海洋鑽探計畫洋脊玄武岩之磁性礦物與岩石磁學性質研究

海洋岩石圈佔了地球表面三分之二的面積,海洋地殼較大陸地殼薄,主要是以玄武岩質岩石為主,而有關板塊地體構造學說(plate tectonics)相關理論之發展,最為重要的證據之一即是洋底地質與古地磁的相關研究。在前人的研究中,發現海底有綿延七、八萬公里的巨大山脈,此海底山脈即是中洋脊(mid-oceanic ridge)。在中洋脊的軸心處為海洋板塊的擴張中心(spreading center),岩漿自此處冒出並形成新的海洋地殼,不斷的向洋脊軸的左右兩側移動擴張,因此海底岩石的年齡也就由中洋脊向兩側逐漸變老。由於地球磁場的南北磁極方向每隔著一段時間會發生倒轉,其發生的原因與機制至今尚未完全明瞭,但是如此倒轉的變化卻被岩石中的磁性礦物所忠實的紀錄下來。在1950年代末期,海洋地球物理與古地磁研究所作的磁性探測,發現到海底有條帶狀的地磁異常區域,形成所謂的海洋磁性異常(marine magnetic anomalies)圖譜,這些磁性條帶平行排列在中洋脊的兩側,對稱於洋脊軸。海洋磁性異常圖譜的發現,隨即成為洋脊軸處新生海洋板塊的最直接證據。

雖然海洋磁性異常記錄了全球板塊運動和地球磁場的歷史,但是,有關海洋地殼中洋底磁性異常來源的相關問題,仍然存有著許多的謎團與爭議,想要瞭解這些問題,必須要先瞭解造成海底磁性異之磁性礦物,包括這些磁性礦物的種類、特性與成因。目前針對海洋磁性異常的相關研究,主要得力於海洋鑽探計畫(Ocean Drilling Program)岩心之岩石磁學與古地磁之研究資料。本實驗室對海洋地殼中磁性礦物與岩石磁學的研究主要包括兩個部分:一是從縱深的改變看磁性礦物的特徵與變化,二是從橫向(距離洋脊軸的遠近)的改變看磁性礦物的特徵與變化。

(一)海洋鑽探計畫(ODP)504B號井蓆狀岩牆玄武岩中磁性礦物之研究 本研究之樣品是來自於海洋鑽探計畫(ODP)504B號井蓆狀岩牆之玄武岩岩心樣品,504B號井是目前海洋鑽探最深的井位(約2100 m),其井深所涵蓋的範圍包括枕狀岩流層、過渡帶、與蓆狀岩牆。而本研究重點主要是針對其樣品中的磁性礦物,作礦物學與岩石磁學之相關研究,利用掃瞄式電子顯微鏡(SEM)附設之能量色散光譜儀(EDS)、電子微探分析儀(EPMA)、高解析穿透式電子顯微鏡(TEM)等方法,配合全岩磁性質之量測,以瞭解洋殼蓆狀岩牆中之磁性礦物的特徵與其成因,並驗證全岩磁性質和磁性礦物之種類、成分、組織與含量之間的關係,希望能進一步瞭解洋殼接受磁化的過程,以及磁化年代和洋脊玄武岩形成年代之可能差距。

(二)海洋鑽探計畫187航次(1)(2)洋脊玄武岩之岩石磁學性質研究 一般認為海底磁性異常主要是來自最上部海洋地殼的枕狀玄武岩層,而枕狀玄武岩中的磁性礦物係原生鈦磁鐵礦經低溫氧化作用所形成的磁赤鐵礦(maghemite)或鈦磁赤鐵礦(titanomaghemite),但近幾年的研究認為枕狀玄武岩的自然殘磁(NRM)有一部份是來自玄武岩之間質玻璃中未受低溫氧化的次微米鈦磁鐵礦所貢獻。為了進一步瞭解洋殼枕狀玄武岩中的磁性礦物的特徵與成因,並且比較在不同時間(年代)和空間位置的海洋地殼中磁性礦物的特性與變化,在本研究中針對來自海洋鑽探計畫187航次所鑽探之洋脊玄武岩岩心樣品作岩石磁學性質量測與磁性礦物鑑定。187航次的鑽探區域位於澳洲與南極大陸間之東南印度洋脊附近,靠近澳洲-南極不整合界限(Australian-Antarctic Discordance, AAD)東側,總計有13個站位(site 1152 ~ 1164)23個井位,作業水深4500 ~ 5700 m,鑽進海底火成基岩20 ~ 60 m深,各井位年齡自14 Ma到28 Ma。 所進行的岩石磁學性質測量工作有兩大部份,第一部份包括了自然殘磁(NRM)、磁感率(k)、飽和磁化量(Ms)、飽和殘磁(Mrs)、磁頑性(Hc)、殘磁頑性(Hcr)、交流去磁(AFD)、熱去磁、以及岩石密度之測量,使用設備包括Schonstedt SSM-1A spinner magnetometer、Bartington Instruments MS2 system、tri-axial AF demagnetizer、和Magnetic measurements MMTD80 thermal demagnetizer。第二部份包括低溫磁學實驗,使用Quantum design Magnetic Property Measurement System(MPMS)量測induced remanent magnetiza-tion vs. T曲線;以及使用semihorizontal thermo-magnetic balance量測熱磁曲線,並可測得居里溫度(strong-field magnetization vs. T,即Js-T plots)。

海洋鑽探計畫洋脊玄武岩磁性礦物之研究成果


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