海洋所獲得弧后盆地海底熱液區玄武質巖漿來源新證據

    了解海底熱液系統中巖漿活動的起源是海底熱液地質學研究的重點任務之一。橄欖巖源區和輝石巖源區是產生玄武質巖漿的兩個重要源區。由于NiCaMn等元素在源區不同礦物內分配系數的差異,使得橄欖石的地球化學成分可以很好地用于鑒別橄欖巖源區和輝石巖源區在玄武質巖漿產生時的貢獻程度。近年來研究表明,洋島玄武巖(OIB)和大火成巖省(LIP)火山巖的產生具有較大源區輝石巖熔融的貢獻。然而,由于缺乏高精度橄欖石分析,在俯沖帶區域及其海底熱液活動區關于玄武質巖漿來源研究較少,僅有的少量工作集中在堪察加半島、中墨西哥火山帶、中美洲及安第斯南部火山帶等區域。
 

研究區火山巖橄欖石Fo與微量元素相關圖

    為更進一步認識俯沖帶區域及其海底熱液區的火山巖巖漿源區特征,中國科學院海洋研究所曾志剛團隊及合作者對采自西太平洋弧后盆地熱液區附近火山巖內的橄欖石進行了高精度分析。地球化學數據顯示,研究區橄欖石具有較低的NiCa含量及Fe/Mn比值,較高的MnMn/Zn比值,Ca含量外,其余特征與橄欖巖源區相似,低Ca含量落入了輝石巖源區范圍。研究發現,俯沖帶海底熱液區中火山巖橄欖石的Ca含量普遍低于MORB,這種特征可能由于俯沖帶海底熱液區高H2O含量降低了Ca在橄欖石內的分配系數,這與弧后盆地橄欖石內熔體包裹體的高H2O含量特征相一致。

研究區火山巖橄欖石氧同位素特征

    此外,氧同位素分析結果顯示在玄武質安山巖和安山巖內均存在低δ18O<5‰)的橄欖石。低δ18O的橄欖石在全球范圍內分布較少,通常涉及到高溫熱液蝕變的影響,在巖漿形成過程中具有重要的指示意義。我們通過對低δ18O橄欖石的產出特征及地質背景進行分析,認為低δ18O橄欖石不是來自于高溫熱液蝕變的下洋殼部分熔融,而是同化了高溫熱液蝕變的低δ18O陸殼圍巖,這證明了陸殼同化混染在巖漿產生過程中具有重要意義。與低δ18O橄欖石相反,區域內全巖普遍具有高δ18O特征(>6‰),可能是巖漿演化后期淋濾了高δ18O陸源物質或發生了低溫熱液蝕變

    橄欖石元素及氧同位素的研究對我們充分認識海底熱液區巖漿起源及演化具有重要意義。該研究成果發表在國際地學期刊LITHOS上,第一作者為李曉輝博士后。本項研究得到了國家自然科學基金、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項目的支持。


 研究區火山巖巖漿演化模式圖

    論文信息:

    Li Xiaohui, Zeng Zhigang, et al. Lithos. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105444

 

    本文相關研究:

    Li Xiaohui, Zeng Zhigang, et al. Lithos. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2019.105320


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