西南印度洋中脊巖石地球化學特征及其巖漿作用研究

孫國洪，田麗艷，李小虎，張漢羽，陳凌軒，劉紅玲

1. 中國科學院深海科學與工程研究所，三亞 572000

2. 中國科學院大學，北京 100049

3. 自然資源部海底科學重點實驗室，自然資源部第二海洋研究所，杭州 310012

西南印度洋中脊（Southwest Indian Ridge：SWIR）是南極洲和非洲板塊的分界線，平均半擴張速率約為7 mm/a[1]。作為超慢速擴張脊的代表，其地形地貌特征、地殼結構、巖漿和熱液活動、地殼增生機制等都有別于其他洋中脊體系[1-2]。例如，傳統觀點認為擴張中心處巖漿的充分供給和短斷距、高角度的正斷層共同導致了新洋殼的產生[3]，然而，在西南印度洋中脊，拆離斷層誘發的洋中脊擴張是一種新的洋殼形成模式[4-6]。

前人從地形地貌、巖漿作用、構造演化、熱液活動與成礦等方面總結了SWIR部分脊段的研究成果。例如，Sauter和Cannat[2]在匯總SWIR地球化學與地球物理數據的基礎上，重點探討了洋中脊東、西兩端非巖漿增生脊段的形成和演化，提出了沿洋中脊軸向巖漿供應和分配的機制；索艷慧結合剩余布格重力異常與地球化學數據探討了SWIR的構造-巖漿作用及成礦效應，重建了印度洋120 Ma以來關鍵時期的演化過程[7]；Carbotte等[8]總結了SWIR在44°～68°E脊段沿軸向的地形、地球物理和地球化學特征變化，探討了洋中脊構造分段和巖漿分段的對應性；余星等[9]總結了SWIR的地質構造特征，探討了SWIR的演化過程、地幔源區性質和洋脊周邊海底高原成因等問題。

多年來關于SWIR的研究拓展了板塊構造理論的內容，但對許多關鍵科學問題的認知仍然有限，例如，50°～51°E脊段（第27脊段）異常強烈火山活動的成因機制[10-16]，46°～52°E脊段是否受到克洛澤熱點的影響[13-16]，馬里昂隆起（Marion Rise）的成因[10, 12]等。

本文歸納總結了近年來關于SWIR玄武巖、輝長巖及橄欖巖的巖石學和地球化學研究成果，重點探討了沿SWIR軸向（大尺度，＞200 km）以及單個洋中脊分段（小尺度，＜200 km）的巖石地球化學變化特征及其影響因素、洋中脊的巖漿供應及洋殼增生模式，最后從不同空間尺度的地幔源區性質、洋中脊構造與巖漿作用過程、熱點-洋中脊相互作用和巖漿-熱液活動與成礦等幾個方面提出有待進一步加強研究的主要科學問題和研究方向。

1 地質概況

西南印度洋中脊起自布維三聯點（Bouvet Triple Junction：BTJ）（54°50′S、00°40′W），向東延伸至羅德 里 格 斯 三 聯 點（Rodriguez Triple Junction：RTJ）（25°30′S、70°00′E），全長約7700 km[1-2]，持續活動時間超過100 Ma[17]。地形和地球物理資料表明SWIR自西向東被若干長期活動的大型南北向轉換斷層（錯斷距離＞30 km，表1）和非轉換不連續帶（錯斷距離＜10 km）錯斷，形成若干次級脊段（圖1）。

圖 1 西南印度洋地理位置及地形圖a. 西南印度洋地理位置圖，b. 西南印度洋脊地形圖和巖石類型分布圖，c. 西南印度洋自由空氣大地水準面圖（改編自文獻[10]）。EGM96：地球引力模型1996；紅色箭頭指示洋脊半擴張速率，分別是7.1和7.3 mm/a。Fig.1 Geographical location and topographic map of Southwest Indian Oceana. Geographical location map of Southwest Indian Ocean, b. Topographic map and rock type distribution map of Southwest Indian Ridge, c. Free air geoid map of the Southwest Indian Ocean （modified from reference [10]）. EGM96: Earth Gravitational Model 1996. Half spreading rate marked by red arrows, which is7.1 and 7.3 mm / a, respectively.

表 1 SWIR斷裂帶全稱及其縮寫[7]Table 1 The main parameters of fracture zones in SWIR[7]

總的來說，以安德魯-貝恩和加列尼斷裂帶為界，可以將SWIR分為三段：布維三聯點—安德魯-貝恩（西段）、安德魯-貝恩—加列尼（中段）、加列尼—羅德里格斯三聯點（東段）。

在SWIR西段，研究程度最高的是9°～25°E脊段，此區域又可分為兩個“超級脊段”。其中，在9°～16°E脊段：洋中脊的整體延伸方向與擴張方向交角可達32°，被稱為“斜向擴張段”。該脊段的平均有效半擴張速率僅為3.9 mm/a，是目前發現的全球擴張速率最慢的脊段。在此“超級脊段”，非巖漿增生脊段（9°30′～11°E，11°35′～14°15′E，14°54′～15°45′E）與大型火山（Joseph Mayes seamount：11°～11°35′E，高約3500 m）及巖漿增生脊段（14°15′～14°54′E，水 深 約2700 m）相 間 存 在[1,18]。而 在16°～25°E脊段，洋中脊由斜向擴張轉換為垂向擴張（洋中脊延伸方向與擴張方向夾角＞80°），被稱為“垂向擴張段”；該脊段的平均有效半擴張速率約為7.1 mm/a。此外，16°～25°E脊段還可以被14個小于10 km的非轉換不連續帶劃分為若干短（10～15 km）至中等長度（20～35 km）的次級脊段[18]。

以安德魯-貝恩轉換斷層為界，SWIR東西兩側的洋脊錯斷距離超過1000 km。其西側的洋脊走向近東西，缺乏長壽命的斷裂帶和非轉換不連續帶；其東側洋脊走向為北東向，發育較多長壽命斷裂帶（如加列尼、亞特蘭蒂斯Ⅱ號和梅爾維爾等）和非轉換不連續帶[19]。

西南印度洋中脊中段（安德魯-貝恩—加列尼）延伸約3000 km，是SWIR最為異常的脊段[10]。Cannat等[20]將SWIR（46°～52°E）自東向西命名為25、26 …… 32脊段，這一區域平均水深約3200 m，是SWIR熱液活動調查程度最高的脊段；50°～51°E（27脊段）水深最淺僅1500 m，發育有大量平頂火山，中央裂谷消失，洋殼厚度可達9.5 km[11]或10.2 km[21]。

西南印度洋中脊東段（加列尼—羅德里格斯三聯點）延伸約2500 km，平均有效半擴張速率為7.3 mm/a。加列尼斷裂帶是SWIR東段一個重要的分界線，越過加列尼斷裂帶，洋中脊的平均水深逐步增加，中央裂谷發育，洋殼厚度＜5.5 km，且自西向東逐漸減薄。這可能代表了從加列尼斷裂帶向東地幔潛能溫度降低，火山活動減少[2,8,22]。

2 巖石學及地球化學特征

Zhou和Dick[10]總結了多年來海底拖網采樣的結果，繪制了在SWIR不同類型巖石的分布情況（圖1b）。總體上，玄武巖、輝長巖和橄欖巖在整個洋脊都有出露，其中9°～35°E、41°～47°E、52°～68°E等脊段分布有大量橄欖巖；輝長巖在SWIR的分布范圍也較廣，但是其總量不足，如果不考慮在亞特蘭蒂斯Ⅱ號斷裂帶采集到的輝長巖，剩余輝長巖只占全部拖網樣品的11%。

2.1 玄武巖地球化學特征

西南印度洋中脊玄武巖（MORB）的地球化學組成變化幅度較大（圖2），既包括（La/Sm）N＜1的正常型MORB（N-MORB），又包括（La/Sm）N＞1的富集型MORB（E-MORB）；其Sr-Nd-Pb同位素比值變化 范 圍（87Sr/86Sr：0.70248～0.70520；143Nd/144Nd：0.51237～0.51322；206Pb/204Pb：16.58～19.66）也遠大于東南印度洋和中印度洋MORB[9,23-28]。

圖 2 西南印度洋中脊玄武巖沿洋脊延伸方向同位素比值變化圖a. 橫向紅色虛線代表MORB參考線87Sr/86Sr =0.7028，b. 橫向紅色虛線代表MORB參考線143Nd/144Nd =0.5129，c. 橫向紅色虛線代表MORB參考線206Pb/204Pb =18.4，e. 橫向紅色虛線代表MORB參考線3He/4He =8RA（RA=空氣中的3He/4He）。Sr-Nd-Pb同位素數據來自文獻[27]，其余來自PetDB數據庫（http://www.earthchem.org/petdb/）。He同位素數據來自文獻[30-32]。圖中灰色實線為斷裂帶位置；大寫字母表示斷裂帶名稱（簡寫）。圖中右側色棒分別代表羅德里格斯三聯點、中印度洋脊、東南印度洋脊玄武巖對應的同位素變化范圍。Fig.2 Variations in isotopic ratios of MORBs along SWIRa. The horizontal red dotted line represents MORB reference line of 87Sr/86Sr=0.7028; b. The horizontal red dotted line represents MORB reference line of 143Nd/144Nd=0.5129; c. The horizontal red dotted line represents MORB reference line of 206Pb/204Pb=18.4; e. The horizontal red dotted line represents the MORB reference line of 3He/4He=8RA（RA=3He/4He in air）. Sr-Nd-Pb isotopic data are from reference [27], and others are from petdb database（http://www.earthchem.org/petdb/）. He isotope data are from reference [30-32]. The gray solid line in the figure shows the location of the fault zone; Capital letters indicate the name of the fault zone （abbreviation）.Solid bars on right-hand side represent the range of isotope variations reported for Rodrigues Triple Junction (RTJ), Central Indian Ridge (CIR), and Southeast Indian Ridge (SEIR) MORB, respectively.

如前所述，SWIR被若干轉換斷層和非轉換不連續帶錯斷，由此形成的短段洋脊上的MORB表現出沿洋中脊軸向的地球化學組成變化（圖2）。盡管SWIR的MORB同位素比值在39°～41°E具有異常，但MORB的同位素比值變化范圍整體呈自西向東逐漸減小的趨勢，而且地幔源區的組成特征在安德魯-貝恩斷裂帶 (AB) 附近由大西洋型同位素地幔過渡為印度洋型地幔[23-29]。此外，SWIR最東段（距RTJ至少78 km）MORB的同位素特征與RTJ MORB的相比，在給定206Pb/204Pb比值下具有更小的87Sr/86Sr、207Pb/204Pb。因此，該處東西兩側的地幔源區組成特征也存在差異[27]。

具體來說，在SWIR西段，MORB的87Sr/86Sr比值變化范圍（0.7028～0.7036）低于SWIR中段（0.7026～0.7048），但 高 于SWIR東 段（0.7027～0.7032）；而Nd同位素比值變化范圍（0.5129～0.5131）則低于SWIR中段（0.5124～0.5132），與SWIR東段（0.5130～0.5131）相似。在SWIR中段的埃里克辛普森（ES）和發現Ⅱ號（D Ⅱ）斷裂帶之間（39°15′～42°37′E），MORB的Sr和Nd同位素比值表現出了截然相反的分布模式（圖2a，b）：發現Ⅰ號（D Ⅰ）和發現Ⅱ號（D Ⅱ）斷裂帶之間具有87Sr/86Sr最低值（0.70258）和143Nd/144Nd最高值（0.51322）；相反，在埃里克辛普森（ES）和發現Ⅰ號（D Ⅰ）斷裂帶之間，87Sr/86Sr比值較高（0.7048），143Nd/144Nd比值較低（0.5124）。在SWIR東段，87Sr/86Sr比值在主要斷裂帶兩側無明顯變化，而部分Nd同位素比值在主要斷裂帶兩側發生變化。如穿過亞特蘭蒂斯Ⅱ號(A Ⅱ)斷裂帶，143Nd/144Nd比值變大，穿過梅爾維爾（MEL）斷裂帶，比值則變小。從Pb同位素比值來看，在SWIR西段，MORB的206Pb/204Pb比值高于全球平均值（約18.4），其中在13°～15°E，MORB展現出整個SWIR最高的比值（19.6）。在SWIR中段，206Pb/204Pb比值低于全球平均值，且具有更大的分布范圍（圖2c）；在39°～41°E區域（位于埃里克辛普森（ES）和發現Ⅰ號（D Ⅰ）斷裂帶之間），MORB展現出整個SWIR最低的206Pb/204Pb值（16.58），這也是全球大洋玄武巖記錄的最低值。在SWIR東段，越過亞特蘭蒂斯Ⅱ號(A Ⅱ)斷裂帶，206Pb/204Pb比值下降；越過梅爾維爾（MEL）斷裂帶，比值則升高。與206Pb/204Pb沿SWIR整體趨勢相同，自西向東，MORB的208Pb/204Pb比值整體上呈逐漸減小的趨勢。在SWIR西段，208Pb/204Pb比值明顯高于中段和東段（圖2d）；在SWIR中段39°～41°E區域，MORB同樣展現出了最低值；而在SWIR東段，208Pb/204Pb比值的分布模式和206Pb/204Pb比值一致。從He同位素比值來看，MORB沿洋脊軸向也表現出極大的變化范圍（6.26～14.9RA）[30-32]。在SWIR西段和中段，MORB的3He/4He比值范圍較廣。其中，在7°E附近，MORB的He同位素比值變化范圍為7.4～14RA，在0°～11°E和46°～52°E也出現了高3He/4He值（＞8RA）。而在SWIR東段，MORB的3He/4He比值范圍相對較小（7.3～8.1RA），與N-MORB的比值范圍重合。

2.2 輝長巖地球化學特征

亞特蘭蒂斯淺灘是SWIR輝長巖研究程度最高的地區，其中一個代表性的研究對象便是大洋鉆探計劃（ODP）735B巖芯（32°43′S、57°17′E）。該區發育的拆離斷層使輝長巖和地幔橄欖巖剝露于海底表面，進而與斷層及上盤巖石共同組成大洋核雜巖（OCC）[33]。西南印度洋脊大洋核雜巖的分布匯總于表2。

ODP 735B鉆孔巖芯的研究表明，該巖芯巖性以輝長質堆晶巖為主[33]。根據巖芯的巖石學、礦物學和地球化學參數，可將巖芯剖面劃分為5個主要的地球化學旋回或3個地球化學系列（圖3a）。其中巖芯頂部的地球化學系列1與2（或旋回1與2）的化學組成較底部原始（即頂部Mg#高），而在每個地球化學系列及亞單元（或旋回）內部的Mg#則由底部至頂部逐漸降低，暗示從底部到頂部演化程度逐漸升高，可能代表了一次深成熔體入侵事件[35-36]。巖芯中鋯石的U-Pb同位素測年表明ODP 735B鉆孔頂 部 年 齡 為12.175±0.069 Ma，底 部 為11.902±0.012 Ma[37]，因此，輝長質洋殼形成時間≥0.214±0.032 Ma。如果以7 mm/a的半擴張速率計算，該處的巖漿增生區約為2.6±0.4 km。

ODP 735B鉆孔輝長巖的氧同位素比值隨深度增加而遞增，最終在800 mbsf以下，δ18O比值趨于穩定（5.7%±0.2‰）[38-39]，據此推斷，海水的大量滲透局限在下地殼上部（進入輝長巖層800 m）。此外，角閃石脈體在700 mbsf以下罕見，表明在鉆孔深部（700或800 mbsf以下）的高溫蝕變十分有限。巖芯樣品的Nd同位素比值在整個深度剖面幾乎恒定（圖3c）；Pb同位素比值變化范圍在鉆孔上部（500 mbsf以上）則比鉆孔下部（500 mbsf以下）大，且在鉆孔下部，Pb同位素比值隨深度呈遞減趨勢（圖3d），同樣表明海水蝕變僅限于鉆孔上部[40-41]。Sr同位素比值在整個深度剖面的變化范圍大于Nd同位素比值變化范圍，但是小于O和Pb同位素比值變化范圍（圖3b）。值得注意的是，ODP 735B巖芯中代表下地殼下部（500 mbsf以下）的樣品與Meyzen等報道的MORB具有相似的Sr-Nd-Pb同位素組成[27,40]，這可能表明在超慢速擴張脊，巖漿房的混合過程極難發生，因此，代表下地殼的堆晶巖樣品中可以保存地幔源區的同位素特征。

圖 3 ODP 735B孔輝長巖隨深度變化剖面a. 全巖Mg#隨深度變化剖面（改編自文獻[37]），不同符號代表不同類型輝長巖；b-d. 全巖87Sr/86Sr-143Nd/144Nd-206Pb/204Pb比值隨深度變化剖面；e.長石δ18O值隨深度變化剖面。Sr-Nd-Pb同位素數據來自文獻[40-41]；氧同位素數據來自文獻[39, 42]。Fig.3 Geochemical characteristics for gabbros versus depth from Hole ODP 735Ba. whole rock Mg#versus depth profile （modified from reference [37]）, different symbols represent different types of gabbros; b-d. whole rock 87Sr/86Sr-143Nd/144Nd-206Pb/204Pb profile with depth; e. feldspar δ18O profile with depth. Sr-Nd-Pb isotope data are from references [40-41];Oxygen isotope data are from references [39, 42].

表 2 SWIR大洋核雜巖分布信息Table 2 Occurrences of oceanic core complexes （OCCs） in SWIR

2.3 地幔橄欖巖地球化學特征

深海橄欖巖通常被認為是洋中脊軟流圈地幔部分熔融抽取玄武質巖漿后的殘留體。因此，在地幔熔融程度極低的情況下，深海橄欖巖相對MORB能更直接提供軟流圈地幔的組成以及地幔熔融、熔體提取和后期改造等地質過程的信息[43]。西南印度洋脊的深海橄欖巖主要發育在9°～16°E和52°～68°E等脊段。巖相學和礦物學研究表明，大部分的地幔橄欖巖遭受了不同程度的蛇紋石化（20%～70%）：輝石被角閃石、綠泥石和滑石交代，原生尖晶石被次生尖晶石、鉻鐵礦和鉻磁鐵礦交代，可見粗粒結構、包橄結構，或由于高溫晶體塑性變形形成斑巖紋理[12,44-45]。

盡管SWIR深海橄欖巖經歷了廣泛的后期改造（如交代作用、再富化作用），主微量元素原始特征難以保存[12,46]，但同位素比值依舊記錄了原始地幔源區特征。Snow等[47]首次報道了0°～15°E和亞特蘭蒂斯Ⅱ號(A Ⅱ)斷裂帶附近橄欖巖中輝石礦物的Sr-Nd同位素組成，發現除了一個樣品之外，其余樣品的143Nd/144Nd范圍與相鄰MORB的相同。隨后的研究結果表明，盡管在全球尺度上，深海橄欖巖與空間上對應MORB的143Nd/144Nd平均值相同（0.513167 vs 0.513061），但SWIR橄欖巖的143Nd/144Nd平均值比相應MORB的更高[45,48-50]（圖4）。而9°～25°E橄欖巖輝石礦物的Hf同位素組成展現出類似的特征，即橄欖巖176Hf/177Hf比值范圍與其相應MORB的重合，但趨向更高的176Hf/177Hf比值，其中14.6°E橄欖巖與其相應MORB的Hf同位素具有最大差異值[49]。

圖 4 西南印度洋中脊橄欖巖和對應的洋中脊玄武巖Nd同位素組成沿洋中脊延伸方向變化特征[48]綠色星號橄欖巖數據來自文獻[47]，綠色加號橄欖巖數據來自文獻[50]，其余橄欖巖數據來自文獻[44]。玄武巖數據來自PetDB數據庫（http://www.earthchem.org/petdb/）。Fig.4 Variations in Nd isotopic compositions of peridotites and corresponding MORBs along SWIR[48]Green stars peridotite data are from reference [47], green plusses peridotite data are from reference [50], and other peridotite data are from reference [44]. Basaltdata is from petDB database （http://www.earthchem.org/petDB/）.

3 西南印度洋中脊地幔源區性質

西南印度洋中脊地幔源區組成的強烈不均一性是導致其MORB具有地球化學多樣性特征的主要原因[23-29]。不同于其他洋中脊，SWIR附近存在許多長期活動的熱點，如布維(Bouvet)、馬里昂(Marion)、克洛澤(Crozet)等。以克洛澤熱點為例，地球物理調查發現了洋脊軸部正地形和低的剩余布格重力異常值等證據，表明50°～51°E脊段的構造-巖漿活動受到了熱點的影響，但是卻沒有發現具有E-MORB特征的巖漿巖樣品。

3.1 地球物理證據

洋中脊地形的變化是其受熱點影響最直觀的表現。英多姆(IN)-加列尼(GA)斷裂帶之間的脊段存在與馬里昂（MA）-發現Ⅱ號(DⅡ) 斷裂帶之間相似的軸部正地形和剩余布格重力異常低值區[2,22,51-52]。尤其是第27脊段（50°～51°E），巖漿活動強烈，軸向裂谷缺失，發育有一個最大水深達1390 m的中央火山[11]。Sauter等[13]根據對英多姆-加列尼斷裂帶之間洋脊的地形地貌和地幔布格重力異常等地球物理特征的分析，提出在11～8 MaBP，克洛澤熱點與英多姆-加列尼之間的洋脊相互作用，導致該脊段發生了一次劇烈的巖漿噴發事件。

近年來，中國科學家對英多姆(IN)-加列尼(GA)斷裂帶之間的洋脊開展了大量的地球物理研究[11,21, 34,53-55]。例 如，結 合 地 震 層 析 成 像和 海底 地震儀數據的全波形反演，Jian等[56]在50°28′E處海底下4～9 km發現低速異常區，并且認為就是存在于下地殼的軸向巖漿房，強烈的巖漿作用產生了該區約9.5 km厚的洋殼，而古老虧損地幔的再熔融不可能產生如此巨量的熔體，這為克洛澤熱點影響了英多姆-加列尼脊段的推斷再次提供了佐證[14]。

3.2 地球化學證據

從地球化學角度講，E-MORB的出現通常被認為是熱點與洋中脊相互作用最有力的證據[55-57]。如圖2所示，受到布維(Bouvet)和馬里昂(Marion)熱點影響的脊段（分別是1°55′～4°35′E和33°36′～42°37′E），其MORB的Sr-Nd-Pb-He同位素比值具有 明 顯 的 熱 點 印 記[25,27,29]。以 布 維 熱 點 附 近 的SWIR為例，由于布維熱點的影響，布維島（3°21′E、54°24.6′S）本身的3He/4He比值為12.4RA，附近MORB的3He/4He變化范圍為8.1～12.9RA，206Pb/204Pb變化范圍為18.2～19.6，均顯示出熱點的印記[30]。

與相鄰脊段相比，位于英多姆(IN)-加列尼(GA)斷裂帶之間的脊段雖然具有較高的部分熔融程度（如Na8、（Sm/Yb）N較低，CaO/Al2O3較高），前人的研究也多歸因于受到克洛澤(Crozet)熱點的影響[50,58]，但該脊段卻沒有發現E-MORB。Breton等[15]認為英多姆斷裂帶以西（～45°45′E）的E-MORB是克洛澤熱點與該脊段相互作用的結果，但這些E-MORB卻與克洛澤群島玄武巖具有不同的同位素比值（如克洛澤群島玄武巖的Pb同位素比值更高）[14]。Yang等[14]發現取自該脊段的47件玄武巖均為N-MORB，但50°28′E的MORB表現出富集的Sr-Nd-Pb同位素比值特征，即具有更高的Sr、Pb同位素比值和更低的Nd、Hf同位素比值。他們提出具有同位素富集特征的MORB可能受到克洛澤熱點的影響：在克洛澤熱點物質流向洋中脊的過程中，由于減壓熔融作用，熱點組分逐漸虧損不相容元素，但減壓熔融未能影響其同位素的組成特征；因此，最終到達洋中脊時，虧損的殘余熔體會在洋中脊處再次減壓發生部分熔融，從而形成了富集同位素特征的N-MORB。

4 巖漿供應及地殼增生模式

4.1 洋中脊巖漿供應量的軸向變化

通常認為地殼厚度是板塊擴張速率與熔體供應速率的函數[59]，但西南印度洋中脊的整體擴張速率均一（半擴張速率約為7 mm/a），沿軸向的地殼厚度變化卻很大。例如，9°～16°E非巖漿增生脊段的地殼厚度為4 km，而相鄰的Narrowgate脊段和Joseph Mayes海山地殼厚度分別達到7.5和10 km。因此，SWIR地殼厚度的變化直接反映了洋脊之下熔體供 應量的差異[18,51]。

地球物理參數（如布格重力異常和剩余布格重力異常）的變化趨勢表明SWIR軸下熔體供應量存在大尺度（＞200 km）的變化。例如，沿軸方向，SWIR布格重力異常呈現中段高兩端低的特征，中段布格重力異常高值區與水深異常區對應；而位于46°～52°E脊段MORB的Na8值（平均為2.61%）低于52°～65°E脊段（高達3.89 %），表明46°～52°E脊軸下的巖漿供應量更加充足。這種大尺度（＞200 km）上的巖漿量供應變化主要受控于地幔潛能溫度和源區物質組成的變化[51]。

此外，在相對較小的脊段尺度上，熔體供應也存在顯著變化。例如，9°～16°E區域，巖漿活動整體較弱，但卻存在局部強烈火山活動，非巖漿增生脊段與大型火山相間存在，說明沿洋脊軸向巖漿供應相對高度集中。而且，MORB的一些元素比值分布模式也可以體現巖漿供應的差異，例如，在巖漿供應少的非巖漿增生脊段，MORB具有相對較低的K8/Ti8比值；而在巖漿供應多的Joseph Mayes海山和Narrowgate脊段，MORB具有相對較高的K8/Ti8比值。Standish等[18]認為高角度傾斜擴張導致的局部熱結構的差異、巖石圈厚度變化和不同的有效擴張脊段規模等都使熔體傾向于集中分布，在該脊段，熔體產生之后的運輸與各種反應過程比地幔源區不均一性對MORB組分的影響程度更大（圖5）。

圖 5 西南印度洋中脊不同脊段的巖漿供應及地殼增生模式a. 9°～25°E巖漿脊段及“有效脊段”。紅色箭頭代表每個巖漿脊段下方熔體集中的方向和巖石圈底部的坡度；灰色區域代表每個脊段熔巖相對富集的程度（改編自文獻[18]）。b. 在慢速擴張脊，主要的巖漿脊段與二級構造脊段對應（圖中標注數字“2”的直線）。熔體的高度集中（小的水平和垂直箭頭）導致脊段內地殼厚度的變化，短周期的巖漿體（地殼內的橢圓填充）在洋中脊中段形成，并由此形成了較厚的洋殼（改編自文獻[8]）。Fig.5 The model of magma supply and crustal accretion in different segments of SWIR a. 9°～25°E magmatic segmentation and associated “effective segmentation”. Red arrows indicate simplified direction of melt focusing beneath each magmatic segment and theoretical slope of lithospheric base; the shade of gray reflects the relative enrichment of lavas for each segment （modified from reference [18]）. b. At slow-spreading ridges, principal magmatic segments coincide with second-order tectonic segments （numbered vertical lines indicate discontinuities of orders 1～2）. Strong melt focusing （indicated with small subhorizontal to subvertical arrows） results in large variations in crustal thickness within segments, short-lived crustal magma bodies （filled ellipses in crust） can be formed in mid-segment where thicker crust typically emplaced （modifiedfrom reference [8]）.

但是，熔體沿軸向再分配的機制并不能合理解釋第27、28、29脊段的洋殼厚度異常（相比于9°～16°E區域，英多姆-加列尼斷裂帶之間巖漿活動強烈，擴張脊幾何形態變化較小，但是第27、28、29脊段的洋殼厚度差異達5 km以上），似乎克洛澤熱點的影響更大[14]。Li等[60-61]根據英多姆-加列尼洋脊橄欖巖中單斜輝石計算得出的初始熔體水含量（1.3±0.3%）遠 遠 大 于N-MORB的 水 含 量（0.1～0.3%），地幔源區的高水含量不僅指示地幔曾發生過早期含水熔融事件，也極易誘發強烈的巖漿活動，為此區域強烈的巖漿活動提供了一種解釋。最近，Yu和Dick[16]則提出了由板塊運動驅動的“微熱點”作用模式：SWIR廣泛分布的一些熔融異常區域（如第27脊段、Joseph Mayes海山、Narrowgate脊段、60°～70°E脊段），與區域板塊運動過程中局部應力變化引起的巖漿聚集作用有關。這些微熱點可以沿洋脊自由遷移，可以解釋SWIR熔融異常區域分布的隨機性、區域性和間斷性，是研究超慢速擴張脊熔融異常的一種新思路。

4.2 地殼增生模式

通常認為，在快-慢速擴張脊，洋殼增生模式相似，即來自地幔源區的熔體在滲透邊界形成熔體注入區，然后繼續向上運移并通過席狀巖墻群噴出，形成狹窄的新生火山擴張軸，洋殼增生區域一般小于4 km[62]。然而，在超慢速擴張的SWIR，洋殼增生類型以構造作用為主，大量地幔橄欖巖直接出露海底[1,18]，不能用經典的洋殼增生模式簡單解釋。

Standish等[63]對9°～16°E區域的火成巖用U系列同位素進行了定年，結果顯示年輕的火山廣泛分布在整個洋中脊裂谷內，顯然，此處的洋殼增生帶更寬。對超慢速擴張脊的數值模擬結果表明，長壽命、大偏移距的正斷層可以向軸外延伸近20 km，這些正斷層的底部可以達到脆性/塑性過渡帶（即熔體注入區）[64]。雖然非巖漿增生脊段下方冷且厚的巖石圈可能會阻礙巖漿從注入帶的運移，但是，較厚的巖石圈使脆性/韌性轉變區以及穿透它的斷層深度更深，也可以為熔體流動提供潛在的通道。

不同于9°～16°E區域與正斷層有關的離軸火山作用控制的地殼增生，SWIR中部和東部廣泛發育以拆離斷層為主導的地殼增生類型，如亞特蘭蒂斯 淺灘、Fuji Dome和49°～51°E脊 段 等[4-5,34]。例如，Zhao等[34]通過第28脊段獲取的OBS三維地震數據，發現該脊段的南北兩翼呈不對稱擴張。北翼主要以火山建造增生；而南翼構造活動強烈，拆離斷層將輝長巖等巖石組合暴露海底，并且南翼發育了一個地殼淺層速度高、垂直速度梯度強的塊體，被命名為龍旂大洋核雜巖（Dragon Flag OCC，表2）。Tao等[55]通過對第28脊段南翼熱液活動區微地震的最新研究，進一步發現該處存在兩個拆離斷層（深大斷層可作為熱液噴口熱量和物質通道），其深度可達莫霍面邊界以下6 km。在超慢速擴張脊，深部巖漿對于脆性巖石圈的供給不足以填補洋中脊擴張帶來的物質和空間空缺，不能完全平衡洋中脊擴張的速率，因此，在洋中脊兩側應變應力集中區域，發育變形量足以與洋中脊擴張匹配的拆離斷層。傳統觀點認為，巖漿供應的不足是導致拆離斷層發育的一個重要因素，但是進一步的研究發現過多或者過少的巖漿供給都會對拆離斷層造成不利的影響，甚至使其終止[64]。因此，巖漿供給量與拆離斷層和大洋核雜巖形成之間的關系還需要進一步明確。

5 研究展望

5.1 不同空間尺度地幔源區性質的精細研究

前人研究表明，從全球尺度到礦物尺度，都存在地幔組分的不均一性[65]。常規的巖石取樣主要依靠巖石拖網、電視抓斗等手段，獲取的樣品在空間上的跨度可達幾十甚至幾百千米。低密度的樣品獲取嚴重限制了對洋脊段內部地球化學特征差異性的觀測，更多小尺度的地幔不均一性研究依賴于自主式水下航行器（如AUV）獲取的高精度地形數據和使用載人潛水器進行取樣。例如，Mougel等[66-67]利用載人潛水器對東太平洋海隆（15°37′～15°47′N）沿軸約15 km的范圍內進行了系統采樣，采樣密度小于1 km，通過高密度的取樣，進而識別出一個未知的地幔儲庫。

在全巖地球化學的基礎上，結合單礦物及包裹體的多元素體系和微區研究，也是亟需的工作。例如，玄武巖中熔體包裹體的成分相對寄主巖漿更為原始，可能形成于巖漿房下部的巖漿通道甚至源區，因此，熔體包裹體成分的研究對討論地幔初始成分特征和巖漿來源具有重大意義[68]。如Li等[69]以采自SWIR的Mount Jourdanne火山的斜長石超斑狀玄武巖為研究對象，結合全巖、玻璃基質和斜長石斑晶熔體包裹體的地球化學特征，提出了其地幔源區存在輝石巖富集組分，巖漿演化過程復雜，可能發育晶粥帶構造。此外，利用實驗巖石學方法和計算軟件對已有地球化學數據進行模擬，對超慢速擴張脊下巖漿供應進行定量化，也有助于增強對地幔源區性質和巖漿在巖漿房內混合形式的認識。

5.2 洋中脊構造活動與巖漿作用

西南印度洋脊的地形、巖石類型及其地球化學組成等諸多特征，究其原因是超慢速擴張脊獨特的構造活動與巖漿作用的綜合產物。例如，SWIR的半擴張速率約為7 mm/a，熔體供應相對貧乏，但在11°E、15°E和50°E卻均出現了強烈的巖漿作用和大型火山。前兩個脊段的異常成因被解釋為地幔源區不均一性和高度變化的洋脊擴張形態造成的熔體傾向性分布[18]；而50°E附近脊段異常的成因則比較復雜，不同的研究提出包括熱點、早期熔融事件的殘留地幔、微熱點、地幔不均一性和巖漿運移機制的變化等多個觀點[10-16]，這些觀點都需要進一步的驗證。

此外，關于克洛澤熱點對SWIR地幔源區的影響也無定論。例如，第27脊段加厚的洋殼以及發育的自西向東逐漸變窄的“V”字型構造一直被認為是 受 到 克 洛 澤熱 點 影 響 的 最 直 接 證 據[13,21,52]，但 克洛澤熱點對洋中脊是否造成了影響，影響的程度究竟有多大，仍是一個需要回答的問題。即使Yang等[14]假設正確：遠離軸的脊柱相互作用產生的是具有富集同位素特征的N-MORB，而不是E-MORB，但是在一些方面還存在爭議。例如，Yu和Dick[16]對此洋脊-熱點作用方式提出質疑：如是克洛澤熱點的影響，為何在相鄰的第28、29脊段完全沒有看到相應的特征，熱點只影響了第27脊段？如此小規模的異常很難用熱點影響來解釋。此外，根據板塊重構的結果，克洛澤熱點現今位于東南印度洋中脊形成的地殼之下，而不是SWIR[70]，因此巖石圈底部克洛澤熱點物質的流動方向與Yang等[14]認為的并不一致。

隨著對53°E非巖漿增生脊段橄欖巖的深入研究，關于馬里昂隆起的成因機制也有了新的認識，即馬里昂隆起的形成不一定是熱點造成的。減薄的、不連續的地殼并不是近期洋中脊活動的結果，軟流圈地幔的虧損更可能是反映了晚元古代莫桑比克洋關閉，形成岡瓦納古陸之前/期間的古老熔融事件[10,12]。因此，對SWIR的巖漿活動和熱點-洋中脊相互作用的動力學機制、熱點對地形地貌及洋殼結構的影響還需要更多的認識。

5.3 巖漿-熱液活動與成礦

早期的研究認為洋中脊巖漿供應量很大程度上控制了熱液噴口的發育，熱源為其主控因素[71]。在SWIR，巖漿供應相對不足，有的脊段甚至完全缺失巖漿活動，熱源條件不佳，似乎不利于熱液活動的形成。但Tao等[53]在49°39′E脊段發現了世界上第一個在超慢速擴張洋中脊活動的熱液區（龍旂熱液區），之后的調查發現在49°～52°E脊段，熱液噴口的分布密度為每100 km約2.5個噴口，與大西洋中脊（36°～38°N）的富巖漿區域相當。這些發現表明在SWIR，至少在巖漿活動脊段，可能存在著廣泛的熱液活動。

在沒有巖漿房存在的超慢速擴張脊，熱源如何驅動熱液循環？這種超慢速擴張脊的熱液循環系統可以達到多大的深度？通過對第28脊段龍旂熱液區的詳細研究，Tao等發現在脊段中央裂谷的南翼存在兩條顯著的拆離斷層，最大拆離深度可達到海底以下13 km，而高溫熱液噴口的流體化學成分也支持該熱液循環系統需要較長的水巖反應區[55]。雖然第28脊段之下并沒有發育巖漿房，但拆離斷層的發育提供了熱液活動存在的可能，巖石圈下部發育的熔體聚集帶可以使拆離斷層的底部溫度迅速升至650℃，為熱液流體循環提供了驅動力。

值得注意的是，受熱點影響的洋中脊雖然具有充足的巖漿供應以及加厚的地殼，但是卻發育更少的熱液噴口[72]。例如，南大西洋7°～11°S脊段，受阿森松熱點的影響，洋殼厚度可達11 km，但卻僅僅識別出了一個高溫熱液噴口[73]；類似的情況也發生在雷克雅內斯洋脊（57°45′～63°09′N）。但Yue等[54]在SWIR第27脊段識別出了1個原本存在的熱液區（斷橋熱液區），3個可能的熱液區，5個有待確定的疑似熱液區，說明在受到熱點影響的第27脊段（雖然存在一定爭議），亦存在高密度的熱液噴口，且分布密度是根據數據庫（InterRigde database）得到的計算密度的3.6～8倍。他們提出深部發育的巖漿房提供了熱液噴口所需的熱源，第27脊段的席狀巖墻群導致的破裂巖石圈是其擴張軸熱液的上升通道；至于遠離擴張軸的熱液區，則是深大斷層插入到巖漿注入帶的結果。

此外，如何開展SWIR硫化物資源勘探，帶動超慢速擴張脊的基礎科學研究，也是目前面臨的挑戰。例如，地球物理數據（例如RMBA值）和MORB地球化學數據均表明，在大尺度上，整個印度洋中脊自西向東受到不同的熱點影響，受熱點影響的熱液產物在地球化學和礦物成分上與正常洋中脊的熱液產物有何不同？在遠離洋中脊/已經停止的擴張中心是否也存在熱液系統？SWIR廣泛分布橄欖巖，超鎂鐵質熱液系統以及熱液硫化物成礦的機制如何？因此，對SIWR典型熱液區洋殼的三維結構、構造-巖漿控制機制、深部動力學過程以及熱液硫化物礦床分布、類型和規模等問題今后仍有待進一步加強研究。