弧后盆地玄武岩的成分变化及其成因
发布时间：2021-01-15 05:10
弧后盆地玄武岩（BABB）是弧后盆地扩张过程中岩浆作用的主要产物,其地球化学组成是认识弧后盆地演化的关键。现今弧后盆地主要集中在西太平洋地区。本文总结了该地区弧后盆地玄武岩的元素地球化学和同位素组成特征。总体而言,相对于开阔大洋洋中脊玄武岩（MORB）,弧后盆地玄武岩的主量元素成分变化范围很大,在Al2O3-Mg O、Ti O2-Mg O相关图上偏离了MORB的演化趋势,在Mg O相同的情况下表现出更高的Al2O3含量和更低的Ti O2含量。弧后盆地玄武岩的微量元素特征一般介于MORB和弧玄武岩之间。一方面,它们与MORB一样在中、重稀土元素之间没有明显分馏;另一方面,与弧玄武岩一样富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th、U、K,具有Pb的正异常和Nb、Ta的负异常等。其中,劳海盆、日本海海盆和冲绳海槽有部分样品具有Nb、Ta的正异常,表现出类似于E-MORB的微量元素特征。西太平洋地区弧后盆地玄武岩的Sr-Nd-Pb同位素组成变化范围较大,相对于MORB,其...
【文章来源】：岩石学报. 2020,36(07)北大核心
【文章页数】：20 页
【部分图文】：
弧后盆地玄武岩地球化学分类图(a、b)和主量元素相关图(c-f)
根据弧后盆地扩张中心相对于岛弧的位置，可以将弧后盆地的扩张类型分为三类(Martinez and Taylor,2006)。第一类盆地是由弧后发生裂解形成的弧后盆地，弧后盆地位于弧-陆之间，一侧是岛弧，另一侧则可能是大陆。该类弧后盆地形成的玄武岩在靠近岛弧一侧具有明显的弧岩浆的信号，而在相反的方向上岛弧岩浆的信号微弱。日本海海盆和冲绳海槽即为这种类型的弧后盆地(Kimura,1985;Shinjo et al.,1999;Okamura et al.,2005;Hoang and Uto,2006;Nohda,2009;Chen et al.,2015a,b;Hirahara et al.,2015;Yu et al.,2016)。第二类盆地是由岛弧中央发生裂解形成的弧后盆地，新生盆地落在了活动弧与残留弧之间，此类弧后盆地形成的早期玄武岩具有弧岩浆的信号。劳海盆和西菲律宾海盆等即为该类型的弧后盆地(Hilde and Lee,1984;Taylor et al.,1995;Zellmer and Taylor,2001;Hickey-Vargas et al.,2006)。第三类盆地是在岛弧前发生拉张形成并逐渐演变而成的弧后盆地，是由俯冲作用导致的弧前边缘的伸展减薄裂解。该类弧后盆地玄武岩形成的洋壳普遍存在俯冲带物质的影响，这种类型的弧后盆地可见于伊豆-小笠原裂谷(Hochstaedter et al.,2000;Tollstrup et al.,2010;Straub et al.,2015)。弧后盆地在时间演化上也存在分阶段的特征，可以概括为四个阶段(Taylor,1995):(1)初始裂谷阶段(initial rifting)，岛弧或者弧后或者弧前开始裂开形成裂谷，裂谷内岩浆作用密集，这些岩浆具有弧岩浆的特点。典型案例如新西兰的陶波盆地和冲绳海槽的北端(Cole et al.,1995;Hoang and Uto,2006;Yu et al.,2016);(2)持续拉张阶段(continued stretching)，盆地被持续加宽，形成更大的沉降，大量岩浆喷出于盆地，形成不对称的分布。如冲绳海槽的中部(Hoang and Uto,2006;Yu et al.,2016);(3)初始扩张阶段(initial spreading)，岩浆扩张中心形成，扩张过程与全球开放大洋接近。典型案例如冲绳海槽的南部和哈维盆地等(Gamble and Wright,1995;Hoang and Uto,2006;Todd et al.,2010;Yu et al.,2016);(4)成熟扩张阶段(mature spreading)，形成成熟的海底扩张中心，产出与全球洋中脊玄武岩相似的洋壳。典型案例如马努斯海盆、马里亚纳海槽中部和北斐济海盆等(Taylor,1979;Auzende et al.,1995;Straub et al.,2015)。
冲绳海槽是一个处于初始拉张阶段的弧后盆地和大陆边缘海盆。它北起日本的九州，南止于中国的台湾岛，是琉球沟-弧体系的重要组成部分(Kimura,1985;Yan and Shi,2014;Guo et al.,2016;Zhang et al.,2018)。以～130°E的吐噶喇断层(Tokara fault)和～127°E的宫谷断层(Miyako fault)为界限，可以将冲绳海槽分为南段、中段和北段三个部分(Kimura,1985;Yan and Shi,2014;Guo et al.,2016;Zhang et al.,2018)。北段地壳厚(～30km)，以流纹岩喷出为主，处于大陆裂谷阶段;南段地壳薄(～13km)，以中基性喷出岩为主，处于海盆拉张初始阶段;中段的地壳厚度处于南北段两者之间，从基性的玄武岩，中性的安山岩，到酸性的流纹岩都有出露(Shinjo and Kato,2000;Hoang and Uto,2006)。冲绳海槽保存了较为完整的大陆裂解到洋盆初始拉张过程的记录。受到菲律宾板块俯冲的影响，该区陆壳从约20Ma开始发生破裂(Shinjo et al.,1999)，构成了冲绳海槽发展史的第一阶段———裂谷阶段;第二期裂谷阶段大约发生在早更新世，在这一阶段，陆壳进一步发生裂解;第三阶段是弧后盆地的初始拉张阶段，从更新世(约2Ma)一直持续到现在(Sibuet et al.,1998)。由于大陆地壳的存在，冲绳海槽的基性岩浆除了记录来自地幔楔、俯冲带的信号外，还具有明显的陆壳混染的信号，体现在相对于其他弧后盆地玄武岩表现出更高的87Sr/86Sr和更低的εNd值特征(4a)。在微量元素蛛网图上，冲绳海槽玄武岩具有轻微富集强不相容元素、明显的Nb-Ta负异常和Pb正异常等特征(图3a)。在元素比值上，冲绳海槽玄武岩在具有更低εNd值的同时还具有低的Ce/Pb和Nb/U比值，并且呈现出正相关性(图5a,b)。以上这些特征都暗示除了俯冲物质外，玄武岩成因中还存在大陆地壳物质混染的贡献。以上推断被玄武岩的放射成因He(R/RA)和Sr同位素的负相关性以及与劳海盆玄武岩的对比研究所证实(Yu et al.,2016)。研究进一步表明由北向南，地壳混染的信号有明显的减弱，其中来自于南部的玄武岩基本不受地壳混染的影响(Yu et al.,2016)。虽然部分玄武岩受到了地壳混染的影响，但并不影响其记录源区物质组成的多样性。冲绳海槽玄武岩不仅具有异常高的Ba/Nb比值(～100),Th/Nb比值(～1.3)也相当高，说明其源区既存在俯冲板片释放的流体的贡献(带来大量的Ba)，也存在俯冲板片释放的熔体的贡献(带来额外多的Th)(图5c,d)。海槽南部的玄武岩比北部的玄武岩具有更高的Ba/Nb和Th/La比值、更低的Ce/Pb比值，暗示南部受到再循环沉积物的影响要显著高于北部(Shinjo et al.,1999;Hoang and Uto,2006)。3.1.2 成熟拉张阶段———以日本海为例
【参考文献】：
期刊论文
[1]大洋与大陆板内典型EM1型玄武岩的成因联系和区别[J]. 王小均,陈立辉,刘建强. 矿物岩石地球化学通报. 2019(02)
[2]西太平洋典型弧后盆地的地质构造、岩浆作用与热液活动[J]. 曾志刚,张玉祥,陈祖兴,马瑶,王晓媛,张丹丹,李晓辉. 海洋科学集刊. 2016(00)
[3]弧后盆地玄武岩（BABB）数据挖掘:与MORB及IAB的对比[J]. 杨婧,王金荣,张旗,陈万峰,潘振杰,焦守涛,王淑华. 地球科学进展. 2016(01)
[4]Geochemical Characteristics of Volcanic Rocks from ODP Site 794,Yamato Basin:Implications for Deep Mantle Processes of the Japan Sea[J]. CHEN Shuangshuang,LIU Jiaqi,GUO Zhengfu,CHEN Shengsheng,SUN Chunqing. Acta Geologica Sinica（English Edition）. 2015(04)
[5]西太平洋典型边缘海盆的岩浆活动[J]. 石学法,鄢全树. 地球科学进展. 2013(07)
[6]洋中脊与地幔柱热点相互作用研究进展[J]. 鄢全树,石学法. 海洋地质与第四纪地质. 2006(05)
[7]西太平洋边缘海盆地的扩张过程和动力学背景[J]. 任建业,李思田. 地学前缘. 2000(03)
本文编号：2978292
【文章来源】：岩石学报. 2020,36(07)北大核心
【文章页数】：20 页
【部分图文】：
弧后盆地玄武岩地球化学分类图(a、b)和主量元素相关图(c-f)
根据弧后盆地扩张中心相对于岛弧的位置，可以将弧后盆地的扩张类型分为三类(Martinez and Taylor,2006)。第一类盆地是由弧后发生裂解形成的弧后盆地，弧后盆地位于弧-陆之间，一侧是岛弧，另一侧则可能是大陆。该类弧后盆地形成的玄武岩在靠近岛弧一侧具有明显的弧岩浆的信号，而在相反的方向上岛弧岩浆的信号微弱。日本海海盆和冲绳海槽即为这种类型的弧后盆地(Kimura,1985;Shinjo et al.,1999;Okamura et al.,2005;Hoang and Uto,2006;Nohda,2009;Chen et al.,2015a,b;Hirahara et al.,2015;Yu et al.,2016)。第二类盆地是由岛弧中央发生裂解形成的弧后盆地，新生盆地落在了活动弧与残留弧之间，此类弧后盆地形成的早期玄武岩具有弧岩浆的信号。劳海盆和西菲律宾海盆等即为该类型的弧后盆地(Hilde and Lee,1984;Taylor et al.,1995;Zellmer and Taylor,2001;Hickey-Vargas et al.,2006)。第三类盆地是在岛弧前发生拉张形成并逐渐演变而成的弧后盆地，是由俯冲作用导致的弧前边缘的伸展减薄裂解。该类弧后盆地玄武岩形成的洋壳普遍存在俯冲带物质的影响，这种类型的弧后盆地可见于伊豆-小笠原裂谷(Hochstaedter et al.,2000;Tollstrup et al.,2010;Straub et al.,2015)。弧后盆地在时间演化上也存在分阶段的特征，可以概括为四个阶段(Taylor,1995):(1)初始裂谷阶段(initial rifting)，岛弧或者弧后或者弧前开始裂开形成裂谷，裂谷内岩浆作用密集，这些岩浆具有弧岩浆的特点。典型案例如新西兰的陶波盆地和冲绳海槽的北端(Cole et al.,1995;Hoang and Uto,2006;Yu et al.,2016);(2)持续拉张阶段(continued stretching)，盆地被持续加宽，形成更大的沉降，大量岩浆喷出于盆地，形成不对称的分布。如冲绳海槽的中部(Hoang and Uto,2006;Yu et al.,2016);(3)初始扩张阶段(initial spreading)，岩浆扩张中心形成，扩张过程与全球开放大洋接近。典型案例如冲绳海槽的南部和哈维盆地等(Gamble and Wright,1995;Hoang and Uto,2006;Todd et al.,2010;Yu et al.,2016);(4)成熟扩张阶段(mature spreading)，形成成熟的海底扩张中心，产出与全球洋中脊玄武岩相似的洋壳。典型案例如马努斯海盆、马里亚纳海槽中部和北斐济海盆等(Taylor,1979;Auzende et al.,1995;Straub et al.,2015)。
冲绳海槽是一个处于初始拉张阶段的弧后盆地和大陆边缘海盆。它北起日本的九州，南止于中国的台湾岛，是琉球沟-弧体系的重要组成部分(Kimura,1985;Yan and Shi,2014;Guo et al.,2016;Zhang et al.,2018)。以～130°E的吐噶喇断层(Tokara fault)和～127°E的宫谷断层(Miyako fault)为界限，可以将冲绳海槽分为南段、中段和北段三个部分(Kimura,1985;Yan and Shi,2014;Guo et al.,2016;Zhang et al.,2018)。北段地壳厚(～30km)，以流纹岩喷出为主，处于大陆裂谷阶段;南段地壳薄(～13km)，以中基性喷出岩为主，处于海盆拉张初始阶段;中段的地壳厚度处于南北段两者之间，从基性的玄武岩，中性的安山岩，到酸性的流纹岩都有出露(Shinjo and Kato,2000;Hoang and Uto,2006)。冲绳海槽保存了较为完整的大陆裂解到洋盆初始拉张过程的记录。受到菲律宾板块俯冲的影响，该区陆壳从约20Ma开始发生破裂(Shinjo et al.,1999)，构成了冲绳海槽发展史的第一阶段———裂谷阶段;第二期裂谷阶段大约发生在早更新世，在这一阶段，陆壳进一步发生裂解;第三阶段是弧后盆地的初始拉张阶段，从更新世(约2Ma)一直持续到现在(Sibuet et al.,1998)。由于大陆地壳的存在，冲绳海槽的基性岩浆除了记录来自地幔楔、俯冲带的信号外，还具有明显的陆壳混染的信号，体现在相对于其他弧后盆地玄武岩表现出更高的87Sr/86Sr和更低的εNd值特征(4a)。在微量元素蛛网图上，冲绳海槽玄武岩具有轻微富集强不相容元素、明显的Nb-Ta负异常和Pb正异常等特征(图3a)。在元素比值上，冲绳海槽玄武岩在具有更低εNd值的同时还具有低的Ce/Pb和Nb/U比值，并且呈现出正相关性(图5a,b)。以上这些特征都暗示除了俯冲物质外，玄武岩成因中还存在大陆地壳物质混染的贡献。以上推断被玄武岩的放射成因He(R/RA)和Sr同位素的负相关性以及与劳海盆玄武岩的对比研究所证实(Yu et al.,2016)。研究进一步表明由北向南，地壳混染的信号有明显的减弱，其中来自于南部的玄武岩基本不受地壳混染的影响(Yu et al.,2016)。虽然部分玄武岩受到了地壳混染的影响，但并不影响其记录源区物质组成的多样性。冲绳海槽玄武岩不仅具有异常高的Ba/Nb比值(～100),Th/Nb比值(～1.3)也相当高，说明其源区既存在俯冲板片释放的流体的贡献(带来大量的Ba)，也存在俯冲板片释放的熔体的贡献(带来额外多的Th)(图5c,d)。海槽南部的玄武岩比北部的玄武岩具有更高的Ba/Nb和Th/La比值、更低的Ce/Pb比值，暗示南部受到再循环沉积物的影响要显著高于北部(Shinjo et al.,1999;Hoang and Uto,2006)。3.1.2 成熟拉张阶段———以日本海为例
【参考文献】：
期刊论文
[1]大洋与大陆板内典型EM1型玄武岩的成因联系和区别[J]. 王小均,陈立辉,刘建强. 矿物岩石地球化学通报. 2019(02)
[2]西太平洋典型弧后盆地的地质构造、岩浆作用与热液活动[J]. 曾志刚,张玉祥,陈祖兴,马瑶,王晓媛,张丹丹,李晓辉. 海洋科学集刊. 2016(00)
[3]弧后盆地玄武岩（BABB）数据挖掘:与MORB及IAB的对比[J]. 杨婧,王金荣,张旗,陈万峰,潘振杰,焦守涛,王淑华. 地球科学进展. 2016(01)
[4]Geochemical Characteristics of Volcanic Rocks from ODP Site 794,Yamato Basin:Implications for Deep Mantle Processes of the Japan Sea[J]. CHEN Shuangshuang,LIU Jiaqi,GUO Zhengfu,CHEN Shengsheng,SUN Chunqing. Acta Geologica Sinica（English Edition）. 2015(04)
[5]西太平洋典型边缘海盆的岩浆活动[J]. 石学法,鄢全树. 地球科学进展. 2013(07)
[6]洋中脊与地幔柱热点相互作用研究进展[J]. 鄢全树,石学法. 海洋地质与第四纪地质. 2006(05)
[7]西太平洋边缘海盆地的扩张过程和动力学背景[J]. 任建业,李思田. 地学前缘. 2000(03)
本文编号：2978292
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