玄武巖與上覆富鈷結(jié)殼的關(guān)系

玄武巖與上覆富鈷結(jié)殼的關(guān)系

0基巖火山巖樣品晚白牙西部地區(qū)是地?；顒赢a(chǎn)生的玄武巖巖的最集中地區(qū)，也是富鈷鐵錳殼和磷巖發(fā)育的地區(qū)。西太平洋海山生長富鈷結(jié)殼的基巖主要為玄武巖、玄武質(zhì)火山碎屑巖、磷質(zhì)巖、碳酸鹽巖、泥質(zhì)巖,基巖主要以下覆方式與結(jié)殼殼層相接觸。結(jié)殼和基巖的關(guān)系受到國內(nèi)外研究者的普遍關(guān)注,這些海山基巖很可能為鐵錳結(jié)殼的形成提供了生長場所。然而這些基巖是否真的為鐵錳結(jié)殼提供了物質(zhì)來源,還存在著異議[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18]。本文將從海山玄武巖和玄武質(zhì)火山角礫巖的巖石學(xué)特征、氣孔充填物的成分及其變化,討論海山玄武質(zhì)巖石與上覆富鈷結(jié)殼的關(guān)系,為海山玄武質(zhì)巖石是否為富鈷結(jié)殼物質(zhì)來源提供巖石學(xué)證據(jù)。西太平洋海山由南部海山組(包括Limalok(871)、Lo-En(872)、Wodejebato(873-877))和北部海山組(包括MIT和Takuyo-Diaisan海山)組成,本研究的樣品位于南北兩個海山組之間(圖1)。本研究獲得的基巖火山巖樣品主要為玄武巖、玄武質(zhì)火山角礫巖,樣品情況如下所述。DY105-11航次:經(jīng)度160°44′36″E、緯度21°44′52″N、水深2109m取得2個玄武巖樣品(CLD01-1及CLD01-2)。DY105-11航次:經(jīng)度160°07′57″E、緯度21°16′55″N、水深2448m取得5個玄武質(zhì)火山角礫巖樣品(CLD11-3—CLD11-7)。DY105-11航次:經(jīng)度149.4786°E、緯度20.1893°N、水深1626m取得2個玄武巖樣品(MID06-8及MID06-9)。DY105-13航次:經(jīng)度149°36.0349′E、緯度20°25.8708′N、水深1996m取得3個玄武質(zhì)火山角礫巖樣品(MID21-10—MID21-12)。1角閃石及磷灰石基于上述樣品進(jìn)行了火山巖巖相學(xué)特征研究,火山巖一般風(fēng)化程度均較強(qiáng)烈。玄武巖:玄武巖為堿性玄武巖,主要為塊狀構(gòu)造、氣孔—杏仁構(gòu)造和斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)具拉斑玄武結(jié)構(gòu)(圖2中A)。斑晶主要為斜長石、橄欖石和單斜輝石,橄欖石、單斜輝石幾乎已全部蝕變,只保留了其晶形。橄欖石多蝕變成綠泥石,單斜輝石常被角閃石及磷灰石交代,可見具單斜輝石晶形的角閃石(圖2中B)及磷灰石(圖2中C)?；|(zhì)主要由微晶斜長石、鉀長石、隱晶質(zhì)和火山玻璃組成,另外還可見極少量顆粒細(xì)小的橄欖石和單斜輝石,但均已蝕變。氣孔比較發(fā)育,多呈近圓形,大小主要在0.2~1.5mm之間,最小為0.05mm,最大則為2mm,含量一般變化于10%~20%之間。氣孔常被鐵錳物質(zhì)及碳酸鹽充填成杏仁體(圖2中D、E、F)。根據(jù)巖石標(biāo)本的風(fēng)化程度及與上面結(jié)殼的關(guān)系,選擇了CLD01-1樣品(圖2中G)作為堿性玄武巖的典型代表進(jìn)行研究,圖2中G清楚地展現(xiàn)了富鈷結(jié)殼與基巖玄武巖的上覆關(guān)系。玄武質(zhì)火山角礫巖:塊狀構(gòu)造,火山角礫結(jié)構(gòu),由巖屑和晶屑組成。巖屑呈次棱角狀,大小不等,多由蝕變玄武巖組成(圖2中H),蝕變玄武巖巖屑可見橄欖石和斜長石斑晶。晶屑主要為橄欖石、單斜輝石,部分單斜輝石已蝕變成綠泥石(圖2中I)。根據(jù)巖石標(biāo)本的風(fēng)化程度,選擇了MID21-11(圖2中J)作為玄武質(zhì)火山角礫巖的典型代表進(jìn)行研究。2單斜輝石及微量元素特征由于巖漿后期及海水的作用火山巖遭到強(qiáng)烈風(fēng)化蝕變,原生礦物多已蝕變,僅對代表性的礦物進(jìn)行研究。長石:長石是堿性玄武巖及玄武質(zhì)火山角礫巖中最常見的礦物,可以出現(xiàn)在玄武巖的斑晶中,也可以呈微晶出現(xiàn)在基質(zhì)中,在玄武質(zhì)火山角礫巖中長石以晶屑出現(xiàn)。以斑晶及晶屑出現(xiàn)的長石多已蝕變,長石微晶有的則保留完好。表1列出了有代表性的長石微晶的電子探針分析結(jié)果,可看出本區(qū)堿性玄武巖長石微晶主要為透長石(Or100)和中長石(Ab60.0An39.2Or0.8)(圖3)。單斜輝石:單斜輝石是堿性玄武巖及玄武質(zhì)火山角礫巖中另一種最常見的礦物,它可以出現(xiàn)在玄武巖的斑晶中,也可以呈微晶出現(xiàn)基質(zhì)中,在玄武質(zhì)火山角礫巖中單斜輝石以晶屑出現(xiàn)。玄武質(zhì)火山角礫巖中的部分單斜輝石晶屑保存完好(圖2中H),對有代表性的西太平洋海山MID21-11號樣品火山角礫巖中單斜輝石進(jìn)行了電子探針分析,其結(jié)果列于表2。由圖4可以看出玄武質(zhì)火山角礫巖中的單斜輝石晶屑主要為普通輝石。堿性玄武巖中的單斜輝石斑晶及微晶多已蝕變,只保留了它們的晶體外形。單斜輝石的蝕變可出現(xiàn)3種情況:(1)單斜輝石和水的作用常形成角閃石(圖2中B);(2)有的單斜輝石和海水中磷酸發(fā)生交代作用形成了磷灰石(圖2中C);(3)被一些類似于氣孔充填物的物質(zhì)所取代,例如在堿性玄武巖中可見到黃色物質(zhì)充填于單斜輝石晶形中,電子探針結(jié)果表明其成分類似于氣孔充填物的物質(zhì)(表3中測點(diǎn)位置6)。橄欖石:橄欖石是堿性玄武巖及玄武質(zhì)火山角礫巖中最常見的礦物,它常出現(xiàn)在堿性玄武巖的斑晶中,在基質(zhì)中也可以見到極少量的橄欖石微晶,在玄武質(zhì)火山角礫巖中橄欖石以晶屑出現(xiàn)。堿性玄武巖及玄武質(zhì)火山角礫巖中的橄欖石斑晶多已蝕變成綠泥石,只保持了橄欖石的晶體外形。3氣孔充填物研究為了研究氣孔充填物與玄武巖的關(guān)系、氣孔充填物的生長過程對富鈷結(jié)殼生長過程的示蹤,進(jìn)而研究玄武巖與上覆富鈷結(jié)殼的關(guān)系,選擇了CLD01-1為代表性的樣品進(jìn)行了氣孔充填物的研究。對氣孔充填物進(jìn)行了詳細(xì)的偏光顯微鏡下觀察、電子探針及電鏡分析。3.1氣孔充填物質(zhì)在偏光顯微鏡下觀察到的氣孔充填物具有兩種類型。一種是Si、Fe、K、Mg、Al等物質(zhì)的充填,呈環(huán)帶狀,類似瑪瑙狀(圖2中D、E),我們將這種氣孔充填物稱為S型;另一種氣孔充填物為碳酸鹽,偏光顯微鏡下具有碳酸鈣的特征但混有泥質(zhì)和鐵質(zhì)(圖2中F),我們將這種氣孔充填物稱為C型。在偏光顯微鏡下沒有觀察到S型氣孔充填物和C型氣孔充填物共存在同一個氣孔中,而是分別獨(dú)立充填于不同的氣孔。在玄武巖中兩種類型氣孔充填物所占的比例不同,大多數(shù)氣孔被為S型充填物所充填,被C型氣孔充填物充填的氣孔數(shù)目較少。3.2碳酸鈣的混合成分對CLD01-1玄武巖C型氣孔充填物進(jìn)行了電子探針分析,其結(jié)果列于表4。由表4可以看出C型氣孔充填物的成分主要為碳酸鈣,其中混有硅、鋁、鐵、鎂等成分。對C型氣孔充填物進(jìn)行了4個氣孔充填物的電鏡能譜分析,分析結(jié)果表明其主要元素為O、Ca及C,少量Si、Al、Mg、Fe、K等元素(圖5),上述偏光顯微鏡、電子探針分析、電鏡能譜分析結(jié)果十分一致,C型氣孔充填物可能代表了海水中物質(zhì)的沉積。圖6示出了6個C型氣孔充填物的電鏡照片,顯示出了方解石結(jié)晶的特征。3.3西太平洋探索巖石學(xué)成分分布特征2.對CLD01-1玄武巖中2個(氣孔1和氣孔2)S型氣孔充填物由氣孔邊緣到中心進(jìn)行了電子探針分析,其結(jié)果列于表3。由表3可以看出S型氣孔充填物的物質(zhì)成分富Si、Fe、K、Mg、Al,各元素含量分別變化于,Si:54.04%~60.95%;Fe:20.50%~26.45%;K:6.79%~8.13%;Mg:5.93%~7.12%;Al:3.44%~4.67%;Co:0~0.54%,去掉最高值和最低值Co含量變化于0.17%~0.46%。由上述S型氣孔充填物的Mg、Co的含量接近玄武巖,Si、Fe、K略高、Al略低。由此可見S型氣孔充填物的成分與玄武巖的主要組成類似,而不同于海水的成分。表5列出了西太平洋海山玄武巖化學(xué)成分,可以看出西太平洋海山玄武巖Fe、Mg、Ca、Na等元素含量變化大,總體來看西太平洋海山玄武巖表現(xiàn)出了Al、K含量低,Ca含量高的特點(diǎn),另外除1個樣品外Mg含量亦低,這說明西太平洋海山玄武巖中的K、Al、Mg等元素發(fā)生了大量的流失。這表明堿性玄武巖中S型氣孔充填物的物質(zhì)來源可能與玄武巖的溶蝕有關(guān)。從顯微鏡觀察S型氣孔充填物均具有明顯的環(huán)帶構(gòu)造,從氣孔邊緣到中心具環(huán)帶構(gòu)造的充填物代表了一個沉積演化過程。為了研究S型氣孔充填物沉積演化過程中各元素的變化特征,分別對氣孔1中充填物(D)和氣孔2中充填物(E)由邊緣到中心進(jìn)行了電子探針分析(表3)。表3中測點(diǎn)位置1-1~1-5和2-9~2-16分別是氣孔1中充填物和氣孔2中充填物由邊緣到中心的電子探針分析結(jié)果。將上述測試結(jié)果分別繪制成圖7,由圖7可以看出在沉積演化過程中隨時間的遷移氣孔1中充填物和氣孔2中充填物相同元素含量的變化規(guī)律具有一致性,如:隨時間的遷移總的趨勢是Al、Fe等元素呈增加,Si等元素減少。4氣孔充填物元素含量變化圖7分別示出了S型氣孔充填物由邊緣到中心各元素變化曲線,它們分別代表了氣孔充填物在沉積演化過程中不同元素的變化。圖8示出了MHD79結(jié)殼中各元素變化曲線,它們代表了結(jié)殼沉積演化過程中不同元素的變化。由前述S型氣孔充填物與堿性玄武巖有關(guān),堿性玄武巖為S型氣孔充填物提供了物源。為了探討富鈷結(jié)殼與下覆堿性玄武巖的關(guān)系,我們將圖7與圖8進(jìn)行對比,由圖7可以看出S型氣孔充填物由邊緣到中心各元素的變化趨勢與結(jié)殼中取樣位置在30mm之前各元素的變化趨勢具有一致性。如:Si元素的變化趨勢均具有減少→增加→減少;Al元素的變化趨勢均具有減少→增加→減少→增加;Fe元素的變化趨勢均具有增加→減少→增加;Mg元素的變化趨勢均具有增加→減少→增加;K元素的變化趨勢均具有減少→增加→減少→增加;S型氣孔充填物(氣孔2)由邊緣到中心Co元素的變化趨勢是增加→減少→增加(由于Co元素含量較低,電子探針分析的結(jié)果較差,氣孔1與氣孔2的結(jié)果有一定的差異),結(jié)殼中取樣位置在30mm之前Co元素的變化亦有相同的趨勢即增加→減少→增加。由上述可看出S型氣孔充填物Si、Al、Fe、Mg、K等元素變化與結(jié)殼中元素變化趨勢基本相吻合。氣孔充填物Ti等元素由于含量低,電子探針分析的結(jié)果較差,故與結(jié)殼中元素變化不具對比性。S型氣孔充填物的Si、Fe、K、Mg、Al均比結(jié)殼中的相應(yīng)元素高,說明結(jié)殼中的Si、Fe、K、Mg、Al等元素雖然可能來源于玄武巖,但結(jié)殼中的物質(zhì)成分可能是除玄武巖外還有海水的貢獻(xiàn),是玄武巖成分和海水成分共同作用的結(jié)果,玄武巖和海水對結(jié)殼物質(zhì)成分貢獻(xiàn)了多少有待進(jìn)一步研究。5氣孔充填物組成基巖火山巖主要為堿性玄武巖和玄武質(zhì)火山角礫巖,堿性玄武巖中橄欖石斑晶多蝕變成綠泥石,單斜輝石常被角閃石及磷灰石交代,基質(zhì)中長石微晶主要為透長石(Or100)和中長石(Ab60.0An39.2Or0.8);玄武質(zhì)火山角礫巖中的單斜輝石晶屑主要為普通輝石。堿性玄武巖中氣孔充填物具有S型和C型兩種類型,S型和C型氣孔充填物不共生于同一個氣孔中。S型氣孔充填物富Si