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冲绳海槽南部火山岩的成因及其对弧后盆地壳幔相互作用的指示意义

2020-12-02阅读(971)

冲绳海槽南部火山岩的成因及其对弧后盆地壳幔相互作用的指示意义

论文摘要

冲绳海槽是西太平洋唯一一个在陆壳基底扩张而成、目前尚处于扩张早期的弧后盆地,区域内岩浆、热液活动发育,是研究多圈层相互作用、壳幔物质循环的理想场所。为了解该弧后盆地的壳幔相互作用,本文以冲绳海槽南部玄武质安山岩、英安岩和流纹岩为研究对象,利用岩石和单矿物的元素和同位素地球化学研究方法,揭示了不同类型火山岩的成因。其中,第四与那国热液区（Yonaguni Knoll Ⅳ）中流纹岩具有高 Si02（>70.01 wt.%）、K2O+Na20（6.71～7.16 wt.%）含量和分异指数（DI>93）,属中钾钙碱性系列,其富集大离子亲石元素和轻稀土元素、强烈亏损高场强元素,具有海槽火山岩中最为富集的同位素组成特征:εNd（-3.2～3.5）、87Sr/86Sr（0.705552～0.705713）、δ180 值（+8.1‰～+8.6‰）和 Pb 同位素组成（206Pb/204Pb=18.568～18.589,207Pb/204Pb=15.641～15.656 和 208Pb/204Pb=38.848～38.904）。对该流纹岩的全岩地球化学特征研究表明其由幔源玄武质岩浆与壳源长英质岩浆混合后在浅层岩浆房中经历高程度的演化分异形成;角闪石成因矿物学研究进一步佐证该流纹岩为壳-幔混合成因。此外,高氧化条件和缺乏出溶高盐性流体导致金属元素和岩浆Cl保留在该流纹质熔体中和/或分配进入其结晶矿物相中。因此,大量该类流纹质岩浆侵入上部地壳,有可能构成Yonaguni Knoll ⅣV热液系统中Cl、金属元素和其他物质的一个潜在来源。横穿弧后火山带（cross back-arc volcanic trail;CBVT）区域英安岩中磷灰石为氟磷灰石,F含量为1.58～2.54 wt.%,Cl含量为0.57～0.88 wt.%,Cl含量低于周边岛弧英安岩中磷灰石Cl含量,磷灰石具有富集的原位微区87Sr/86Sr同位素组成特征（0.70645～0.70687）,进一步研究表明俯冲板块脱水过程释放的含Cl流体进入上覆地幔楔,引起地幔楔部分熔融,形成具有高Cl含量的初始铁镁质岩浆。该铁镁质岩浆上升经由地壳过程中,与低Cl含量和高87Sr/86Sr比值的壳源长英质岩浆发生混合,稀释了初始铁镁质岩浆Cl的含量并升高了87Sr/86Sr 比值,形成该英安岩的母岩浆;进一步,磷灰石的U-Th/He年龄约为0.2 Ma,表明该英安质岩浆喷发年龄约为0.2 Ma,其喷发机制为玄武质岩浆注入浅层英安质岩浆房,带来的高温驱使英安质岩浆向上运移并最终喷发。冲绳海槽南部的玄武质安山岩富集大离子亲石元素、亏损高场强元素。C5玄武质安山岩的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成最为亏损,具有“印度洋型”地幔特征,而C4和TVG9-1玄武质安山岩的放射性成因的Sr-Nd-Pb-Hf同位素更为富集,朝向EM2端元,主要受少量（1%）、高Nd/Hf比值的俯冲沉积物影响。俯冲的菲律宾海板块较老的年龄、较快的俯冲速率,以及所具有的冷俯冲带的特征是冲绳海槽火山岩岩浆源区缺乏俯冲沉积物熔体贡献的原因。因此,俯冲板块与上覆地幔楔的相互作用形成的初始岩浆及其上升过程中再度与减薄地壳的相互作用是冲绳海槽南部玄武质安山岩、流纹岩和英安岩形成的主要机制。进而,冲绳海槽的岩浆作用是壳（俯冲洋壳+减薄陆壳）、幔（地幔楔）多圈层相互作用的产物,其岩浆演化过程更为复杂。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 研究意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 西太平洋洋内弧后盆地火山岩研究进展
  •     1.2.2 西太平洋冲绳海槽火山岩研究进展
  •   1.3 存在的问题
  •   1.4 解决方案
  •   1.5 主要完成的工作
  • 第2章 地质背景
  •   2.1 地形和构造特征
  •   2.2 岩浆活动
  •   2.3 热液活动
  • 第3章 样品和方法
  •   3.1 样品采集及特征
  •   3.2 样品前处理
  •     3.2.1 全岩分析样品
  •     3.2.2 微区分析样品
  •   3.3 分析测试
  •     3.3.1 单矿物微区测试
  •     3.3.2 全岩测试
  • 第4章 结果
  •   4.1 岩相学
  •     4.1.1 流纹岩
  •     4.1.2 英安岩
  •     4.1.3 玄武质安山岩
  •   4.2 矿物化学
  •     4.2.1 角闪石
  •     4.2.2 磷灰石
  •   4.3 全岩地球化学
  •     4.3.1 流纹岩
  •     4.3.2 玄武质安山岩
  • 第5章 冲绳海槽南部火山岩的年代学研究
  •   5.1 磷灰石U-Th/He年代学
  •     5.1.1 磷灰石U-Th/He定年原理
  •     5.1.2 火山岩中磷灰石U-Th/He年龄的地质意义
  • 第6章 冲绳海槽南部火山岩的成因矿物学研究
  •   6.1 角闪石
  •     6.1.1 角闪石来源
  •     6.1.2 角闪石平衡熔体特征
  •     6.1.3 角闪石对寄主岩石成因的指示
  •     6.1.4 角闪石寄主流纹质岩浆与热液系统的关系
  •   6.2 磷灰石
  •     6.2.1 磷灰石记录结晶时岩浆初始信息
  •     6.2.2 氯元素示踪地幔交代过程
  •     6.2.3 磷灰石对陆壳物质混染的指示
  •     6.2.4 磷灰石对寄主岩石成因的制约
  • 第7章 冲绳海槽南部的火山岩成因研究
  •   7.1 玄武质安山岩成因
  •     7.1.1 岩浆演化
  •     7.1.2 岩浆来源
  •   7.2 流纹岩成因
  •     7.2.1 流纹岩属性
  •     7.2.2 流纹岩成因模式
  • 第8章 弧后盆地的壳幔相互作用
  •   8.1 俯冲洋壳与地幔楔相互作用
  •     8.1.1 热俯冲洋壳与地幔楔相互作用
  •     8.1.2 冷俯冲洋壳与地幔楔相互作用
  •   8.2 幔源岩浆与残留陆壳相互作用
  • 第9章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 陈祖兴

    导师: 曾志刚

    关键词: 冲绳海槽,地幔类型,岩浆混合,壳幔相互作用

    来源: 中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 地质学,地质学

    单位: 中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

    分类号: P542;P588.14

    DOI: 10.27551/d.cnki.gzkhs.2019.000008

    总页数: 142

    文件大小: 9814K

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