勘察加岛弧岩浆岩研究进展
发布时间：2021-03-09 12:37
西太平洋分布了全球大部分的洋内俯冲带,也是全球沟-弧-盆体系最发育的地区。勘察加（Kamchatka）半岛位于俄罗斯远东地区,地处太平洋西北部（51°～60°N、155°～164°E）,是全球环太平洋岛弧的重要组成部分。前人对勘察加岛弧岩石地幔源区性质、熔融过程、岩浆结晶分异及熔/流体交代过程进行了详细的研究,并获得了丰硕的成果。最新的研究进展表明:（1）勘察加岛弧前缘火山和中部火山的源区主要为亏损地幔,而弧后区域则存在较为富集的地幔贡献;（2）勘察加岛弧不同区域的地幔源区流体性质具有一定的差异,导致从前缘火山至中部火山,地幔熔融程度逐渐降低;（3）勘察加岛弧不同区域岩石地球化学成分存在差异,而且,沿穿弧剖面某些元素或同位素(如δ11B)表现出系统变化的特征,反应了俯冲板片流体通量和流体性质的差异;（4）勘察加半岛部分多期次火山（如Klyuchevskoy火山）地球化学成分复杂,可能反应了源区熔融条件的不同和岩浆结晶分异过程;（5）勘察加岛弧北部与阿留申岛弧近直角相交,导致异常的构造背景,促使该区域形成了具有埃达克质特征的岛弧岩浆。
【文章来源】：岩石学报. 2020,36(02)北大核心
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
勘察加半岛代表性岛弧岩石N-MORB标准化微量元素曲线(标准化值据Sun and McDonough,1989)
图3 勘察加半岛代表性岛弧岩石N-MORB标准化微量元素曲线(标准化值据Sun and McDonough,1989)勘察加岛弧岩浆不同火山密集区，Nb/Yb比值具有系统差别，EVF和CKD区域Nb/Yb比值与MORB一致，表明EVF和CKD来源于亏损地幔，而SR区域岩浆具有高Nb/Yb比值的特征，暗示其来源于富集地幔(Churikova et al.,2001)。另外，根据Th/Yb和Ta/Yb相关性图解(图4b),Churikova et al.(2001)认为SR区域岩浆具有较为富集的地幔源区，而EVF和CKD区域地幔源区则较为亏损。然而，无论是Th-Yb元素对，还是Ta-Yb元素对，在地幔部分熔融过程中的分配系数都差异明显，因此这两对元素比值不仅受控于源区组成，而且受控于部分熔融，并不适宜用来讨论源区差异。因此本文选取了Th/Nb和Hf/Sm比值进行投图，结果显示，EVF和CKD区域岩浆具有类似的特征，但SR区域岩浆则具有较低Th/Nb比值，反应了不同的地幔源区(图4c)。
勘察加半岛处于欧亚大陆与太平洋板块汇聚边界的关键位置，构成了西北太平洋长达2000km千岛-勘察加火山岛链的北部，西临鄂霍次克海，东邻太平洋和白令海，是环太平洋“火链”的重要组成部分(图1a)。在勘察加半岛东南侧，太平洋板块携带帝王岛链(65Ma)以～9cm/a的速度向下俯冲(Minster and Jordan,1978)，导致勘察加半岛火山作用十图1勘察加半岛位置及火山分布分发育(图1b)，包含200多座第四纪火山，其中含有28座活火山。位于勘察加半岛中北部的克柳切夫火山(Klyuchevskoy海拔为4750m)，是全球岩浆产率最大的火山之一(55百万吨/年)，其岩浆产率曾高达60～90百万吨/年(Fedotov et al.,2010)。根据火山作用与海沟的距离，从东到西可以将勘察加岛弧分为3个火山密集区:(1)东部前缘火山(the Eastern Volcanic Front:EVF);(2)中部火山(the Central Kamchatka Depression:CKD)和中北部火山(the Northern Central Kamchatka Depression:NCKD)，其中中部火山边缘发育明显的裂谷带;(3)弧后火山(Sredinny Ridge:SR)。SR区域代表了死亡的中新世火山前缘，由于克罗诺基地体(Kronotsky)推覆和晚期火山活动的喷发而运移至现在弧后的位置(图1b)。地球物理的证据表明勘察加半岛地壳厚度具有一定的变化范围，从南部到北部地壳厚度由20km增厚至42km;垂直海沟方向上(CKD区域)，从弧后至克柳切夫火山地壳厚度由30km增厚至42km(Balesta,1991)。地震带研究显示从东部前缘火山到弧后，俯冲贝尼奥夫带深度从90～110km，变化至180～200km，在SR下方达300～400km(Gorbatov et al.,1997)。由于夏威夷-帝王岛链的俯冲促使勘察加半岛在南北方向存在俯冲角度的差异，南部俯冲角度约为55°，而北部约为35°(Gorbatov et al.,1997)。勘察加半岛具有岩浆产率大，源区沉积物质少，俯冲物质相对简单，穿弧距离长(100～300km)等特点(Churikova et al.,2001,2007)，因此勘察加半岛是研究俯冲板片-地幔反应的理想地区。勘察加岛弧岩石岩性主要为玄武岩，玄武质安山岩，仅在少数地区有安山岩产出，而在NCKD区域，则主要为安山岩(图2)。从前缘火山到弧后，勘察加岛弧岩浆地球化学特征具有系统性的变化(图2、图3和图4)。如K2O逐渐升高，EVF为低钾，CKD为中-高钾，而SR则主要为高钾(图4a);微量元素及同位素也表现为系统性的穿弧变化(图4b,c)。另外，在勘察加半岛EVF和SR区域，发育大量塌陷的破火山口，在这些破火山口的边缘发育有玄武质岩浆和地壳源区熔融形成硅质岩浆(熔结凝灰岩，年龄集中于更新世)，其成分也具有穿弧系统性变化的特征，如K2O从弧前到弧后逐渐升高(Bindeman et al.,2010)。系统性的变化特征可能反应岛弧岩浆岩石成因的差异，该方向上的研究在过去十几年里有了较大的进展，本文对该进展进行了详细的讨论和总结，希望可以促进对勘察加岛弧岩石成因的理解，并加深和拓宽对俯冲带岩浆活动的认识。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Metamorphic Characteristics and Tectonic Implications of the Kadui Blueschist in the Central Yarlung Zangbo Suture Zone, Southern Tibet[J]. Guangming Sun,Xu-Ping Li,Wenyong Duan,Shuang Chen,Zeli Wang,Lingquan Zhao,Qingda Feng. Journal of Earth Science. 2018(05)
[2]日本-千岛海沟转折处地震层析成像研究[J]. 郭雨帆,罗佳宏,宫伟,董非非,汤兰荣,查小惠. 大地测量与地球动力学. 2018(06)
[3]西太平洋若干沟-弧-盆体系及板内岩浆成因研究进展[J]. 张国良,王帅,张吉,罗青,李铁刚. 海洋与湖沼. 2017(06)
[4]Testing the mantle plume hypothesis: an IODP effort to drill into the Kamchatka-Okhotsk Sea basement[J]. Yaoling Niu,Xuefa Shi,Tiegang Li,Shiguo Wu,Weidong Sun,Rixiang Zhu. Science Bulletin. 2017(21)
[5]马里亚纳俯冲系统的构造特征[J]. 刘鑫,李三忠,赵淑娟,郭玲莉,王永明,李玺瑶,王鹏程,孙文军,曹现志,戴黎明,于胜尧,张臻,臧艺博,孔祥超,张勇,郑祺亮. 地学前缘. 2017(04)
[6]板块俯冲侵蚀雅浦岛弧的地形制约[J]. 张正一,董冬冬,张广旭,张国良. 海洋地质与第四纪地质. 2017(01)
[7]Fluid/melt in continental deep subduction zones: Compositions and related geochemical fractionations[J]. XIAO YiLin,SUN He,GU HaiOu,HUANG Jian,LI WangYe,LIU Lei. Science China（Earth Sciences）. 2015(09)
[8]大陆深俯冲过程中的熔/流体成分与地球化学分异[J]. 肖益林,孙贺,顾海欧,黄建,李王晔,刘磊. 中国科学:地球科学. 2015(08)
[9]南海的基本构造特征与成因模型:问题与进展及论争[J]. 李三忠,索艳慧,刘鑫,戴黎明,余珊,赵淑娟,马云,王霄飞,程世秀,薛友辰,熊莉娟,安慧婷. 海洋地质与第四纪地质. 2012(06)
本文编号：3072861
【文章来源】：岩石学报. 2020,36(02)北大核心
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
勘察加半岛代表性岛弧岩石N-MORB标准化微量元素曲线(标准化值据Sun and McDonough,1989)
图3 勘察加半岛代表性岛弧岩石N-MORB标准化微量元素曲线(标准化值据Sun and McDonough,1989)勘察加岛弧岩浆不同火山密集区，Nb/Yb比值具有系统差别，EVF和CKD区域Nb/Yb比值与MORB一致，表明EVF和CKD来源于亏损地幔，而SR区域岩浆具有高Nb/Yb比值的特征，暗示其来源于富集地幔(Churikova et al.,2001)。另外，根据Th/Yb和Ta/Yb相关性图解(图4b),Churikova et al.(2001)认为SR区域岩浆具有较为富集的地幔源区，而EVF和CKD区域地幔源区则较为亏损。然而，无论是Th-Yb元素对，还是Ta-Yb元素对，在地幔部分熔融过程中的分配系数都差异明显，因此这两对元素比值不仅受控于源区组成，而且受控于部分熔融，并不适宜用来讨论源区差异。因此本文选取了Th/Nb和Hf/Sm比值进行投图，结果显示，EVF和CKD区域岩浆具有类似的特征，但SR区域岩浆则具有较低Th/Nb比值，反应了不同的地幔源区(图4c)。
勘察加半岛处于欧亚大陆与太平洋板块汇聚边界的关键位置，构成了西北太平洋长达2000km千岛-勘察加火山岛链的北部，西临鄂霍次克海，东邻太平洋和白令海，是环太平洋“火链”的重要组成部分(图1a)。在勘察加半岛东南侧，太平洋板块携带帝王岛链(65Ma)以～9cm/a的速度向下俯冲(Minster and Jordan,1978)，导致勘察加半岛火山作用十图1勘察加半岛位置及火山分布分发育(图1b)，包含200多座第四纪火山，其中含有28座活火山。位于勘察加半岛中北部的克柳切夫火山(Klyuchevskoy海拔为4750m)，是全球岩浆产率最大的火山之一(55百万吨/年)，其岩浆产率曾高达60～90百万吨/年(Fedotov et al.,2010)。根据火山作用与海沟的距离，从东到西可以将勘察加岛弧分为3个火山密集区:(1)东部前缘火山(the Eastern Volcanic Front:EVF);(2)中部火山(the Central Kamchatka Depression:CKD)和中北部火山(the Northern Central Kamchatka Depression:NCKD)，其中中部火山边缘发育明显的裂谷带;(3)弧后火山(Sredinny Ridge:SR)。SR区域代表了死亡的中新世火山前缘，由于克罗诺基地体(Kronotsky)推覆和晚期火山活动的喷发而运移至现在弧后的位置(图1b)。地球物理的证据表明勘察加半岛地壳厚度具有一定的变化范围，从南部到北部地壳厚度由20km增厚至42km;垂直海沟方向上(CKD区域)，从弧后至克柳切夫火山地壳厚度由30km增厚至42km(Balesta,1991)。地震带研究显示从东部前缘火山到弧后，俯冲贝尼奥夫带深度从90～110km，变化至180～200km，在SR下方达300～400km(Gorbatov et al.,1997)。由于夏威夷-帝王岛链的俯冲促使勘察加半岛在南北方向存在俯冲角度的差异，南部俯冲角度约为55°，而北部约为35°(Gorbatov et al.,1997)。勘察加半岛具有岩浆产率大，源区沉积物质少，俯冲物质相对简单，穿弧距离长(100～300km)等特点(Churikova et al.,2001,2007)，因此勘察加半岛是研究俯冲板片-地幔反应的理想地区。勘察加岛弧岩石岩性主要为玄武岩，玄武质安山岩，仅在少数地区有安山岩产出，而在NCKD区域，则主要为安山岩(图2)。从前缘火山到弧后，勘察加岛弧岩浆地球化学特征具有系统性的变化(图2、图3和图4)。如K2O逐渐升高，EVF为低钾，CKD为中-高钾，而SR则主要为高钾(图4a);微量元素及同位素也表现为系统性的穿弧变化(图4b,c)。另外，在勘察加半岛EVF和SR区域，发育大量塌陷的破火山口，在这些破火山口的边缘发育有玄武质岩浆和地壳源区熔融形成硅质岩浆(熔结凝灰岩，年龄集中于更新世)，其成分也具有穿弧系统性变化的特征，如K2O从弧前到弧后逐渐升高(Bindeman et al.,2010)。系统性的变化特征可能反应岛弧岩浆岩石成因的差异，该方向上的研究在过去十几年里有了较大的进展，本文对该进展进行了详细的讨论和总结，希望可以促进对勘察加岛弧岩石成因的理解，并加深和拓宽对俯冲带岩浆活动的认识。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Metamorphic Characteristics and Tectonic Implications of the Kadui Blueschist in the Central Yarlung Zangbo Suture Zone, Southern Tibet[J]. Guangming Sun,Xu-Ping Li,Wenyong Duan,Shuang Chen,Zeli Wang,Lingquan Zhao,Qingda Feng. Journal of Earth Science. 2018(05)
[2]日本-千岛海沟转折处地震层析成像研究[J]. 郭雨帆,罗佳宏,宫伟,董非非,汤兰荣,查小惠. 大地测量与地球动力学. 2018(06)
[3]西太平洋若干沟-弧-盆体系及板内岩浆成因研究进展[J]. 张国良,王帅,张吉,罗青,李铁刚. 海洋与湖沼. 2017(06)
[4]Testing the mantle plume hypothesis: an IODP effort to drill into the Kamchatka-Okhotsk Sea basement[J]. Yaoling Niu,Xuefa Shi,Tiegang Li,Shiguo Wu,Weidong Sun,Rixiang Zhu. Science Bulletin. 2017(21)
[5]马里亚纳俯冲系统的构造特征[J]. 刘鑫,李三忠,赵淑娟,郭玲莉,王永明,李玺瑶,王鹏程,孙文军,曹现志,戴黎明,于胜尧,张臻,臧艺博,孔祥超,张勇,郑祺亮. 地学前缘. 2017(04)
[6]板块俯冲侵蚀雅浦岛弧的地形制约[J]. 张正一,董冬冬,张广旭,张国良. 海洋地质与第四纪地质. 2017(01)
[7]Fluid/melt in continental deep subduction zones: Compositions and related geochemical fractionations[J]. XIAO YiLin,SUN He,GU HaiOu,HUANG Jian,LI WangYe,LIU Lei. Science China（Earth Sciences）. 2015(09)
[8]大陆深俯冲过程中的熔/流体成分与地球化学分异[J]. 肖益林,孙贺,顾海欧,黄建,李王晔,刘磊. 中国科学:地球科学. 2015(08)
[9]南海的基本构造特征与成因模型:问题与进展及论争[J]. 李三忠,索艳慧,刘鑫,戴黎明,余珊,赵淑娟,马云,王霄飞,程世秀,薛友辰,熊莉娟,安慧婷. 海洋地质与第四纪地质. 2012(06)
本文编号：3072861
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