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地幔地球化学研究的一大进展是发现地幔化学不均一现象,并发现由DM、EMI、EMII、HIMU、FOZO等多个地幔端员组成。对这些地幔端员的研究对揭示地幔不均一性的原因和尺度具有重要意义。近年来在这方面虽然进行了大量的研究,但依然存在诸多的争论。同样存在不同认识的是富集型洋中脊玄武岩(EMORB)的成因。长期以来EMORB被认为是洋中脊与热点相互作用的结果,但远离热点的区域也广泛存在EMORB,暗示MORB源区也是不均一的。 为了进一步制约EMORB的成因,本研究选取了全球17个、具有不同扩张速度的主要洋中脊的玄武岩为研究对象,通过对EMORB和NMORB的主、微量元素和地球化学组成的系统对比考察,获得了如下重要认识: (1)以K2O/TiO2*100≥13为标准将各洋脊的MORB分为EMORB和NMORB,估算了各个洋中脊玄武岩中EMORB样品所占的比例,并发现各洋脊中EMORB样品占所有MORB样品的比例与洋脊扩张速度呈负相关关系,即洋中脊扩张速度越快,其EMORB样品所占比例越小,而洋中脊扩张速度越慢,其EMORB样品所占比例越大。当洋中脊扩张速度大于60mm/yr时EMORB样品所占比例对洋中脊扩张速度的变化不明显;当洋中脊扩张速度小于60mm/yr时,随着洋中脊扩张速度的减小而迅速增加;当洋中脊速度小于20mm/yr时,EMORB则占主体地位。 (2)由于石榴子石可以在辉石岩中保存至尖晶石相稳定区,而且上地幔有大约2-5%的辉石岩(Hirschmann&Stolper,1996),所以如果石榴子石辉石岩参与MORB的形成,就会造成MORB的形成深度较深的“假象”,但实际形成于低压环境,所以辉石岩的参与可以使EMORB具有亏损HREE的微量元素特征的同时,也使EMORB比NMORB具有较高的SiO2和较低FeOT。同时由于慢速扩张洋中脊下,热量发生传导性的丢失(Wonetal.,2007),使得部分熔融程度降低。因此,辉石岩倾向于在慢速扩张洋中脊下发生小程度的部分熔融形成EMORB,EMORB比NMORB富集强不相容性元素K、Na、P,这种小程度的部分熔融同时也使CaO的含量降低,Al2O3的含量升高。 (3)选取Hf,Th和Ta数据比较全的13个洋脊玄武岩计算其Hf/Th和Hf/Ta平均比值,发现除有DUPAL异常的洋脊外,其余洋中脊玄武岩的Hf/Th和Hf/Ta比值与洋中脊扩张速度存在一定的相关性:洋脊扩张速度越小,其Hf/Th和Hf/Ta比值越小。这就从一个侧面印证了EMORB样品所占比例与洋中脊扩张速度之间存在一定的相关性:由于EMORB的Hf/Th和Hf/Ta比值远低于NMORB,NMORB和EMORB的Hf/Th比值分别为17.08和3.38,Hf/Ta比值分别为15.53和4.32,说明EMORB源区比NMORB源区更富集不相容性元素,从而证明EMORB倾向于在慢速扩张洋中脊出现。 (4)综合上述观察和推理,本文提出一种可能的EMORB成因模型。MORB源区由亏损地幔和普遍存在的富集FOZO组分组成。当洋中脊扩张速度很快时,其部分熔融程度也很大,使得亏损地幔在熔体中所占的比例大,而FOZO组分较少,所产生的岩浆的成分为亏损地幔所主宰而亏损强不相容元素,所以NMORB所占比例就高。而当洋中脊扩张速度很慢时,其部分熔融程度相对较小,FOZO组分熔点低,优先熔融,所占比例就较高,所产生的岩浆的成分为富集组分所控制,部分熔融程度小也使MORB富集不相容元素,倾向于形成EMORB。所以快速扩张的洋脊EMORB所占所有MORB中的样品个数比例较少,而慢速扩张洋脊则较高。 DUPAL异常区的MORB具有较高的Hf/Th和Hf/Ta比值,这可能是因为在相同的洋中脊扩张速度下DUPAL异常区较非DUPAL异常区有较高的部分熔融程度,在相同的洋中脊扩张速度下DUPAL异常区较非DUPAL异常区有较低Ce/Yb比值更印证了这一点,说明DUPAL异常区在相同的洋中脊扩张速度下有较高的部分熔融程度,使亏损地幔橄榄岩在MORB源区所占比例增大,从而升高了DUPAL异常区MORB的Hf/Th和Hf/Ta比值。