MORB型岩浆水含量计算方法的建立与应用

发布时间：2020-07-08 19:55

【摘要】：大洋中脊玄武岩及洋中脊下覆地幔中水的含量对于理解岩浆的演化、分异和喷发至关重要。然而在玄武岩中缺失玻璃质、熔体包裹体或单斜辉石斑晶的情况下,难以利用实验测试的方法获取原始岩浆中水含量的信息。本研究利用一系列相同成因的玄武岩定义出的岩浆液相演化线(LLD)建立了利用MORB主量元素计算岩浆水含量的模型,并进行了计算模型的验证和应用。同时以西南印度洋为例系统的开展了 MORB岩浆挥发份指示岩浆作用过程的研究。论文的主要成果如下:本研究建立了两组岩浆水含量的计算模型,模型一通过模拟无水条件和含水条件下玄武质岩浆结晶分异过程中主量元素FeO*、Al2O3和Al/Fe比值的变化,实现岩浆水含量的评估。根据斜长石结晶MgO(plag-in)和△MgO与岩浆水含量的相关关系实现定量化计算。模型二通过追踪岩浆结晶分异过程中A12O3/FeO*7.0指标的变化,实现岩浆水含量的定量估算。计算方法的验证利用西南印度洋中脊46-52°E洋脊段玄武岩数据完成,将岩浆水含量计算结果与实测岩浆水含量数据进行比对,结果表明,两种方法中,消除岩浆初始成分差异后的计算结果与实测数据匹配程度良好。其中方法一 Model2计算结果能够很好的指示H2OMAX,方法二Model 2计算结果能够很好的指示H2OAVG。本论文同时利用南海玄武岩开展了方法的应用,依据上述方法的原理,识别出沿南海古扩张脊下覆岩浆水含量的定性变化。其中FSR116.2°E、117.7°E和非扩张脊玄武岩表现出正常的岩浆水含量。而来自FSR 117°E-C和114.9-115.0°E的玄武岩均表现为高水含量岩浆系列,但其富水组成的来源不同。FSR117°E-C岩浆中高水含量来自上地幔中局部存在的碳酸盐化的硅酸盐熔体,而114.9-115.0°E则来自其岩浆的地幔源区中混染的大陆下地壳物质。相反,来自117°E-N的玄武岩表现出南海玄武岩中最低的水含量,认为是受热点影响较弱的结果。总之,根据沿南海古扩张中心下覆岩浆中水含量的差异,追索导致不同岩浆水含量的物质来源,从而有效的识别出南海西南次海盆与东部次海盆下覆岩浆源区地幔成分不均一性具有不同的成因,进而暗示了不同次海盆之间演化历史的差异。其中西南次海盆下覆地幔受到陆壳混然的强烈影响,而东部次海盆下覆地慢则受到了地幔柱的强烈影响。.论文选取SWIR48-51°E玄武岩玻璃开展MORB挥发份指示岩浆作用过程的研究。其挥发份特征的研究结果表明,岩浆中挥发份与其不相容性相似的微量元素的比值是一种有效评估挥发份地球化学行为的指标。其中CO2/Ba或CO2/Nb比值能够有效反映岩浆去气作用以及CO2的丢失,基于CO2/Nb比值计算出SWIR48-51°E洋脊段玄武岩玻璃CO2丢失50～88%(平均75.4%),基于CO2/Ba比值的计算结果为CO2丢失62～91%(平均80%)。SWIR48-51°E玻璃样品中异常高的Cl/Nb比值能够有效反映海水及热液流体对玄武岩蚀变作用的影响,具体表现为玄武岩玻璃被超过0.3wt.%的NaCl浓度低于15%的卤水混染。H2O/Ce比值则能够有效反映岩浆的地幔源区性质,根据玄武岩同位素成分特征,认为SWIR5°E玄武岩中较高的H2O/Ce比值是Bouvet热点与洋脊相互作用带来了更多的水含量的结果。而SWIR48-51°E玄武岩中更高的H2O/Ce比值则并非Crozet热点与洋脊相互作用的结果,而是由于MORB岩浆的地幔源区中混染了古代俯冲沉积物。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P736
【图文】：

玄武质岩浆,洋岛玄武岩,岛弧玄武岩,岩浆

据的ＴＨＩ与Ｈ２０含量都落在岛弧岩浆的变化范围内，同时，ＴＨＩ与Ｈ２０之间表逡逑现出强烈的相关关系，即随着岩浆中Ｈ２０含量的增加，ＴＨＩ指数逐渐下降（图逡逑１．２ａ）。在全球趋势中，ＴＨＩ与Ｈ２０同样表现出强烈的负相关（图１．２ｂ），这逡逑种负相关关系表明岩浆中Ｈ２０含量对于岩浆早期分异路径起到了主导控制作用。逡逑岩浆中的水能够有效抑制斜长石的结晶并且加速了尖晶石（磁铁矿）在液相演化逡逑线中的出现，岩浆中水含量的增加同样主导了岩浆从拉斑质向钙碱性的转变。因逡逑此，当氧逸度在ＦＭＱ到ＡＦＭＱ＋２的变化范围内，ＴＨＩ可以被用来当做计算岩浆逡逑水含量的有效工具，其计算公式为Ｈ２0（ｗｔ．％）邋＝邋ｅｘｐ［（１．２６－ＴＨＩ）／０．３２］。逡逑６逡逑

示意图,岩浆水,相关关系,示意图

马里亚纳岛弧岩浆在斜长石过饱和前液相演化线上最大的Ａｌ２0３浓度值同样逡逑可以被用来计算中喷发前岩浆Ｈ２０含量（Ｐａｒｍａｎｅｔａｌ．，２０１０），因为该Ａｂ0３浓逡逑度值与岩浆中可溶性水之间表现出良好的相关性。但是由于岩浆的混合作用以及逡逑矿物的结晶堆积作用普遍存在，岛弧岩浆中几乎不存在纯净的液相演化线，因此，逡逑在利用ＬＬＤｓ计算岩浆水含量之前，需要尽可能的降低这些因素对岩浆液相演化逡逑线的影响。最终Ｐａｒｍａｎ得到的计算岩浆水的公式为：Ｈ２0（ｗｔ．％）邋＝邋１．３４Ａｌ２0３ｍａｘ逡逑－２１．０５。然而，Ｚｉｍｍｅｒ邋ｅｔａｌ．邋Ｐ0１０＞和邋Ｐａｎｎａｎｅｔａｌ．邋（２０１０）分别建立的计算岩浆水逡逑含量的方法仅仅能够适用于岩浆水含量较高的岛弧岩浆系列，当岩浆水含量较低逡逑时，上述两种计算方法表现出不适用性或较大的误差范围。逡逑１．２．２西南印度洋中脊研究现状逡逑以西南印度洋中脊为典型代表的超慢速扩张脊是全球大洋中脊的重要类型逡逑之一，该类型约占全球大洋中脊系统的１／３邋（Ｄｉｃｋｅｔａｌ．，２００３），其地形地貌特逡逑

示意图,中脊,地幔,布格重力异常

第一章绪论逡逑（Ｃ．ａｎｎａｔｅｔａｌ．，丨９９９）。总体上可以将西南印度洋划分为三个主要区块，其分界逡逑线分别为Ａｎｄｒｅｗ邋Ｂａｉｎ和Ｇａｌｌｉｅｎｉ转换断层（如图１．３）。位于两条界限之间的逡逑洋脊区域被称之为Ｍａｒｉｏｎ隆起区（Ｚｈｏｕ邋ａｎｄ邋Ｄｉｃｋ，２０１３），相比于东西两侧洋脊，逡逑其水深较浅，地幔布格重力异常和玄武岩Ｎａ８．0含量较低，暗示着较高的地幔温逡逑度、地幔部分熔融程度和较厚的洋壳（Ｃａｎｎａｔｅｔａｌ．，丨９９９；ＧｅｏｒｇｅｎｅｔａＬ邋２００１；逡逑Ｓａｕｔｅｒｅｔａｌ．，２００１．２０１０）（如图丨．３）。由此特征可以看出西南印度洋中脊的岩逡逑浆供应量存在显著变化，最直观的指标就是洋壳厚度的差异，而洋壳厚度则可以逡逑根据洋脊水深与玄武岩Ｎａｓ．ｏ的相关性来推断（Ｋｌｅｉｎ邋ａｎｄ邋Ｌａｎｇｍｕｉｒ，邋１９８７）邋ｏＭａｒｉｏｎ逡逑隆起区具有西南印度洋中脊最浅的水深，同时重力及地化数据也显示８－ｌｌＭａ间逡逑发生过岩浆异常增生事件（Ｓａｕｔｅｒｅｔａｌ．

【参考文献】