東馬努斯盆地高鎂安山巖物質(zhì)來源及演化過程
——基于全巖主微量和同位素分析*

趙 霞 黃 朋 胡寧靜 孔娟娟 廖仁強(qiáng)

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室 青島 266071; 2. 中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049;3. 國家海洋局第一海洋研究所海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)重點實驗室 青島 266061)

高鎂安山巖包括埃達(dá)克巖、皮波型高鎂安山巖、贊岐巖、玻安巖和巴哈巖等。它是指以MgO＞5%、FeOT/MgO＜1.5、Al2O3＜16%和CaO＜10%為特征的安山巖(Tatsumi, 2001)。前人已對高鎂安山巖做了大量的研究(Benoit et al, 2002; Martin et al, 2005; Guivel et al, 2006; Pallares et al, 2007; Wang et al, 2008b), 但高鎂安山巖的成因多樣、沒有定論。能產(chǎn)生高鎂安山巖的地質(zhì)背景不是單一的, 如熱的俯沖帶、年輕的洋殼俯沖區(qū)域或有熱軟流圈物質(zhì)注入的俯沖板片邊緣(Pe-Piper et al, 1994; Shinjo, 1999; Yogodzinski et al,2001); 能形成高鎂安山巖的地質(zhì)作用過程也是多樣的, 如含水地幔橄欖巖部分熔融(Kushiro, 1969;Mysen et al, 1975; Baker et al, 1994, 1995; Hirose et al,1995; Hirose, 1997)、含尖晶石的富集二輝橄欖巖部分熔融(Hirose et al, 1995; Hirose, 1997; Blatter et al,2001)或俯沖洋殼釋放的含水流體加入到地幔楔中而引發(fā)地幔橄欖巖部分熔融等(Crawford et al, 1989;Tatsumi et al, 1989)。并且, 高鎂安山巖在現(xiàn)代地球上的出露相當(dāng)稀少(唐功建等, 2010), 且采樣困難, 以至樣品不足、研究不夠充分, 因此, 獲得高鎂安山巖并對其進(jìn)行研究尤為重要。火成巖的主微量元素組成可反映不同地質(zhì)作用過程; 放射性成因同位素組成的初始比值能夠準(zhǔn)確地限定其源區(qū)的性質(zhì)(Rollinson,1995)。因此, 廣大學(xué)者使用主微量和同位素來研究高鎂安山巖的成因(Wang et al, 2007a; Hoang et al, 2009;Liu et al, 2010; Wang et al, 2011; Chen et al, 2012; Xu et al, 2012)。東馬努斯高鎂安山巖主微量和同位素的研究不僅可以在樣品數(shù)量上對前人數(shù)據(jù)加以補(bǔ)充,更能在研究區(qū)域上補(bǔ)充一個新的產(chǎn)生高鎂安山巖的地區(qū)。

東馬努斯盆地位受到太平洋板塊與所羅門板塊雙重俯沖的影響, 巖漿作用復(fù)雜。該盆地發(fā)育的高鎂安山巖并沒用引起學(xué)者們的注意, Sinton等(2003)、Beier等(2010)和 Park等(2010)通過全巖主微量和同位素對東馬努斯盆地巖漿物質(zhì)來源及演化過程進(jìn)行了分析, 分析包括俯沖物質(zhì)來自于哪個板塊、巖漿是否受到了俯沖加水作用的影響、俯沖物質(zhì)包括哪些類型等。然而他們僅將其當(dāng)成普通火山巖來分析, 并沒有當(dāng)作特殊的高鎂安山巖來研究其與地幔橄欖巖的關(guān)系。本文首次通過分析東馬努斯盆地高鎂安山巖的全巖主微量和Sr-Nd-Pb同位素, 并結(jié)合前人數(shù)據(jù), 探究了高鎂安山巖的物質(zhì)來源和演化過程。

1 地質(zhì)背景與樣品采集

馬努斯盆地是位于南太平洋的新不列顛和新愛爾蘭火山島弧之間快速擴(kuò)張的弧后盆地(Taylor,1979)。如圖1所示, 盆地位于太平洋板塊與俾斯麥板塊邊界, 其板塊運動區(qū)域主要集中在3個左行的轉(zhuǎn)換斷層帶上, 即 Willaumez斷層、Djaul斷層和 Weitin斷層(Martinez et al, 1996)。

馬努斯盆地的板塊運動發(fā)生在40Ma之前, 大約在漸新世時期, 太平洋板塊沿著馬努斯海溝向西南方向俯沖, 俯沖成因的巖漿作用導(dǎo)致了新愛爾蘭島和一部分新不列顛火山巖形成。大約在10Ma時, 翁通爪哇高原與馬努斯海溝相撞, 導(dǎo)致了太平洋板塊的轉(zhuǎn)向。隨后, 所羅門板塊開始向北俯沖, 產(chǎn)生了一系列的達(dá)清夫-貝利奧夫帶, 并沿俯沖帶形成了長條狀的新不列顛火山島(Exon et al, 1986; Woodhead et al, 1998; Phinney et al, 1999)。大約在2—3Ma時, 馬努斯盆地開始擴(kuò)張, 并形成了馬努斯擴(kuò)張中心、Willaumez、Djaul與Weitin轉(zhuǎn)換斷層和斷層之間的無數(shù)小裂谷(Kamenetsky et al, 2001)。

圖1 馬努斯盆地區(qū)域地質(zhì)圖及采樣位置Fig.1 Regional map of the Manus Basin and sample locations注: 地質(zhì)圖參照Martinez等(1996); Yang等(2002)和Sinton等(2003)。Desmos為熱液區(qū)的名稱, M6(9)和M5(13)為采樣位置

東馬努斯盆地位于俾斯麥海的東部, 夾在 Djaul斷層和與Weitin斷層之間, 由一系列雁列式火山脊和海底火山穹窿(稱為東馬努斯火山區(qū))組成, 是馬努斯盆地最年輕的弧后擴(kuò)張區(qū)(圖 1)。該區(qū)的巖石類型包括玄武巖、玄武質(zhì)安山巖、安山巖、英安巖、流紋質(zhì)英安巖和流紋巖(Binns et al, 1993; Kamenetsky et al,2001; Sinton et al, 2003)。通過分析, 該區(qū)部分安山巖[Sinton等(2003)中的樣品16-9、16-14和Kamenetsky等(2001)的樣品MD43]屬于高鎂安山巖。并且經(jīng)過大量數(shù)據(jù)收集, 發(fā)現(xiàn)前人數(shù)據(jù)中僅有這三個樣品為高鎂安山巖。

樣品采于“科學(xué)號”考察船 201501航次, 采樣工具為水下機(jī)器人, 采樣區(qū)為東馬努斯盆地的 Desmos熱液區(qū)(圖 1)。兩個巖石樣品分別編號為 M6(9)和M5(13), M6(9) 采自 151°52′39.857″E, 3°42′21.744″S,M5(13)采自 151°52′40.623″E, 3°42′7.707″S。

2 樣品描述與分析方法

樣品手標(biāo)本照片如圖2所示, 兩塊巖石樣品都很新鮮, 呈黑色, 隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu), 致密塊狀構(gòu)造, 均含有大量小氣泡。樣品M5(13)還具有冷凝邊。

雖然樣品新鮮, 沒有受到海水蝕變的影響, 但我們還是在化學(xué)成分測定之前對其進(jìn)行了前處理。首先用超聲波清洗儀對樣品進(jìn)行了仔細(xì)的清洗。然后將它們浸泡在無水乙醇中水浴加熱一段時間, 達(dá)到去除有機(jī)質(zhì)的目的。接著將它們浸泡在鹽酸中水浴加熱一段時間, 達(dá)到去除沉積碳酸鹽的作用。之后再將它們泡在超純水中, 直到樣品中的氯離子去除完畢。最后,把樣品烘干并用瑪瑙缽體研磨成 200目大小的粉末(黃朋, 2005)。在整個前處理的過程中, 使用的器具是干凈并且干燥的。

樣品全巖主量元素的測試分析工作在中國核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成, 使用的儀器為傳統(tǒng) X熒光光譜(Phillips PW1480)。全巖微量元素的測試工作在中國科學(xué)院海洋研究所完成, 使用的儀器為 ICP-MS(ELAN DRC II), 微量元素的測量精度在5%—10%以內(nèi), 測試過程中采用BCR-2和GSR-3作為標(biāo)準(zhǔn)樣品。Sr-Nd-Pb同位素測試工作在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所使用Finnigan公司的MAT262質(zhì)譜儀完成。標(biāo)樣分析結(jié)果: NBS98787Sr/86Sr=0.710254(±0.00014,2δ), BHVO-2143Nd/144Nd=0.512989 (±0.00008, 2δ)。NBS981206Pb/204Pb,207Pb/204Pb 和208Pb/204Pb比值分別為 16.9426(±0.0004, 2δ), 15.4980±0.0008, 2δ)和36.7284(±0.0024, 2δ)。

圖2 東馬努斯高鎂安山巖手標(biāo)本照片F(xiàn)ig.2 Samples of high-Mg andesite from the Eastern Manus Basin

3 結(jié)果

3.1 主量元素特征

樣品主量元素含量見表 1。由全堿-SiO2圖解(圖3a)可知, 樣品M6(9)與M5(13)均為玄武質(zhì)安山巖。K2O-SiO2圖解(圖3b)顯示, 樣品屬于中鉀鈣堿性系列的鈣堿性巖類。M6(9)和 M5(13)的 MgO含量分別為5.30%和 5.54%, FeOT含量分別為 8.35%和 8.22%,FeOT/MgO比值分別為1.575和1.484, Al2O3含量分別為 15.77%和 15.82%, CaO含量分別為 9.22%和9.28%?；痉蟃atsumi(2001)提出的高鎂安山巖的特征。哈克圖解(圖4)可能顯示了一個礦物分離結(jié)晶的過程。隨著SiO2含量的升高, CaO、FeOT和MgO的含量逐漸降低(圖4b, c, e), 說明分離結(jié)晶的礦物可能為橄欖石和輝石。Al2O3、TiO2和P2O5的含量在SiO2含量大于 60%以后也逐漸遞減(圖 4a, g, h), 說明當(dāng)SiO2含量大于60%以后, 斜長石、鈦鐵礦和磷灰石也開始分離結(jié)晶。

3.2 微量元素和稀土元素

圖3 東馬努斯高鎂安山巖的全堿-SiO2圖解(a)和 K2O-SiO2圖解(b)Fig.3 Na2O+K2O versus SiO2 diagram (a) and K2O versus SiO2 diagram (b) for high-Mg andesite from the Eastern Manus Basin注: a圖的巖石類型邊界據(jù)Le Bas等(1986); b圖的巖石類型邊界據(jù)Irvine等(1971)。前人的三個東馬努斯高鎂安山巖數(shù)據(jù)分別為Sinton等(2003)中的樣品16-9、16-14和Kamenetsky等(2001)的樣品MD43

圖4 東馬努斯盆地火山巖主量元素-SiO2變化圖解Fig.4 Bulk major elements versus SiO2 diagram for volcanic rocks from the Eastern Manus Basin注: 前人的馬努斯火山巖來源于Kamenetsky等(2001), Yang等(2002), Sinton等(2003)和Park等(2010)。前人的三個高鎂安山巖數(shù)據(jù)分別為Sinton等(2003)中的樣品16-9、16-14和 Kamenetsky等(2001)的樣品MD43

表1 東馬努斯盆地巖漿主量元素含量Tab.1 Major elements content of high-Mg andesite from the Eastern Manus Basin

樣品的微量元素含量見表 2。球粒隕石和N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化的REE(稀土元素)圖解(圖5a, b)顯示出東馬努斯高鎂安山巖右傾型的分布特征, 說明高鎂安山巖輕稀土元素(LREEs)相對富集、重稀土元素(HREEs)相對虧損。樣品 M5(13)和 M6(9)的 CeN/YbN分別為3.0031和3.3039。M5(13)和M6(9)的∑REE分別為 36.93和 36.88ppm, 具有幔源特征(李昌年,1992)。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的蛛網(wǎng)圖(圖 6)顯示了 Pb和大離子親石元素(LILEs, 如K, Rb, Sr, Ba, U)富集、高場強(qiáng)元素(HFSEs, 如Th, Nb, Ta, Ti)虧損的特征。

3.3 Sr-Nd-Pb同位素

Sr-Nd-Pb同位素組成如表2所示。兩個高鎂安山巖樣品的同位素組成基本一致, M5(13)和 M6(9)的87Sr/86Sr分別為0.703689和0.703785,143Nd/144Nd分別為0.513055和0.513030,206Pb/204Pb分別為18.771和18.760,207Pb/204Pb分別為15.544和15.543,208Pb/204Pb分別為38.402和38.392。由143Nd/144Nd-87Sr/86Sr組成(圖 7)可知, 東馬努斯盆地高鎂安山巖的同位素組成接近于 PREMA地幔。東馬努斯盆地火山巖的143Nd/144Nd-206Pb/204Pb,207Pb/204Pb-206Pb/204Pb和208Pb/

圖5 馬努斯盆地火山巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的REE圖解(a)和N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化的REE圖解(b)Fig.5 Chondrite normalized REE patterns (a) and N-MORB normalized REE patterns (b) of lavas from the Manus Basin注: 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)來源于Sun等(1989)。馬努斯MORB樣品來自于Beier等(2010)。前人的兩個高鎂安山巖數(shù)據(jù)分別為Sinton等(2003)中的樣品16-14和Kamenetsky等(2001)的樣品MD43

表2 東馬努斯盆地巖漿微量元素含量及Sr-Nd-Pb同位素組成Tab.2 Trace elements content and Sr-Nd-Pb isotopic composition of high-Mg andesite from the Eastern ManusBasin

續(xù)表

圖6 馬努斯盆地火山巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的蛛網(wǎng)圖Fig.6 Primitive mantle normalized spider diagram for lavas from the Manus Basin注: 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)來源于Sun等(1989)。馬努斯MORB樣品來自于Beier等(2010)。前人的兩個高鎂安山巖數(shù)據(jù)分別為Sinton等(2003)中的樣品16-14和Kamenetsky等(2001)的樣品MD43

圖7 馬努斯盆地火山巖的143Nd/144Nd-87Sr/86Sr組成Fig.7 Plot of 143Nd/144Nd versus 87Sr/86Sr of lavas from the Manus Basin注: 圖中各端元范圍劃分參照 Rollinson(1995)和Zindler等(1986)。DDM代表虧損地幔, HIMU代表高μ值(238U/204Pb值)地幔, EMI代表富集地幔1, EMII代表富集地幔2, PREMA代表普通地幔, BSE代表硅質(zhì)地球。其中馬努斯MORB的數(shù)據(jù)來源于Beier等(2010)。前人的馬努斯火山巖來源于Kamenetsky等(2001), Yang等(2002), Sinton等(2003)和Park等(2010)。前人的兩個高鎂安山巖數(shù)據(jù)分別為Sinton等(2003)中的樣品16-14和Kamenetsky等(2001)的樣品MD43

204Pb-206Pb/204Pb組成(圖8a, b, c)顯示出東馬努斯盆地高鎂安山巖的同位素組成與太平洋MORB相似。

4 討論

4.1 地幔源區(qū)性質(zhì)

弧后盆地在板塊俯沖的作用下受到拉力作用,盆地打開, 軟流圈上涌。該過程屬于減壓過程, 能導(dǎo)致軟流圈地幔部分熔融, 產(chǎn)生巖漿。由于軟流圈地?；旧鲜蔷坏? 并且其同位素組成在巖漿演化的過程中保持不變, 而馬努斯 MORB與東馬努斯高鎂安山巖均由軟流圈地幔熔融、演化產(chǎn)生, 所以在沒有受到俯沖物質(zhì)影響之前, 東馬努斯高鎂安山巖地幔源區(qū)的同位素組成應(yīng)當(dāng)與馬努斯 MORB的同位素組成一致。然而由圖8可知, 馬努斯MORB的同位素組成與印度洋 MORB相似, 東馬努斯高鎂安山巖的同位素組成與太平洋 MORB相似。這說明東馬努斯巖漿的同位素組成原本與印度洋 MORB相似, 卻由于受到俯沖物質(zhì)的影響, 變得與太平洋 MORB相似。143Nd/144Nd-87Sr/86Sr組成(圖 7)顯示, 馬努斯 MORB和東馬努斯高鎂安山巖的 Sr-Nd同位素組成與PREMA相似, 說明巖漿可能來源于PREMA地幔。

4.2 物質(zhì)來源

4.2.1 端元組分 東馬努斯盆地玄武質(zhì)安山巖M6(9)、M5(13) 及三個前人樣品均屬于高鎂安山巖,但它們不屬于典型的埃達(dá)克巖、玻安巖、巴哈巖、贊岐巖和皮波型高鎂安山巖(圖9)。在過去的幾十年中,很多學(xué)者對高鎂安山巖的成因進(jìn)行探究, 發(fā)現(xiàn)高鎂安山質(zhì)巖漿屬于地幔來源, 由含水地幔橄欖巖部分熔融(Tatsumi, 1982; Tatsumi et al, 1982; Baker et al,1994; Hirose, 1997)、熔體與地幔相互作用(Kelemen,1995; Yogodzinski et al, 1995; Shimoda et al, 1998)或地幔橄欖巖熔體與下地殼酸性巖漿混合(Guo et al,2007; Streck et al, 2007)產(chǎn)生。其中高鎂安山巖的高M(jìn)g含量與地幔橄欖巖有關(guān)(Hirose et al, 1995; Hirose,1997; 唐功建等, 2010), 因此, 地幔橄欖巖可以作為東馬努斯盆地高鎂安山巖的一個端元。蛛網(wǎng)圖(圖 6)按照元素的不相容性給出了微量元素的富集與虧損特征, 其中Pb和大離子親石元素(K, Rb, Sr, Ba和U)富集、高場強(qiáng)元素(Nb, Th, Ta, 和Ti)虧損, 已知俯沖板片脫水、陸源沉積物和大陸地殼都有這樣的特征(田麗艷等, 2003; White, 2013), 但東馬努斯盆地的俯沖類型為洋-洋俯沖, 不受陸殼的影響, 因此認(rèn)為東馬努斯高鎂安山巖的形成與板塊脫水作用相關(guān)。脫水成分可能只來自于俯沖洋殼物質(zhì)也可能伴隨著海底沉積物的影響。εNd-Ba/Nb, εNd-La/Nb, εNd-Nb/Th 比值圖(圖 10)顯示東馬努斯高鎂安山巖的脫水成分主要來自俯沖洋殼。Rb/Cs-K/Ba(圖11a)和Rb/Cs-K/Ra(圖11b)比值圖顯示, 高鎂安山巖的堿性元素比值靠近或包含在海底沉積物范圍內(nèi), 說明巖石還受到了海底沉積物的影響。

因此, 東馬努斯高鎂安山巖端元組分主要由地幔橄欖巖、俯沖洋殼脫水物質(zhì)和海底沉積物三部分組成。

圖8 馬努斯盆地火山巖的143Nd/144Nd-206Pb/204Pb(a), 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb(b), 和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb(c)組成Fig.8 Plots of 143Nd/144Nd (a), 207Pb/204Pb (b), and 208Pb/204Pb (c) versus 206Pb/204Pb for the Manus Basin lavas注: 圖中各端元范圍劃分參照Yan等(2014)。DDM代表虧損地幔, EMI代表富集地幔1, EMII代表富集地幔2, NHRL代表北半球參考線。WPB代表西菲律賓海盆玄武巖, ADP代表奄美平原-大東省。東馬努斯MORB的同位素數(shù)據(jù)來源于Beier等(2010)。前人的東馬努斯火山巖數(shù)據(jù)來自Kamenetsky等(2001), Yang等(2002), Sinton等(2003) 和Park等(2010), 火山巖從酸性到基性都有, 其相應(yīng)主量元素含量見圖4。前人的兩個高鎂安山巖數(shù)據(jù)分別為Sinton等(2003)中的樣品16-14和Kamenetsky等(2001)的樣品MD43

4.2.2 端元模擬 將地幔橄欖巖、俯沖的蝕變洋殼和俯沖的海底沉積物作為東馬努斯盆地高鎂安山巖的三個端元, 計算各端元對該區(qū)火山巖的貢獻(xiàn)。地幔橄欖巖的同位素比值與本區(qū)的 MORB一致, 因此,馬努斯 MORB可作為東馬努斯高鎂安山巖的一個端元。太平洋板塊和所羅門板塊均俯沖在馬努斯盆地下方, 俯沖物質(zhì)來自于哪個板塊還存在爭議。Woodhead等(1998)研究了新不列顛島弧巖漿, 發(fā)現(xiàn)該巖漿沿著貝利奧夫帶連續(xù)演化, 認(rèn)為它們受到正在活動的所羅門板塊俯沖加水作用的影響。Sinton等(2003)采集了東馬努斯盆地受俯沖板片脫水作用影響的巖石樣品, 發(fā)現(xiàn)它們的地球化學(xué)性質(zhì)與 Woodhead等(1998)中貝利奧夫帶的F、G區(qū)相似, 認(rèn)為該樣品也受到了所羅門板塊俯沖作用的影響。然而Park等(2010)采集了東馬努斯盆地 Pacmanus、Desmos和 Susu區(qū)域的樣品, 發(fā)現(xiàn)其地球化學(xué)性質(zhì)沿著太平洋板塊俯沖方向是連續(xù)變化的, 說明東馬努斯盆地巖漿受到太平洋板塊的影響。并且在它們與新不列顛島弧巖漿之間找不到明顯的規(guī)律, 它們也并不在之前提到的 G區(qū)域內(nèi)。說明東馬努斯盆地俯沖成分并非源于所羅門板塊。本文認(rèn)為 Park等(2010)的論述更為合理, 因此,選擇太平洋板塊的蝕變洋殼物質(zhì)和海底沉積物作為東馬努斯盆地高鎂安山巖的另外兩個端元。

圖9 高鎂安山巖的主微量元素哈克圖解Fig.9 The Harker diagrams showing the major and trace element variations of the high-Mg andesite注: Baja半島、Adak島、Kamchatka半島、Piip火山、Setouchi火山巖帶和Bonin島的數(shù)據(jù)來自唐功建等(2010)。前人的三個東馬努斯高鎂安山巖數(shù)據(jù)分別為Sinton等(2003)中的樣品16-9、16-14和Kamenetsky等(2001)的樣品MD43

以這三個端元為基礎(chǔ)來模擬 Sr-Nd同位素組成混合過程, 結(jié)果見圖12, 圖中可知高鎂安山巖的蝕變洋殼與海底沉積物的比值約介于63∶37到99.5∶0.5之間, 這二者的總含量與馬努斯 MORB的比值約為12∶88。

4.3 演化過程

高鎂安山巖可能來源于玄武巖與地幔橄欖巖相互作用、地幔橄欖巖部分熔融或含尖晶石的富集二輝橄欖巖部分熔融等(Hirose et al, 1995; Hirose, 1997)。由于東馬努斯盆地高鎂安山巖強(qiáng)烈地受到了板塊俯沖脫水作用的影響(圖10), 并且Kamenetsky等(2001)測出東馬努斯火山巖的水含量為0.99wt%—1.61wt%,因此, 推測東馬努斯高鎂安山巖是流體交代的地幔楔部分熔融形成的。

圖8顯示, 從酸性到基性, 所有東馬努斯火山巖的同位素組成基本一致, 說明俯沖物質(zhì)與巖漿的混合發(fā)生在源區(qū), 屬于源區(qū)混染, 巖漿在噴發(fā)上涌的過程中沒有受到俯沖物質(zhì)的加入, 也沒有發(fā)生同化混染作用。

哈克圖解(圖 4)中, 主量元素含量隨巖漿演化程度升高而逐漸降低的特征可能反映了礦物分離結(jié)晶的過程, 但這僅僅是猜測, 巖漿的部分熔融也會產(chǎn)生同樣的結(jié)果。由La-La/Sm圖解(圖13)可知, 隨著La含量的升高, La/Sm 比值保持不變, 這說明巖漿演化過程不是由部分熔融控制, 而是由礦物的分離結(jié)晶主導(dǎo)。

圖 10 東馬努斯盆地火山巖εNd-Ba/Nb(a), εNd-La/Nb(b), εNd-Nb/Th(c)比值圖Fig.10 εNd-Ba/Nb(a), εNd-La/Nb(b), εNd-Nb/T(c) diagrams for volcanic rocks from the Eastern Manus Basin注: 各端元范圍參照Li, 1995。前人的馬努斯火山巖來源于Kamenetsky等(2001), Yang等(2002), Sinton等(2003)和Park等(2010)。前人的兩個高鎂安山巖數(shù)據(jù)分別為Sinton等(2003)中的樣品16-14和 Kamenetsky等(2001)的樣品MD43。前人的高鎂安山巖數(shù)據(jù)沒有測Th含量, 因此圖10c并沒用它們的投點

圖11 東馬努斯盆地火山巖堿性元素比值圖

圖12 東馬努斯盆地火山巖Sr-Nd同位素組成混合過程

圖13 東馬努斯火山巖La-La/Sm圖解

5 結(jié)論

結(jié)合前人的測試數(shù)據(jù), 得出了以下結(jié)論:

(1) 東馬努斯盆地高鎂安山巖具有 Pb和大離子親石元素(K, Rb, Sr, Ba, 和U)富集、高場強(qiáng)元素(Nb,Th, Ta和 Ti)虧損的特征, 說明俯沖板塊脫水作用產(chǎn)生了大量的含水物質(zhì)注入到巖漿源區(qū), 推測該巖石是流體交代的地幔楔部分熔融形成的。

(2) 由Sr-Nd-Pb同位素特征可知, 東馬努斯盆地高鎂安山巖可能來源于PREMA地幔, 地幔源區(qū)同位素組成原本與印度洋 MORB相似, 由于受到俯沖板塊脫水作用的影響, 現(xiàn)與太平洋MORB相似。

(3) 東馬努斯盆地高鎂安山巖主要來源于馬努斯MORB、太平洋蝕變洋殼和海底沉積物。高鎂安山巖的蝕變洋殼與海底沉積物的比值約介于 63∶37到99.5∶0.5之間, 這二者的總含量與馬努斯MORB的比值約為12∶88。

(4) 巖漿混合作用發(fā)生在地幔源區(qū), 屬于源區(qū)混染, 巖漿在噴發(fā)上涌的過程中沒有同化混染圍巖物質(zhì)也沒有加入俯沖物質(zhì)。巖漿在演化過程中只發(fā)生了礦物的分離結(jié)晶, 分離的礦物可能為橄欖石、輝石、斜長石、鈦鐵礦和磷灰石。

致謝 感謝中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所曾文、核工業(yè)北京地質(zhì)研究所劉牧及中國科學(xué)院海洋研究所殷學(xué)博在樣品測試中的幫助, 感謝科學(xué)號 201501航次的船員們在采樣過程中的幫助, 感謝所有老師與同學(xué)給予的支持。

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