海洋研究所

海洋所获得弧后盆地海底热液区玄武质岩浆来源新证据

2020-07-31 来源：海洋地质与环境重点实验室 | 【大中小】

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了解海底热液系统中岩浆活动的起源是海底热液地质学研究的重点任务之一。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的差异，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。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分析，在俯冲带区域及其海底热液活动区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等区域。

研究区火山岩橄榄石Fo与微量元素相关图

为更进一步认识俯冲带区域及其海底热液区的火山岩岩浆源区特征，中国科学院海洋研究所曾志刚团队及合作者对采自西太平洋弧后盆地热液区附近火山岩内的橄榄石进行了高精度分析。地球化学数据显示，研究区橄榄石具有较低的Ni、Ca含量及Fe/Mn比值，较高的Mn和Mn/Zn比值，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，俯冲带海底热液区中火山岩橄榄石的Ca含量普遍低于MORB，这种特征可能由于俯冲带海底热液区高H₂O含量降低了Ca在橄榄石内的分配系数，这与弧后盆地橄榄石内熔体包裹体的高H₂O含量特征相一致。

研究区火山岩橄榄石氧同位素特征

此外，氧同位素分析结果显示在玄武质安山岩和安山岩内均存在低δ¹⁸O（<5‰）的橄榄石。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橄榄石的产出特征及地质背景进行分析，认为低δ¹⁸O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。

橄榄石元素及氧同位素的研究对我们充分认识海底热液区岩浆起源及演化具有重要意义。该研究成果发表在国际地学期刊LITHOS上，第一作者为李晓辉博士后。本项研究得到了国家自然科学基金、中国科学院海洋地质与环境重点实验室开放基金、全球变化和海气相互作用等项目的支持。

研究区火山岩岩浆演化模式图

论文信息：

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

本文相关研究：

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

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