出露於洋底或為洋底鬆散沉積物所覆蓋的巖石。大洋地殼從結構上可分為3層,層1為沉積層,層2以玄武巖為主,層3包括輝長巖和超基性巖等。洋底的巖石大多屬於層2的範疇,是深部巖漿溢出,在洋底冷凝而成的巖石。

  洋底火山活動是洋殼演化過程中最重要的事件。大洋中脊軸部玄武巖漿的上湧和溢出引起洋殼增生,成為新的洋殼。洋底火山活動帶來的有用元素,是深海錳結核、塊狀硫化物熱液礦床和多金屬泥的物質來源。因此,洋底巖石的類型、分佈和成因,一直是是地質學傢所關註的重大課題。

  1872~1876年,英國“挑戰者”號環球航海考察中,J.默裡和A.F.勒納爾就采集並研究過海底玄武巖樣。但真正有計劃地取樣研究洋底巖石,則是從深海鉆探計劃(DSDP),特別是這一計劃進入國際大洋鉆探階段(IPOD)才開始的。通過海底鉆探、拖網取樣及深潛器取樣,已在洋底巖石的類型和分佈方面,積累瞭一批有用的資料,但目前的海底鉆探深度一般不超過600米,因此,人們對洋底巖石的認識還是很膚淺的。

  洋底巖石與陸上巖石有很大區別。首先,在類型上,洋底巖石以高鐵鎂、低矽堿的基性火山巖為主,不及陸上巖石多樣化。陸地上分佈很廣的花崗質侵入巖和中、酸性火山巖,在洋底很少見。其次,洋底巖石的年齡小,迄今尚未發現有超過1.7億年者。對海底磁異常條帶的測年工作證明,洋底仍在擴張,洋殼還在增生。而老的洋殼則向兩側漂移,到板塊的匯聚邊緣俯沖消亡。因此,洋底巖石不同於陸上巖石,它始終處於不斷更新的運動之中。

  類型和分佈 已發現的洋底巖石主要有下列幾種:

  玄武巖 是洋底最主要的巖石,可分兩大類。

  ① 大洋中脊玄武巖(MORB)。主要是拉斑玄武巖。形成於大洋中脊軸部,故名。隨著洋殼不斷增生和擴張,大洋中脊玄武巖廣佈於諸大洋底,是組成第2層洋殼的主要巖石。大洋中脊玄武巖往往具有枕狀或角礫狀構造。主要由拉長石、輝石和氧化鐵礦物的斑晶與玻璃質或細粒基質組成。其化學成分具有低堿,特別是低鉀的特點(見表)。K、Rb、Cs、Sr、Ba、Pb、U、Th等大離子親石元素貧化,重稀土元素分餾現象不顯著,輕稀土元素相對較貧。根據大西洋和太平洋的巖石資料,其成分在空間上也有變化,但無明顯的規律可循。有人認為這種變化是地幔橄欖巖部分差異熔融、巖漿分異作用及混合作用的結果,巖漿還是來自一個比較均勻的地幔源。但是在北大西洋的某些鉆孔中,也發現瞭一些化學成分顯著不同的大洋中脊玄武巖,因此許多人趨向於認為,地幔並不是很均一的。大洋中脊玄武巖的化學成分可能與海底擴張速率有關,隨著擴張速率的增加,玄武巖玻璃中FeO/MgO比值和TiO2的含量有升高的趨勢。說明巖漿的分異作用更趨完全。

  ② 板內玄武巖(WPB)。分佈在大洋板塊內部,見於無震海嶺、海山及大洋島,為堿性玄武巖或拉斑玄武巖,二者也可同時出現。印度洋東經九十度海嶺和夏威夷一皇帝海嶺的玄武巖可為代表。堿性玄武巖化學成分的特點是,SiO2不飽和,堿的含量很高(見表),富含大離子親石元素和輕稀土元素。常含數量不等的斜長石、單斜輝石和橄欖石斑晶。基質為微晶結構或玻璃質結構。板內的拉斑玄武巖也稱大洋島拉斑玄武巖。

大洋拉斑玄武巖與堿性玄武巖的化學成分及其含量

  J.T.威爾遜和W.J.摩根曾用熱點說解釋板內火山活動的機制和海底山鏈的線性分佈(見無震海嶺)。有人認為板內火山活動形成的玄武巖不同於大洋中脊玄武巖,可能來自地幔更深的部位,但也有可能反映瞭地幔組成的不均一性。

  超基性巖 按礦物成分可分純橄欖巖、方輝橄欖巖、二輝橄欖巖等。在拖網采得的巖樣中,超基性巖一般數量較少,常與輝長巖、玄武巖及少量斜長巖共生。主要產於裂谷邊壁、裂谷山脊和斷裂帶崖壁處,也散見於大洋島和海山上。大多有不同程度的蛇紋石化,結構變化很大,一般為塊狀構造。橄欖石等礦物多因強烈蛇紋石化而僅存假象。常因動力變質作用而出現晶體破碎、扭曲或雙晶化現象。

  在一些產於海山和大洋島的堿性玄武巖中,常發現二輝橄欖巖巖石包體,應屬火山活動時從上地幔中挾帶上來的固態物質。大西洋中脊取得的蛇紋石化橄欖巖,其化學成分與橄欖巖包體極為相似。但洋底超基性巖的產狀頗為復雜。因此其成因可能是多樣的,既可以是深部物質沿斷裂構造侵位或蛇紋巖底辟侵位的產物,也可以是玄武巖漿結晶分異的結果。

  輝長巖 在大西洋中脊和印度洋中脊均有發現,其基本礦物組合為基性斜長石和單斜輝石,有時含紫蘇輝石和橄欖石。副礦物有榍石、角閃石、磷灰石及鈦磁鐵礦等。主要礦物的結晶程度相近。化學成分的特點是FeO/MgO比值變化大,說明巖漿有明顯的分異趨勢。洋底輝長巖為深部巖漿侵入作用的產物,是與大洋中脊玄武巖相對應的深成巖。輝長巖主要采自洋底斷裂帶的崖壁處。在赤道大西洋的羅曼什斷裂帶中,發現有含霓石的堿性輝長巖。在大西洋中脊還發現閃長巖與輝長巖、蛇紋巖組成的斷層角礫巖相伴生。

  熱液蝕變在大洋中脊的輝長巖中極為常見。主要的蝕變作用有角閃石化、蛇紋石化和葡萄石化等。

  大洋安山巖 指鈉質斜長石和單斜輝石組成的一種中性火山巖,也稱冰島巖,缺少紫蘇輝石和角閃石。見於某些無震海嶺,但數量甚少。它與島弧或陸緣的安山巖相比,含鉀量(1%左右)較低,Na2O/K2O比值及含鐵量甚高。這些特征表明,大洋安山巖與拉斑玄武巖有成因上的聯系。

  花崗質巖石 為SiO2過飽和的巖石,SiO2含量一般高於60%。在洋底花崗質巖石不多見,在大西洋和太平洋的海底巖樣中偶有發現。主要礦物為石英(20~45%)、鉀長石(5~10%)和斜長石,亦可見少量角閃石、黑雲母和輝石。

  在大西洋中脊曾發現閃長巖與蛇紋巖、輝長巖組成的斷層角礫巖相伴生。

  堿性巖石 除前述板內的堿性玄武巖外,尚有橄欖粗安巖、粗面玄武巖、粗面巖和響巖等,主要見於無震海嶺、海山和大洋島。這些富含堿質的巖石可出現鈦輝石、霞石和其他似長石,可能是堿性玄武巖漿分異的產物。

  變質巖 沿大洋中脊軸部,還發現有變質巖類,如變玄武巖、變輝長巖、綠片巖、細碧巖、角閃巖和蛇紋巖等,主要為基性巖、超基性巖變質而成。常見的蝕變類型有沸石化、鈉長石化、綠泥石化及蛇紋石化等。這種蝕變作用往往隻改變巖石的成分,而不改變巖石的原生結構。海底熱液礦床的形成便與這類熱液活動有關。

  成因 一般認為在深約數十至一百公裡的洋底巖石圈以下為高溫的軟流圈,它具有緩慢的流動性,其成分大致相當於二輝橄欖巖。在大洋中脊下方形成地幔對流的上升流,軟流圈地幔物質在上湧的過程中,由於負荷壓力的減小,部分熔融產生拉斑玄武巖漿,溢出海底就形成廣佈的玄武巖被。板塊內部玄武巖漿的形成,可能與熱點或地幔柱有關。拉斑玄武巖漿和堿性玄武巖漿,可出現程度不同的分異作用,生成一些中、酸性和堿性巖石。加之在深部物質上湧過程中,帶上一些超基性物質,或者在某些部位,由於構造作用和侵入作用而導致超基性巖或基性巖的侵位,就造成瞭洋底巖石在類型和分佈上的復雜圖景。

  

參考書目

 R.Hekinian,Petrology of the Ocean Floor,Else-vier Scientific Publ.,Amsterdam,1982.