Chemical Geology发表南海大洋钻探新成果——揭示南海张裂边缘斜长石调控的玄武岩热液蚀变过程

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摘要

       2021年10月11日,国际著名地球科学期刊Chemical Geology以“Plagioclase-regulated hydrothermal alteration of basaltic rocks with implications for the South China Sea rifting”为题在线发表了同济大学海洋地质国家重点实验室吴家望博士与合作者的最新研究成果。该成果利用国际大洋发现计划(IODP)第367/368航次在南海北部边缘U1502站位所钻取的蚀变洋壳开展岩石学和地球化学研究,揭示了南海张裂期以斜长石调控为主导的玄武岩热液蚀变过程。


       2021年10月11日,国际著名地球科学期刊Chemical Geology以“Plagioclase-regulated hydrothermal alteration of basaltic rocks with implications for the South China Sea rifting”为题在线发表了同济大学海洋地质国家重点实验室吴家望博士与合作者的最新研究成果。该成果利用国际大洋发现计划(IODP)第367/368航次在南海北部边缘U1502站位所钻取的蚀变洋壳开展岩石学和地球化学研究,揭示了南海张裂期以斜长石调控为主导的玄武岩热液蚀变过程。

 

       针对“南海是如何从陆地转变成海洋的”这一重大科学问题,IODP第367/368航次针对南海北部洋—陆过渡带的钻探发现了始新世/渐新世喷出的洋中脊玄武岩(MORB),但综合钻探和地震学结果显示:南海既没有“富岩浆”、也没有“贫岩浆”张裂边缘的典型特征。这一结果不仅出乎意料,而且不同于全球范围内的任何已知典型,故而是首次经大洋钻探确认的中间类型张裂边缘(图1)。其中,在关键站位U1502的底部取得了一套182米厚、经历了热液蚀变作用的玄武质熔岩,不仅是目前最古老的原位钻取南海洋壳,而且提供了一个独特的窗口探讨大陆张裂过程中的热液蚀变(图1)。

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图1. 南海北部边缘洋–陆过渡带以及所研究的IODP367/368航次U1502站位

       该研究是南海热液蚀变玄武岩的首次详细报道,对取自U1502站位的50个全岩样品进行岩石学、元素地球化学、Sr-Nd同位素分析,基于较为新鲜的玄武岩样品,地球化学结果显示U1502的原岩应为拉斑富集型的MORB(图2)。考虑到近乎恒定的地幔特征Nd同位素值,U1502玄武岩应未经历过明显的陆源混染作用。相反,该套玄武岩的最显著特征是Ca元素的淋失、以及Sr同位素的大幅变动,受控于斜长石调控的热液蚀变过程(图3)。该研究具体识别出了两个与斜长石相关的反应:绿泥石化和钠长石化;这两个反应共同导致了Ca的淋失和Sr同位素的变化,并且分别造成了Mg和Na的富集(图4)。

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图2. 基于较新鲜的玄武岩样品的元素地球化学数据,推断U1502原岩为拉斑富集型洋中脊玄武岩

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图3. Nd同位素值与南海成熟洋壳、全球平均洋壳基本一致,表明U1502玄武岩未经历过明显的陆源混染作用。相反,Sr同位素的大幅变化反映了热液蚀变作用的影响,其源区海水与晚始新世的全球海水Sr同位素值较接近

 
 
 

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  图4. U1502玄武岩的热液蚀变过程受斜长石的主要调控,包括钠长石化、绿泥石化,同时受绿帘石化、角砾化等作用的直接影响

       综合热液成因的角砾化现象、金属元素Zn和Cu的富集、异常高的水岩比值(~1–25)、以及特征的绿片岩相蚀变矿物组合(钠长石+绿泥石+绿帘石±石英±黄铁矿)等研究结果(图4),U1502玄武岩应位于热液系统的释放区,并覆盖了从浅部到深部的热液蚀变环境。如此多变的环境条件很可能是由于拆离断层的影响,有利于热液流体向深部迁移。此外,拆离断层的构造效应还可能导致U1502站位穿透了地震学定义的洋壳layer 2A/2B界限,反映了岩石孔隙结构的剧烈变化。这一界限可能代表了枕状玄武岩与席状岩墙的岩性过渡带,也可能代表了热液系统在洋壳中的蚀变作用前缘(图5)。总而言之,无论何种情况,该研究的结果指示了更为复杂、更长时间的南海岩石圈张裂过程。

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图5. 受拆离断层有关的构造效应影响,U1502站位可能钻进了地震学定义的洋壳layer 2A/2B界限,反映了岩石孔隙结构的大幅变化;该界限可能对应于玄武岩与席状岩墙的过渡带,也可能指示了热液系统的蚀变作用前缘

       同济大学海洋地质国家重点实验室为该文章的唯一署名单位,文章作者包括:吴家望博士(第一和共同通讯作者;现为中山大学副教授)、刘志飞教授(共同通讯)、俞恂副研究员。该研究受国家重点研发计划(2018YFE0202402)、国家自然科学基金委(41806064、41530964、41906051)、上海科技创新行动计划(20590780200)、中国博士后科学基金资助(2018M640418、2019T120352)等项目资助。

点击阅读原文:Jiawang Wu, et al..pdf

 

撰稿:吴家望
编辑:张 钊
 
 
 
 

编者按:

       大洋钻探50年来获得岩芯总长度达40余万米,一直保存在大洋钻探的岩芯库里,所有这些岩芯以及船上获得的数据均向全世界科学家免费开放,科学家们可以根据自己的兴趣申请需要的样品开展研究,在发表成果时注明样品由大洋钻探提供即可。

申请样品和数据的流程请登录中国大洋发现计划网站(www.iodp-china.org),了解详细信息。