透視海底熱液區深部巖漿房及巖漿演化過程研究獲新進展

       俯沖帶巖漿活動是海底熱液地質學研究的熱點問題之一,由于俯沖洋殼、俯沖沉積物等物質影響,俯沖帶火山巖往往成分多樣,成因復雜。弧后盆地作為重要的俯沖構造單元,其海底熱液區火山巖的研究可為進一步明確俯沖帶巖漿作用過程提供幫助。傳統全巖研究由于受到后期巖漿演化及蝕變作用影響,不能很好地刻畫巖漿演化過程。單斜輝石是巖漿演化過程中的早期結晶礦物,可存在于巖漿演化的大部分階段,且不同結構環帶、元素組成的單斜輝石具有不同的成因。因此,單斜輝石可以保存巖漿房物理化學狀態及巖漿演化過程信息,指示多期巖漿充填或混合現象,是研究巖漿組成、巖漿演化及巖漿運移的理想工具。 
不同巖性火山巖內單斜輝石環帶特征
       海洋研究所曾志剛研究團隊及合作者對采自西太平洋弧后盆地熱液區附近的玄武巖、安山巖、粗安巖和流紋巖內的單斜輝石進行了詳細的巖相學及礦物學研究,并分析了主量和微量元素地球化學特征。根據環帶結構、主量元素及稀土元素特征可將不同火山巖內的單斜輝石分為多種類型。其中玄武巖內Type 1的單斜輝石與粗安巖內Type 1單斜輝石在地球化學特征上具有相似性,表現出虧損LREEs和無明顯Eu異常;玄武巖內Type 2的單斜輝石與安山巖內及粗安巖內Type 2單斜輝石在地球化學特征上具有相似性,表現出虧損LREEs及明顯Eu負異常。 
單斜輝石分離結晶模擬計算圖
       研究人員通過對單斜輝石的微量元素模擬發現,不同巖性內的單斜輝石可以通過玄武質巖漿發生單斜輝石+斜長石±斜方輝石±副礦物的分離結晶獲得。此外,在安山巖中存在與玄武巖內單斜輝石成分相似的環帶,表明了同源巖漿的充填、混合在不同巖性單斜輝石間普遍存在,并根據單斜輝石與熔體間元素分配系數獲得了基性巖中單斜輝石平衡熔體成分。通過對平衡熔體的成分模擬,結果顯示源區巖漿受到明顯的俯沖沉積組分影響,且俯沖熔體的影響強于俯沖流體。

 

  

  
平衡熔體受俯沖組分影響模擬計算圖

       單斜輝石的研究突破了全巖成分對巖漿信息刻畫的局限,對明確海底熱液區巖漿成分、分析火山巖成因具有重要意義。基性-中性-酸性巖中系統的單斜輝石研究明確了分離結晶及同源巖漿混合對研究區內中酸性火山巖成因起著主導地位。研究成果發表在國際地學期刊LITHOS(JCR一區)上,第一作者為李曉輝博士后。本研究得到國家自然科學基金、中國科學院海洋地質與環境重點實驗室開放基金、全球變化和海氣相互作用等基金項目支持。 


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