南太平洋Louisville海山玄武岩的成因与源区特征项目摘要

典型的大洋板内岩浆作用产物不仅包括出露于海平面之上的海岛，还包括沉没在海面之下的海山。然而，目前对板内玄武岩的认识主要来自于对洋岛玄武岩（OIB）的研究。南太平洋的Louisville海山链是规模仅次于夏威夷-皇帝海岭的火山链。IODP 330 航次对Louisville海山链中的4 座海山进行了钻探取样，发现这些海山都由碱性玄武岩组成，是研究板内碱性玄武岩成因的理想对象。通过分析玄武岩中橄榄石斑晶的元素（包括微量元素Ni,Mn,Ca）、稳定同位素（O 和Mg）以及其中熔体包裹体的元素和放射性成因同位素（Sr, Pb）组成，结合全岩的地球化学特征，探讨板内碱性玄武岩的成因及其源区的岩性组成和化学不均一性。

南太平洋Louisville海山链规模仅次于夏威夷-皇帝海岭，是研究板内洋岛玄武岩（OIB）的理想对象。本项目基于Louisville碱性玄武岩和夏威夷洋岛玄武岩的Mg同位素组成对地幔Mg同位素不均一性进行了重新评估。我们的统计研究发现，无论是已经发表的OIB的Mg同位素数据，还是本研究新获得的数据，都显示出板内碱性玄武岩系统性地具有比拉斑玄武岩轻的Mg同位素组成。通过探讨各种微量元素比值指标与δ26Mg值之间的相关性发现，大部分OIB的δ26Mg值与部分熔融程度敏感的微量元素比值（如Nb/Zr，La/Sm等）之间具相对较高的相关性显著水平，而与源区组成相关的比值（如Nb/Th，Hf/Sm等）之间的相关性显著水平则逐渐降低。相关性的差异说明这些板内玄武岩的Mg同位素组成主要受控于部分熔融程度。模拟计算表明，再循环洋壳（石榴辉石岩或者榴辉岩）熔融过程中，由于石榴子石效应，低程度熔融会导致玄武岩的Mg同位素组成发生明显分馏。同时，我们也关注到在一定的熔融程度下，Louisville海山玄武岩的Mg同位素组成明显比其它OIB轻，反映其源区的再循环洋壳的贡献没有或者显著低于其它OIB。在进一步约束了Mg同位素在高温条件下的分馏机制后，大洋/大陆板内玄武岩的Mg同位素组成即可用于示踪与再循环物质有关的深部地幔源区特征，例如（1）与重循环碳酸盐相关的岩浆熔融或反应活动；（2）由全球OIB定义的经典EM1、EM2以及HIMU地幔端元等。

碱性玄武岩的矿物成分和化学成分变化范围都很大，突出的特征是富碱，K₂O Na₂O>5%，最高可达9%。一般Na₂O>K₂O，很少有K₂O>Na₂O的。与拉斑玄武岩相比，碱性玄武岩在矿物成分上以含大量碱性长石、碱性暗色矿物、富钛辉石为特征，基质中出现橄榄石而无石英。若岩石碱度更高时，则会出现似长石。与钙碱性玄武岩相比，富TiO₂（>2%），高碱。岩石常具有玻基斑状结构、玻基交织结构。