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科研动态
科研进展
海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室在冲绳海槽岩浆源区岩性特征及陆壳混染作用方面取得新认识
来源:海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室     通讯员:林琦     2020-02-28 15:55:44
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2月25日,海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室、中国科学院海洋研究所曾志刚团队在冲绳海槽火山岩成因研究方面取得新进展,相关成果“Source lithology and crustal assimilation recorded in low δ18O olivine from Okinawa Trough, back-arc basin”(冲绳海槽岩浆源区岩性特征及陆壳混染作用:橄榄石元素及氧同位素指示)以课题组博士后李晓辉为第一作者在国际知名地学期刊《Lithos》上发表。

橄榄岩源区和辉石岩源区是产生玄武质岩浆的两个重要源区。由于Ni、Ca、Mn等元素在源区不同矿物内分配系数差异,使得橄榄石的地球化学成分可以很好地用于鉴别橄榄岩源区和辉石岩源区在玄武质岩浆产生时的贡献程度。通常而言,相较于辉石岩源区,橄榄岩源区的橄榄石具有较低的Ni含量,较低的Fe/Mn比值及较高的Ca、Mn含量。近年来研究表明洋岛玄武岩(OIB)和大火成岩省(LIP)火山岩的产生具有较大源区辉石岩熔融的贡献。然而,由于缺乏高精度橄榄石研究,在俯冲带区域关于玄武质岩浆来源研究较少,仅有的少量工作集中在堪察加半岛、中墨西哥火山带、中美洲及安第斯南部火山带。


研究区地质图及采样位置


为了更进一步认识俯冲带区域火山岩岩浆源区特征,本次研究对采自琉球俯冲带弧后盆地冲绳海槽(图1)的橄榄石进行了高精度电子探针(300nA)分析。此外,由于陆壳混染作用在冲绳海槽岩浆演化过程中存在争议,橄榄石作为岩浆早期演化阶段的产物,可以减小后期岩浆作用的影响而保留早期岩浆演化信息,为明确冲绳海槽区域岩浆演化过程具有重要意义。


冲绳海槽火山岩橄榄石Fo与微量元素相关图


冲绳海槽火山岩橄榄石微量元素相关图


地球化学数据显示,冲绳海槽区域橄榄石具有较低的Ni、Ca含量及Fe/Mn比值,较高的Mn和Mn/Zn比值(图2、3),除Ca含量外,其余特征与橄榄岩源区相似,低Ca含量落入了辉石岩源区范围。研究发现,俯冲带区域火山岩橄榄石的Ca含量明显低于洋中脊玄武岩(MORB),这种特征可能由于俯冲带区域高H₂O含量的影响,由于高H₂O含量降低了CaO在橄榄石内的分配系数,这与冲绳海槽橄榄石内熔体包裹体具有高H₂O含量特征相一致。


冲绳海槽火山岩橄榄石氧同位素特征图


此外,δ18O结果显示在冲绳海槽南部玄武质安山岩和中部安山岩内均存在低δ18O(<5‰)的橄榄石(图4)。低δ18O的橄榄石在全球范围内分布较少,通常涉及到高温热液蚀变的影响,在岩浆形成过程中具有重要的指示意义。我们通过对低δ18O的产出特征及地质背景进行分析,认为低δ18O的橄榄石不是来自于高温热液蚀变的下洋壳部分熔融,而是同化了高温热液蚀变的低δ18O陆壳围岩,这证明了陆壳同化混染在岩浆产生过程中具有重要意义。与低δ18O橄榄石相反,区域内全岩普遍具有高δ18O特征(>6‰),可能是岩浆演化后期淋滤了高δ18O陆源物质或发生了低温热液蚀变(图5)。


冲绳海槽火山岩岩浆演化模式图




论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105444




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