超慢速扩张洋脊不同脊段岩浆演化差异的主要控制因素。本项目创新之处在于建立利用斜长石微区分析示踪MORB岩浆演化的方法。

本项目选取西南印度洋中脊50°E附近洋脊段玄武岩，进行矿物学和全岩地球化学研究，着重对其中斜长石进行了原位微区分析，开展了斜长石微结构与生长阶段、斜长石矿物化学成分与结晶环境、超慢速扩张脊下岩浆演化过程等内容的研究。取得了以下成果：（1）发现玄武岩斑晶中斜长石具有明显核-边结构，可以指示不同的结晶环境；（2）通过斜长石的成分变化，估算了研究区斜长石的结晶温度；（3）根据斜长石-熔体间平衡关系，揭示了斜长石的不同来源；（4）揭示了超慢速扩张洋脊的喷发机制，为超慢速扩张洋中脊岩浆作用段的形成和岩浆作用的研究提供了新的解释。项目完成了计划研究内容，解决了关键科学问题，基本实现了预期研究目标，并取得了多个方面的创新：（1）基于长石的成分变化，获得西南印度洋洋中脊岩浆体系温度、熔体成分变化信息；（2）通过建立斜长石平衡熔体和寄主岩浆间的平衡关系，估算了岩浆喷发的时间尺度；（3）提出岩浆补给是导致西南印度洋洋中脊50°E附近脊段下岩浆短时间喷发的重要机制，为研究超慢速扩张洋中脊动力学机制提供了新的思路。