科科斯脊玄武巖斜長(zhǎng)石礦物化學(xué)及地質(zhì)意義

葛振敏，鄢全樹,2,3*，趙仁杰,3，施美娟

( 1. 自然資源部第一海洋研究所 海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061；3. 山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590)

1 引言

大多數(shù)的無震脊，記錄了板塊運(yùn)移到地幔柱之上時(shí)，熱點(diǎn)長(zhǎng)期活動(dòng)的歷史[1]。位于東太平洋的科科斯(Cocos)脊，被認(rèn)為是加拉帕戈斯(Galápagos)地幔柱熱點(diǎn)活動(dòng)的產(chǎn)物(圖1a)，但是該區(qū)域由于熱點(diǎn)鄰近科科斯-納茲卡(Nazca)擴(kuò)張中心而具有復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史[6-14]。綜合大洋鉆探計(jì)劃（IODP）334和344航次在中美洲哥斯達(dá)黎加(Costa Rica)西部海域?qū)嵤┿@探，并在U1381站位兩個(gè)鉆孔（A孔和C孔）獲得了正在沿著中美洲海溝俯沖的科科斯脊片段的基底玄武巖樣品[15](圖1a)。前人對(duì)科科斯脊開展了一些調(diào)查研究，比如深海鉆探計(jì)劃(DSDP)16航次158站位曾在科科斯脊西北部進(jìn)行過鉆探取樣，并獲得基底巖石樣品[16]；1999年德國(guó)太陽號(hào)SO 144-3航次對(duì)加拉帕戈斯與中、南美洲之間的無震脊和海山進(jìn)行了系統(tǒng)的巖石取樣[6]。目前的研究主要是通過全巖主微量元素及同位素手段對(duì)科科斯脊的構(gòu)造演化過程進(jìn)行了一定的探討[6-7]，識(shí)別出了科科斯脊的地幔源區(qū)與加拉帕戈斯熱點(diǎn)的關(guān)系，但是仍缺乏詳細(xì)的基底玄武巖中單礦物組分的數(shù)據(jù)資料，對(duì)巖漿房的演化過程尚缺乏明確的認(rèn)識(shí)。

地幔巖石部分熔融形成的玄武質(zhì)巖漿從源區(qū)上升至噴發(fā)地表期間，會(huì)經(jīng)歷如分離結(jié)晶和同化混染等巖漿過程[17]。全巖組分是多個(gè)巖漿作用過程疊加的產(chǎn)物[18]，因此在揭示巖漿過程的研究中，相對(duì)于全巖組分，玄武巖內(nèi)單礦物具有獨(dú)特的作用，它們會(huì)記錄復(fù)雜的巖漿演化歷史。對(duì)于大洋玄武巖來說，母巖漿離開源區(qū)后上升到地表期間，分離結(jié)晶作用是導(dǎo)致巖漿組分演變的最主要的過程。洋底玄武巖中可能包含多種形式的礦物晶體，如：（1）斑晶，直接從寄主玄武質(zhì)巖漿中結(jié)晶出來，（2）循環(huán)晶，起源于與寄主巖漿同源的巖漿，但不是從寄主巖漿中直接生長(zhǎng)出來的，且在進(jìn)入寄主巖漿前已經(jīng)循環(huán)了一次或多次的礦物晶體[19]，以及（3）捕虜晶，被玄武質(zhì)巖漿捕獲的、與該巖漿不同源的地幔源區(qū)處或圍巖的礦物晶體[20-21]。此外，洋底玄武巖中通常會(huì)出現(xiàn)一些礦物微晶，它是在巖漿減壓及噴發(fā)的過程中成核并快速生長(zhǎng)起來的[21]。斜長(zhǎng)石是拉斑玄武巖中的主要礦物之一，地幔源區(qū)部分熔融生成的基性巖漿在上升到地表期間，不斷演化的巖漿在較寬的溫度-壓力范圍條件下均可以結(jié)晶出斜長(zhǎng)石礦物。根據(jù)CaMgSi2O6-CaAl2Si2O8相圖，位于共結(jié)點(diǎn)與An端點(diǎn)之間的基性巖漿，在溫度下降時(shí)，將會(huì)優(yōu)先晶出斜長(zhǎng)石，到達(dá)共結(jié)點(diǎn)之后，輝石開始與斜長(zhǎng)石共同晶出，形成間粒結(jié)構(gòu)，并持續(xù)結(jié)晶，若巖漿噴出地表冷卻較快，剩余熔體來不及結(jié)晶，從而形成間隱結(jié)構(gòu)或玻基斑狀結(jié)構(gòu)[22]。同時(shí)，由于在斜長(zhǎng)石晶體中(Ca2+)(Al3+)(Na+)(Si4+)的等價(jià)離子交換具有較慢的擴(kuò)散速率[23]，斜長(zhǎng)石斑晶通常具有生長(zhǎng)環(huán)帶，是巖漿成分演化以及巖漿動(dòng)力學(xué)的良好記錄[24-27]。因此對(duì)基性巖漿中的斜長(zhǎng)石斑晶和微晶化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)開展研究，將為巖漿房的演化過程及演化機(jī)理提供重要信息。本文對(duì)科科斯脊基底玄武巖中的斜長(zhǎng)石斑晶和微晶進(jìn)行了系統(tǒng)的主微量元素分析，計(jì)算了斜長(zhǎng)石形成的溫度條件，探討了斜長(zhǎng)石斑晶與微晶的成因信息和巖漿演化過程，為完整理解科科斯脊成因及地質(zhì)演化提供了重要線索。

2 地質(zhì)背景與斜長(zhǎng)石寄主巖石特征

哥斯達(dá)黎加地區(qū)西側(cè)岸外，科科斯-納茲卡擴(kuò)張中心形成的科科斯板塊正在沿著中美洲海溝俯沖消減到加勒比(Caribbean)板塊之下[9]（圖1a）。由于加拉帕戈斯熱點(diǎn)和科科斯-納茲卡擴(kuò)張中心的相互作用，該熱點(diǎn)在科科斯板塊上形成了NE-SW向的科科斯脊[6-14]（圖1a）。該脊高于周圍海底2.5 km，是加厚的地殼，厚度約25 km，是平均洋殼厚度的3倍[7-8,12,15]。該無震脊也與上述科科斯板塊一道向東俯沖于加勒比板塊之下。

IODP U1381站位位于科科脊正在俯沖的片段上，距離海溝約6 km[15]（圖1a）。先前研究顯示，該片段北東側(cè)的拉斑玄武巖年齡為13.0～14.5 Ma[11]。本次研究的6個(gè)樣品取自該站位的A孔和C孔，U1381 A 孔水深2 069.1 m（坐標(biāo)8°25.715 0′N，84°9.469 0′W）[4]，U1381 C 孔 水 深 2 064.6 m（坐 標(biāo) 8°25.702 7 ′N、84°9.480 0′W）[5]，巖芯柱狀圖見圖 1b。本次研究的斜長(zhǎng)石的寄主巖石均為拉斑玄武巖[28]。巖石樣品的總體特征如下：氣孔狀或塊狀構(gòu)造，除了樣品1381A-18R2和1381A-20R2不具有斑晶以外，其余樣品均為斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶含量2%～10%。樣品1381A-14R2、1381A-16R2、1381C-13X1的斑晶礦物為斜長(zhǎng)石和少量單斜輝石，樣品1381A-26R1僅見斜長(zhǎng)石斑晶?；|(zhì)主要為填間結(jié)構(gòu)，部分樣品為間?；蜷g隱結(jié)構(gòu)，基質(zhì)中常見斜長(zhǎng)石、單斜輝石微晶，可見磁鐵礦等副礦物。斜長(zhǎng)石斑晶（0.15 mm×0.35 mm～0.70 mm×1.05 mm）多呈自形、半自形板狀（圖2b至圖2d），也見他形（圖2a），斜長(zhǎng)石發(fā)育聚片雙晶，可見多個(gè)斜長(zhǎng)石斑晶或與輝石斑晶形成聯(lián)晶（圖2a至圖2d）。斜長(zhǎng)石斑晶可見弱環(huán)帶結(jié)構(gòu)（圖2c，圖2d），存在不同程度的熔蝕現(xiàn)象（圖2a至圖2d）?；|(zhì)中斜長(zhǎng)石微晶（0.01 mm×0.05 mm～0.1 mm×0.4 mm）常呈半自形長(zhǎng)條狀（圖2e，圖2f），不定向，可見斜長(zhǎng)石微晶與單斜輝石微晶交差生長(zhǎng)（圖2e），斜長(zhǎng)石微晶多具中空骸晶結(jié)構(gòu)（圖 2e）。

3 分析方法

本次研究利用電子探針（EPMA）和激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜（LA-ICP-MS）對(duì)斜長(zhǎng)石分別開展了原位主量元素和微量元素分析測(cè)試，具體分析方法如下。

斜長(zhǎng)石電子探針分析在自然資源部第一海洋研究所的JXA-8230型電子探針分析儀上完成。儀器分析條件為：加速電壓15.0 kV，測(cè)試電流1×10-8A。根據(jù)點(diǎn)位的情況，分析選用“spot”模式（電子束斑直徑1 μm）或“circle”模式（電子束斑直徑 10 μm），定量分析檢出限約 100×10-6。采用鈉長(zhǎng)石（Na、Si）、斜長(zhǎng)石（Ca、Al）、橄欖石（Mg）、赤鐵礦（Fe）、正長(zhǎng)石（K）、氧化鉻（Cr）、金紅石（Ti）、薔薇輝石（Mn）和硅化鎳（Ni）作為標(biāo)樣，分析采用GB/T 15617-2002硅酸鹽礦物的電子探針定量分析方法，ZAF(Z、A及F分別代表原子數(shù)、吸收以及熒光)校正方法。電子探針分析誤差為：＞20% 的元素(SiO2、Al2O3)，允許的相對(duì)誤差≤5%；3%≤含量≤20%的元素(CaO、Na2O)，允許的相對(duì)誤差≤10%；1%≤含量≤3%的元素(Na2O)，允許的相對(duì)誤差≤30%；0.5%≤含量≤1%的元素(MgO、MnO、FeO、TiO2、Cr2O3、NiO、K2O)，允許的相對(duì)誤差＜50%；總量誤差小于±2%。圖像分析采用二次電子圖像及背散射電子圖像。

斜長(zhǎng)石的LA-ICP-MS分析測(cè)試在北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司完成。所用儀器為德國(guó)的Anlyitik Jena PQMS Elite型ICP-MS及與之配套的美國(guó)ESI NWR 193 nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕過程中采用He為載氣進(jìn)行剝蝕，激光束斑直徑為35 μm，深度為5 μm，頻率為 10 Hz，單點(diǎn)分析時(shí)間為 80 s，其中 15 s的空白背景采集，45 s連續(xù)剝蝕采集，20 s清洗進(jìn)樣系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)過程中斜長(zhǎng)石采用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為SRM612。每分析5～15個(gè)樣品點(diǎn)分析一組標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，數(shù)據(jù)結(jié)果采用內(nèi)標(biāo)法用Glitter進(jìn)行處理，選用內(nèi)標(biāo)元素Si。大多數(shù)元素的測(cè)試準(zhǔn)確度小于5%，分析精度大于10%。

圖 1 科科斯脊及鄰近地區(qū)簡(jiǎn)要地質(zhì)圖及IODP U1381站位位置[2-3] (a)，U1381A孔和C孔巖芯柱狀簡(jiǎn)圖(mbsf：海底以下深度，單位：m)[4-5] (b)Fig. 1 Tectonic setting of the Cocos Ridge and the adjacent area[2-3] (a), schematic lithostratigraphic summary of holes U1381A and C[4-5](mbsf: meter below seafloor) (b)

4 結(jié)果

4.1 斜長(zhǎng)石種屬及主量元素特征

電子探針測(cè)試所得斜長(zhǎng)石平均成分見表1。此次研究的斜長(zhǎng)石具有較寬的An值范圍（41～89），斜長(zhǎng)石斑晶An值較高，部分斑晶邊部及微晶An值較低（圖3）。U1381 A孔斜長(zhǎng)石種類與U1381 C孔類似（圖3），主要為培長(zhǎng)石、拉長(zhǎng)石及中長(zhǎng)石，與大洋拉斑玄武巖特征相符合[29]。

斜長(zhǎng)石斑晶An值在42～89之間，平均值為80，種屬主要為培長(zhǎng)石，部分為中長(zhǎng)石及拉長(zhǎng)石（表2）。根據(jù)An值的高低及是否具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)，斜長(zhǎng)石斑晶可分為以下3類：第一種斜長(zhǎng)石斑晶An值可達(dá)80以上，在背散射圖像上不具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)，例如斑晶1381A-14R2-pl-04（圖 2a，表 2）；第二種斜長(zhǎng)石斑晶具有核-邊結(jié)構(gòu)的環(huán)帶，由較寬的、具高An值（＞80）的核部和相對(duì)較窄的、具低An值的邊部構(gòu)成，例如斑晶 1381C-13X1-pl-06（圖 2d，表 2），邊部發(fā)育可能不完全，例如斑晶 1381C-13X1-pl-01（圖 2c，表 2）；第三種斜長(zhǎng)石斑晶An值較低（＜80），背散射圖像上不見明顯的環(huán)帶，An值從核部向邊部逐漸降低，例如斑晶1381A-16R2-pl-01（圖 2b，表 2）。

斜長(zhǎng)石微晶An值介于41～76，平均值60，以拉長(zhǎng)石為主，也見培長(zhǎng)石及中長(zhǎng)石（圖3）。不同樣品間斜長(zhǎng)石斑晶和微晶An值存在一定的差異，對(duì)于單一樣品來講，斜長(zhǎng)石斑晶An值要高于基質(zhì)中斜長(zhǎng)石微晶，即CaO含量下降，而Na2O含量上升，符合斜長(zhǎng)石礦物成分在巖漿上升過程中的演化規(guī)律[30]。

圖 2 典型斜長(zhǎng)石礦物的背散射電子(BSE)圖像Fig. 2 Backscattering electron (BSE) images of representative plagioclases

4.2 斜長(zhǎng)石微量元素特征

本文研究對(duì)樣品1381A-14R2、1381C-13X1中斜長(zhǎng)石斑晶和基質(zhì)中微晶，以及樣品1381A-20R2中微晶進(jìn)行了原位微量元素測(cè)試，結(jié)果見表3。U1381 A孔與U1381 C孔斜長(zhǎng)石斑晶及微晶的微量元素特征類似，但不同樣品間具有一定的差異。

表 2 典型斜長(zhǎng)石斑晶電子探針分析組分(wt%)Table 2 EPMA compositions (in wt %) of typical plagioclase phenocrysts

樣品1381A-14R2、1381C-13X1中斜長(zhǎng)石斑晶具有比較一致的稀土配分形態(tài)（圖4）。斜長(zhǎng)石斑晶稀土總量在 1.35×10-6～1.95×10-6之間，平均值為 1.63×10-6，從斑晶的核部到邊部，稀土總量呈振蕩變化，變化范圍較?。ū?）。斜長(zhǎng)石斑晶LREE/HREE的變化范圍在10.86～15.15之間，平均值為13.17；(La/Yb)N在11.51～26.19之間，平均值為17.50（表3），稀土配分曲線呈右傾型（圖4），明顯富集輕稀土，虧損重稀土（圖4）。δEu變化范圍為7.81～16.84，平均值為11.80（表 3），具有明顯的 Eu 正異常（圖 4）。

然而，在不同樣品及同一樣品的不同礦物間，斜長(zhǎng)石微晶的稀土配分曲線存在明顯差異（圖4）。樣品1381A-14R2中斜長(zhǎng)石微晶稀土元素總量明顯高于斜長(zhǎng)石斑晶；具有比斑晶弱的Eu正異常，或基本不具有Eu異常；稀土配分曲線整體較為平整（圖4，表3）。樣品1381A-20R2的斜長(zhǎng)石微晶具有比其他樣品中斑晶更高的輕稀土元素含量，及更顯著的Eu正異常（圖4，表3）；樣品1381C-13X1中部分微晶稀土配分曲線與斑晶相似，部分微晶稀土含量較高，且具有比斑晶弱的Eu正異常（圖4）。

與稀土配分情況相似，斜長(zhǎng)石斑晶具有比較一致的微量元素分布型式，而斜長(zhǎng)石微晶的微量元素分布較為雜亂（圖 5，表 3）。

細(xì)節(jié)上，從原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化后的斜長(zhǎng)石微量元素蛛網(wǎng)圖（圖5）中可以看出，斜長(zhǎng)石斑晶中，大離子親石元素（LILEs）Ba、Sr表現(xiàn)出顯著富集；高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSEs）Nb、Ta、Zr、Hf則呈明顯虧損。Sr、Ba在造巖礦物中主要以類質(zhì)同象的形式代替Ca、K。Sr在斜長(zhǎng)石中表現(xiàn)為相容性元素[33]，Sr、Ba的富集可能與二者在斜長(zhǎng)石中具有較高的分配系數(shù)有關(guān)。

樣品1381A-14R2中斜長(zhǎng)石微晶微量元素分布與斑晶具有明顯的差異，微晶明顯富集不相容元素，部分微晶具有顯著的Sr負(fù)異常，在蛛網(wǎng)圖中呈中間凹、兩邊較為平坦的型式（圖5）。樣品1381A-20R2中斜長(zhǎng)石微晶具有與樣品1381A-14R2、1381C-13X1中斑晶相似的微量元素分配型式，但是具有更為明顯的Ba、La、Pb、Sr及 Eu正異常（圖 5）。樣品 1381C-13X1中斜長(zhǎng)石微晶同樣分為兩種，一種具有與斑晶相似的微量元素分配型式，另一種微晶則具有較高的不相容元素含量（圖 5）。

總體上，斜長(zhǎng)石斑晶整體比微晶具有更低的輕稀土元素含量，更強(qiáng)的Eu正異常，以及較低的不相容元素含量，反映斑晶結(jié)晶自相對(duì)原始的巖漿，而微晶則是演化的最終巖漿噴出地表后淬冷的產(chǎn)物。斑晶核部-邊部以及微晶的母巖漿可能具有連續(xù)演化的特征。

圖 4 U1381站位玄武巖中斜長(zhǎng)石的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解（球粒隕石數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[31]）Fig. 4 Chondrite-normalized REE patterns of the plagioclases in basalts from Site U1381 (CI chondrite values cited from reference [31])

5 討論

5.1 斜長(zhǎng)石結(jié)晶的溫度條件

從離開源區(qū)到上升至地表的過程中，巖漿不斷發(fā)生演化，演化的一個(gè)關(guān)鍵因素是發(fā)生了礦物結(jié)晶及分離，而礦物結(jié)晶的深度和溫度是研究巖漿體系的狀態(tài)及演化過程的關(guān)鍵[25,30,34]，因此對(duì)礦物結(jié)晶溫度和壓力的計(jì)算對(duì)于理解巖漿體系的演化非常重要[34]。Kudo和Weill[35]建立了斜長(zhǎng)石礦物溫度計(jì)，該溫度計(jì)的平均誤差(計(jì)算溫度-實(shí)測(cè)溫度)為-1 K，標(biāo)準(zhǔn)偏差為34 K，公式適用的巖石類型從玄武巖至流紋巖，溫度范圍覆蓋700～1 550℃[35]。由于根據(jù)Kudo和Weill[35]計(jì)算的溫度通常比實(shí)測(cè)的要高，Mathez[36]利用天然玄武巖和安山巖數(shù)據(jù)對(duì)Kudo和Weill[35]的溫度計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。為了比較斜長(zhǎng)石斑晶和微晶結(jié)晶條件的差異，此次研究利用Mathez[36]的方法對(duì)斜長(zhǎng)石的結(jié)晶溫度進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表4。因?yàn)樾遍L(zhǎng)石斑晶形成深度較大，而斜長(zhǎng)石微晶是巖漿噴出地表后結(jié)晶的產(chǎn)物，斜長(zhǎng)石微晶的計(jì)算選擇＝0.5×108Pa時(shí)的計(jì)算公式，斜長(zhǎng)石斑晶的計(jì)算采用＝1.0×108Pa時(shí)的公式[36]。

U1381 A孔斜長(zhǎng)石斑晶結(jié)晶溫度為1 050～1 253℃，斜長(zhǎng)石微晶結(jié)晶溫度為866～988℃（表4）；U1381C孔斜長(zhǎng)石斑晶結(jié)晶溫度為1 149～1 249 ℃，斜長(zhǎng)石微晶結(jié)晶溫度為1 021～1 033℃（表4）。C孔斜長(zhǎng)石結(jié)晶溫度整體略高于A孔?？傮w上，該站位斜長(zhǎng)石斑晶結(jié)晶溫度為1 050～1 253℃，斜長(zhǎng)石微晶結(jié)晶溫度為866～1 033℃（表4），因?yàn)樾遍L(zhǎng)石斑晶邊部的影響，二者的結(jié)晶溫度計(jì)算結(jié)果部分重疊，但是斜長(zhǎng)石斑晶結(jié)晶溫度整體高于微晶。因此，以上結(jié)果反映本次研究的斜長(zhǎng)石礦物分兩期形成，斜長(zhǎng)石斑晶形成深度相對(duì)較深，結(jié)晶溫度較高，斜長(zhǎng)石微晶結(jié)晶溫度略低于斑晶，推測(cè)形成深度較淺，結(jié)晶較晚。但斜長(zhǎng)石斑晶核部-邊部與微晶的結(jié)晶溫度具有重合的部分，說明斜長(zhǎng)石的結(jié)晶可能是一個(gè)連續(xù)的過程。

圖 5 U1381站位玄武巖中斜長(zhǎng)石原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（原始地幔數(shù)據(jù)來自于文獻(xiàn)[32]）Fig. 5 Primitive mantle normalized trace element spidergram of the plagioclases in basalts from Site U1381(primitive mantle values after reference [32])

表 4 斜長(zhǎng)石結(jié)晶溫度范圍Table 4 Crystallization temperatures of plagioclases

5.2 斜長(zhǎng)石的成因

5.2.1 高An值斜長(zhǎng)石斑晶核部的成因

巖漿形成、演化及噴出地表的過程中，可能存在不同批次巖漿補(bǔ)給與巖漿分異，從而形成組分復(fù)雜的礦物晶體。影響斜長(zhǎng)石組成成分及形態(tài)特征的因素是復(fù)雜的，包括巖漿的組分、溫度、壓力及揮發(fā)分等，有時(shí)是多種因素綜合的結(jié)果[18,37]。An值的變化通常是所有因素共同作用下的結(jié)果，例如，等壓條件下溫度的降低及等溫條件下壓力的升高往往會(huì)使斜長(zhǎng)石更富鈉[37]。而對(duì)于低堿拉斑玄武巖，結(jié)晶最高的An（＞88）的最佳條件為：2×108～3×108Pa，H2O 近飽和狀態(tài)[38]。高 An 值的斑晶狀斜長(zhǎng)石可能是演化程度較弱的早期巖漿在深部高壓巖漿房中結(jié)晶形成的，可能是捕虜晶[39]或循環(huán)晶[40]。因此，我們綜合考慮An值與斜長(zhǎng)石中其他元素（例如，F(xiàn)e、Ti、Mg、Sr、部分LREE等）的含量來研究斜長(zhǎng)石的成因及巖漿體系的演化過程。如果An值的改變僅僅是由于溫度或者H2O含量變化引起的，那么這些元素的含量應(yīng)該保持不變[41]，但是如果An值和Fe等元素同時(shí)改變，將會(huì)反映巖漿系統(tǒng)化學(xué)成分的改變[18]。

此次研究的樣品中，高An值（An＞80）的斜長(zhǎng)石斑晶核部具有較低的Ti和Fe含量（圖6a，圖6b），以及較低的不相容元素含量（圖5，圖6c），表明是巖漿演化早期的產(chǎn)物。大的斜長(zhǎng)石斑晶核部元素組分呈振蕩變化（圖7），反映是在規(guī)模較大的巖漿房，受巖漿對(duì)流作用影響[18,42]，持續(xù)結(jié)晶的產(chǎn)物。并且，此次研究的部分斜長(zhǎng)石斑晶呈正環(huán)帶，邊部An值較低，具有完整的生長(zhǎng)邊（圖2d）。微量元素組成上，斜長(zhǎng)石斑晶核部和邊部與微晶具有一定的相似性或演化關(guān)系，因此此次研究中的斑晶并非捕虜晶，而是不同批次原始巖漿不斷注入巖漿房并持續(xù)演化的產(chǎn)物（可能是循環(huán)晶）。同時(shí)，斜長(zhǎng)石聯(lián)晶的出現(xiàn)，也可能反映熱的原始巖漿的連續(xù)注入打亂巖漿房?jī)?nèi)的對(duì)流，從而使斜長(zhǎng)石上浮到巖漿房頂部形成聯(lián)晶[37]。

圖 6 斜長(zhǎng)石中FeOT、TiO2、La隨An值變化圖解Fig. 6 Plots of An versus FeOT、TiO2、La of plagioclases

圖 7 典型斜長(zhǎng)石斑晶從核部到邊部元素組成變化圖解Fig. 7 Schematic diagram of major oxides compositional variations or trace element concentrations of typical plagioclase phenocrysts

5.2.2 斜長(zhǎng)石斑晶熔蝕麻點(diǎn)結(jié)構(gòu)及弱的正環(huán)帶結(jié)構(gòu)的成因

斜長(zhǎng)石斑晶通常具有熔蝕麻點(diǎn)結(jié)構(gòu)，可能的原因有：減壓上升[43]或/和巖漿混合[44-45]造成的。H2O不飽和的情況下，巖漿快速上涌，壓力下降，持續(xù)上升，降低了斜長(zhǎng)石的穩(wěn)定性，會(huì)使斜長(zhǎng)石溶解形成熔蝕麻點(diǎn)結(jié)構(gòu)；而在相同的巖漿上涌速率下，揮發(fā)分含量降低，會(huì)使熔蝕程度減弱[43,46]。

樣品1381A-14R2含有大量氣孔，其中斜長(zhǎng)石斑晶呈卵圓狀，有明顯的熔蝕現(xiàn)象（圖2a），且不具有反應(yīng)邊，推測(cè)是在巖漿減壓上升過程中形成的。樣品1381A-16R2中斜長(zhǎng)石斑晶熔蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，礦物晶型不完整（圖2b），且An值較低（表2），可能是受熔蝕再生長(zhǎng)影響。樣品1381C-13X1中僅含有極少的氣孔，該樣品中斜長(zhǎng)石斑晶熔蝕程度減弱。此外，巖石樣品不具有巖漿混合的巖相學(xué)證據(jù)（例如，斜長(zhǎng)石的反環(huán)帶），因此推測(cè)此次研究的樣品中斜長(zhǎng)石斑晶的熔蝕麻點(diǎn)結(jié)構(gòu)受減壓上升的影響。

此次研究中主要見兩種斜長(zhǎng)石正環(huán)帶結(jié)構(gòu)。斑晶1381C-13X1-pl-01具有不完全的低An值的邊（圖2c，表2），且該邊部An值與其他元素不具有明顯的相關(guān)性（圖7），可能是與晚期注入的相對(duì)原始的巖漿相互作用發(fā)生了均一化[30]。斑晶1381C-13X1-pl-06呈正環(huán)帶結(jié)構(gòu)（圖2d，表2），具低An值的、清晰的斜長(zhǎng)石礦物生長(zhǎng)邊可能是晚期高度演化巖漿的結(jié)晶產(chǎn)物[47]。

5.3 巖漿作用過程

此次研究的拉斑玄武巖巖石樣品中，主要礦物只有斜長(zhǎng)石及單斜輝石，因此可以參考Di-Ab-An三元共結(jié)體系[6]。根據(jù)相律，在該含固溶體的三元共結(jié)體系中，只考慮溫度作為影響體系平衡的外界因素時(shí)，在封閉體系中，只能存在一種斑晶礦物相。由于樣品中同時(shí)具有斜長(zhǎng)石和單斜輝石斑晶，說明是一個(gè)開放的體系，可能發(fā)生巖漿的對(duì)流。

斜長(zhǎng)石的組分、結(jié)構(gòu)特征及結(jié)晶溫度，為系統(tǒng)研究巖漿房的演化及巖漿作用過程提供了有效信息。地幔巖石在合適的物理化學(xué)條件下發(fā)生部分熔融，部分熔融體在上地幔頂部聚集為原始巖漿，并形成規(guī)模較大的巖漿房。高An值的斜長(zhǎng)石循環(huán)晶，反映在該開放的巖漿房中，可能存在弱的巖漿對(duì)流并有原始巖漿不斷注入進(jìn)該巖漿房中，多期巖漿補(bǔ)給使得巖漿成分不斷改變。斜長(zhǎng)石熔蝕結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，反映巖漿攜帶部分早期結(jié)晶的斜長(zhǎng)石斑晶上涌，由于巖漿中攜帶揮發(fā)分的原因，巖漿減壓上升過程中巖漿中水壓不斷上升。巖漿成分因晶出早期晶體（如富鈣斜長(zhǎng)石）而發(fā)生演化，即成為演化巖漿。隨后，斜長(zhǎng)石斑晶在上升過程中逐漸形成低An值（從不斷演化的巖漿中晶出）的邊部。巖漿噴發(fā)到達(dá)地表時(shí)，演化程度較高的巖漿，在淬冷條件下晶出低An值的較自形的斜長(zhǎng)石微晶，并形成中空骸晶結(jié)構(gòu)。

6 結(jié)論

（1）U1381站位科科斯脊基底玄武巖中斜長(zhǎng)石斑晶以培長(zhǎng)石為主，見少量拉長(zhǎng)石及中長(zhǎng)石；斜長(zhǎng)石微晶以拉長(zhǎng)石為主，也見培長(zhǎng)石及中長(zhǎng)石，符合大洋拉斑玄武巖的特征。部分斜長(zhǎng)石斑晶為正環(huán)帶，多數(shù)斑晶在背散射圖像上不見明顯的環(huán)帶，但是從核部到邊部An值呈高低變化。

（2）斜長(zhǎng)石斑晶從核部到邊部具有大致一致的微量元素分布特征，整體富集輕稀土，具有明顯的Eu正異常，富集Sr、Ba等大離子親石元素，虧損Nb、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素。部分斜長(zhǎng)石微晶微量元素配分樣式與斑晶相一致，但多數(shù)斜長(zhǎng)石微晶具有比斑晶更高的不相容元素含量。

（3）斜長(zhǎng)石斑晶結(jié)晶溫度為1 050～1 253℃，斜長(zhǎng)石微晶結(jié)晶溫度為866～1 033℃，斑晶結(jié)晶溫度略高于微晶，這符合一般大洋板內(nèi)拉斑玄武巖的巖漿過程。

（4）高An值的斜長(zhǎng)石斑晶可能是循環(huán)晶，斑晶核部是相對(duì)原始巖漿的產(chǎn)物，而斑晶的邊部以及微晶是演化巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物。根據(jù)斜長(zhǎng)石主微量元素分布特征，熔蝕麻點(diǎn)結(jié)構(gòu)（由于巖漿減壓上升造成的）及環(huán)帶結(jié)構(gòu)，推測(cè)科科斯脊基底玄武巖來自于開放的巖漿房，且?guī)r漿房?jī)?nèi)可能存在原始巖漿的不斷注入及巖漿對(duì)流。

致謝：感謝中國(guó)IODP辦公室的資助，感謝權(quán)瑞平老師在激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜測(cè)試實(shí)驗(yàn)中給予的指導(dǎo)和幫助！