冲绳海槽中部岩心沉积物中浮岩的物理性质和地球化学特征差异及其对岩浆活动的指示
发布时间：2021-02-03 01:21
为进一步了解冲绳海槽浮岩的物理性质和地球化学特征差异,对冲绳海槽中部岩心沉积物S9中的浮岩进行了微观结构和地球化学组成分析。结果显示,冲绳海槽中部存在白色、灰白色及棕色3种浮岩,其中灰白色浮岩又可以根据构造特征分为气孔构造和流动构造浮岩两个亚类。浮岩的地球化学组成表明白色、灰白色及棕色浮岩都是由玄武质岩浆经过充分的分离结晶作用形成的流纹质或流纹英安质火山岩。玄武质岩浆在演化的过程中发生了斜长石、角闪石、辉石、Fe-Ti氧化物、磷灰石等矿物的结晶分离。结合有孔虫14C年龄,认为浮岩是冲绳海槽中部距今13.1 ka左右的长英质火山活动的产物。演化程度相对较低的棕色浮岩具有比白色浮岩高的TiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, CaO含量,且棕色浮岩具有相对低的稀土总量和轻稀土总量。根据浮岩的物理性质及地球化学组成差异推测,岩浆的黏度和压力是影响浮岩构造特征的主要因素。黏度大、连续减压的岩浆易于形成具有流动构造和密集气孔的浮岩,黏度小、阶段性减压的岩浆易于形成气孔大而疏松的浮...
【文章来源】：海洋科学. 2020,44(05)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
岩心S9中浮岩碎屑主量元素上地壳标准化图解(上地壳主量元素数值引自Rudnick和Gao[27])
为了进一步比较岩心S9中浮岩碎屑的微量元素组成差异,分别对F1、F2、F3浮岩的微量元素进行洋中脊玄武岩(N-MORB)标准化,对稀土元素(REE)进行球粒陨石标准化,结果如图4、5所示。F1、F2、F3浮岩的微量元素蛛网图模式相似,均表现出大离子亲石元素(如:Rb、Ba、K、Th、U)的富集及高场强元素(如:Nb、Ta)的亏损。这一特征表明浮岩岩浆在演化的过程中可能受到了俯冲组分的影响[29],与岛弧火山岩的特征相似。通过比较分析,发现白色浮岩F1具有最高的w(Rb)、w(Ba)、w(Th)、w(U)、w(Nb)、w(Ta),而棕色浮岩F3具有最低的w(Rb)、w(Ba)、w(Th)、w(U)、w(Nb)、w(Ta),灰白色浮岩F2a、F2b的这些微量元素含量介于F1和F3之间。此外,从微量元素蛛网图可以看出,S9浮岩均表现明显的Pb元素富集,以及P、Ti元素的亏损,且亏损程度表现出F1>F2a>F2b>F3的特征。与海槽中部玄武岩[6,30]相比,F1、F2、F3浮岩的微量元素分布模式与其相似,暗示了岩浆的分异作用。在稀土元素球粒陨石标准化图中,F1、F2、F3浮岩都表现出轻稀土富集,重稀土分馏不明显的趋势(图5)。其中,F2a具有最高的稀土元素含量[w(ΣREE)=115.3μg/g]和轻稀土元素含量[w(ΣLREE)=93.1μg/g],F3浮岩的ΣREE和ΣLREE最低[w(ΣREE)=100.6μg/g,w(ΣLREE)=80.6μg/g]。F3浮岩具有最低的w(La/Sm)N和最低的w(La/Yb)N。F1浮岩具有最明显的Eu负异常[δEu=0.6;δEu=2w(Eu)/w(Sm+Gd)]和最高的w(La/Sm)N。图5 岩心S9中浮岩的稀土元素球粒陨石标准化图解[6,9,12-13,30-31]
在岩浆固结成岩过程中及以后,受地球化学风化作用的影响,海底岩石会发生不同程度的蚀变,而蚀变交代作用会使得部分微量元素发生迁移,进而导致岩石元素组成的变化[24]。因此,我们应该选择保守的元素(受风化作用影响较小的元素)(例如:Zr、Y、Nb、REE等)研究岩浆的物质组成及演化过程[28,32]。在岩浆演化的过程中,Zr、Ti为典型的不相容元素,w(Zr)和w(Zr)/w(Ti)可以用来替代w(Si)作为岩浆演化的指标[32]。V与Ti具有相似的地球化学特征,都倾向于进入Fe-Ti氧化物,而Co为高度相容元素,主要富存于橄榄石中[28]。在微量元素哈克图解中(图6),随着不相容元素Zr含量的增加,同区玄武岩、安山岩及流纹岩表现出较好的线性相关关系。其中,相容元素V、Co随着Zr含量的升高而降低,说明它们在岩浆演化过程中进入到矿物相中,随矿物结晶发生了分离(图6)。而不相容元素(如:Rb,La,Ba等)的含量随着Zr含量升高而增加,表明不相容元素在残留岩浆中的含量越来越高。从w(V)-w(Zr),w(Rb)-w(Zr),w(La)-w(Zr)图中可以看出,F1、F2、F3浮岩的微量元素组成与冲绳海槽玄武岩的微量元素组成表现出有规律的线性变化关系,说明S9浮岩成因与同区玄武岩存在一定的联系。前人研究发现,冲绳海槽中部大多数浮岩在地球化学组成上主要属于流纹岩或流纹质英安岩[2-3,7-13]。在微量元素哈克图解中(图6),F1、F2浮岩与同区流纹岩落于同一区域,具有相似的地球化学组成,说明这两种浮岩在地球化学组成上也属于流纹岩或流纹质英安岩。而F3浮岩的微量元素组成介于安山岩与流纹岩之间,说明其演化程度较F1、F2低。在中-酸性岩浆中Ti为弱不相容元素,P为中等不相容元素,初始岩浆形成时这些元素较易进入熔体,在岩浆结晶作用的早期阶段,Ti、P可以形成钛铁矿、钛磁铁矿、磷灰石等而发生分异,从而导致在岩浆演化后期出现相应元素的亏损[2,33]。从N-MORB标准化的微量元素蛛网图(图4)可以看出,与同区基性玄武岩相比,F1、F2、F3浮岩均表现出明显的P、Ti负异常,说明发生了矿物的分离结晶。从微量元素蛛网图可以看出,S9浮岩中的P、Ti的亏损程度具有F1>F2a>F2b>F3的特征,再一次说明四种浮岩岩浆的演化程度不同,F1浮岩演化程度明显高于F3浮岩,这与微量元素哈克图中取得的认识一致(图6)。在角闪石和熔体的平衡体系中,K的分配系数为0.96,Rb的分配系数为0.29[34],随着岩浆的演化,角闪石的结晶分离会导致残余岩浆中w(K)/w(Rb)的减小。在w(Zr)/w(Ti)-w(K)/w(Rb)图解中(图7),F1、F2、F3浮岩与同区玄武岩随着w(Zr)/w(Ti)的增大,w(K)/w(Rb)减小,说明岩浆演化的过程发生了角闪石的结晶。这与我们观察到的浮岩含角闪石斑晶一致,进一步说明本文中的浮岩可能是由基性玄武质岩浆通过结晶分异作用演化而来的。稀土元素中Eu3+可还原为Eu2+而取代斜长石及磷灰石中的Ca2+,在岩浆分离结晶过程中,斜长石的大量晶出将导致残余熔体出现明显的Eu负异常[35]。F1、F2、F3浮岩均表现出中等程度的Eu负异常(图5),说明岩浆演化的过程中有斜长石的晶出,且相比棕色浮岩F3,白色浮岩F1演化程度更高,具有更显著的Eu负异常。
【参考文献】：
期刊论文
[1]冲绳海槽北、中段火山岩地球化学特征及其地质意义[J]. 黄朋,李安春,蒋恒毅. 岩石学报. 2006(06)
[2]冲绳海槽火山岩Sr-Nd同位素特征及U系年龄[J]. 黄朋,李安春,胡宁静,付永涛,马志邦. 中国科学（D辑:地球科学）. 2006(04)
[3]冲绳海槽浮岩中岩浆包裹体岩石化学成分特征[J]. 于增慧,翟世奎,赵广涛. 海洋与湖沼. 2001(05)
本文编号：3015670
【文章来源】：海洋科学. 2020,44(05)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
岩心S9中浮岩碎屑主量元素上地壳标准化图解(上地壳主量元素数值引自Rudnick和Gao[27])
为了进一步比较岩心S9中浮岩碎屑的微量元素组成差异,分别对F1、F2、F3浮岩的微量元素进行洋中脊玄武岩(N-MORB)标准化,对稀土元素(REE)进行球粒陨石标准化,结果如图4、5所示。F1、F2、F3浮岩的微量元素蛛网图模式相似,均表现出大离子亲石元素(如:Rb、Ba、K、Th、U)的富集及高场强元素(如:Nb、Ta)的亏损。这一特征表明浮岩岩浆在演化的过程中可能受到了俯冲组分的影响[29],与岛弧火山岩的特征相似。通过比较分析,发现白色浮岩F1具有最高的w(Rb)、w(Ba)、w(Th)、w(U)、w(Nb)、w(Ta),而棕色浮岩F3具有最低的w(Rb)、w(Ba)、w(Th)、w(U)、w(Nb)、w(Ta),灰白色浮岩F2a、F2b的这些微量元素含量介于F1和F3之间。此外,从微量元素蛛网图可以看出,S9浮岩均表现明显的Pb元素富集,以及P、Ti元素的亏损,且亏损程度表现出F1>F2a>F2b>F3的特征。与海槽中部玄武岩[6,30]相比,F1、F2、F3浮岩的微量元素分布模式与其相似,暗示了岩浆的分异作用。在稀土元素球粒陨石标准化图中,F1、F2、F3浮岩都表现出轻稀土富集,重稀土分馏不明显的趋势(图5)。其中,F2a具有最高的稀土元素含量[w(ΣREE)=115.3μg/g]和轻稀土元素含量[w(ΣLREE)=93.1μg/g],F3浮岩的ΣREE和ΣLREE最低[w(ΣREE)=100.6μg/g,w(ΣLREE)=80.6μg/g]。F3浮岩具有最低的w(La/Sm)N和最低的w(La/Yb)N。F1浮岩具有最明显的Eu负异常[δEu=0.6;δEu=2w(Eu)/w(Sm+Gd)]和最高的w(La/Sm)N。图5 岩心S9中浮岩的稀土元素球粒陨石标准化图解[6,9,12-13,30-31]
在岩浆固结成岩过程中及以后,受地球化学风化作用的影响,海底岩石会发生不同程度的蚀变,而蚀变交代作用会使得部分微量元素发生迁移,进而导致岩石元素组成的变化[24]。因此,我们应该选择保守的元素(受风化作用影响较小的元素)(例如:Zr、Y、Nb、REE等)研究岩浆的物质组成及演化过程[28,32]。在岩浆演化的过程中,Zr、Ti为典型的不相容元素,w(Zr)和w(Zr)/w(Ti)可以用来替代w(Si)作为岩浆演化的指标[32]。V与Ti具有相似的地球化学特征,都倾向于进入Fe-Ti氧化物,而Co为高度相容元素,主要富存于橄榄石中[28]。在微量元素哈克图解中(图6),随着不相容元素Zr含量的增加,同区玄武岩、安山岩及流纹岩表现出较好的线性相关关系。其中,相容元素V、Co随着Zr含量的升高而降低,说明它们在岩浆演化过程中进入到矿物相中,随矿物结晶发生了分离(图6)。而不相容元素(如:Rb,La,Ba等)的含量随着Zr含量升高而增加,表明不相容元素在残留岩浆中的含量越来越高。从w(V)-w(Zr),w(Rb)-w(Zr),w(La)-w(Zr)图中可以看出,F1、F2、F3浮岩的微量元素组成与冲绳海槽玄武岩的微量元素组成表现出有规律的线性变化关系,说明S9浮岩成因与同区玄武岩存在一定的联系。前人研究发现,冲绳海槽中部大多数浮岩在地球化学组成上主要属于流纹岩或流纹质英安岩[2-3,7-13]。在微量元素哈克图解中(图6),F1、F2浮岩与同区流纹岩落于同一区域,具有相似的地球化学组成,说明这两种浮岩在地球化学组成上也属于流纹岩或流纹质英安岩。而F3浮岩的微量元素组成介于安山岩与流纹岩之间,说明其演化程度较F1、F2低。在中-酸性岩浆中Ti为弱不相容元素,P为中等不相容元素,初始岩浆形成时这些元素较易进入熔体,在岩浆结晶作用的早期阶段,Ti、P可以形成钛铁矿、钛磁铁矿、磷灰石等而发生分异,从而导致在岩浆演化后期出现相应元素的亏损[2,33]。从N-MORB标准化的微量元素蛛网图(图4)可以看出,与同区基性玄武岩相比,F1、F2、F3浮岩均表现出明显的P、Ti负异常,说明发生了矿物的分离结晶。从微量元素蛛网图可以看出,S9浮岩中的P、Ti的亏损程度具有F1>F2a>F2b>F3的特征,再一次说明四种浮岩岩浆的演化程度不同,F1浮岩演化程度明显高于F3浮岩,这与微量元素哈克图中取得的认识一致(图6)。在角闪石和熔体的平衡体系中,K的分配系数为0.96,Rb的分配系数为0.29[34],随着岩浆的演化,角闪石的结晶分离会导致残余岩浆中w(K)/w(Rb)的减小。在w(Zr)/w(Ti)-w(K)/w(Rb)图解中(图7),F1、F2、F3浮岩与同区玄武岩随着w(Zr)/w(Ti)的增大,w(K)/w(Rb)减小,说明岩浆演化的过程发生了角闪石的结晶。这与我们观察到的浮岩含角闪石斑晶一致,进一步说明本文中的浮岩可能是由基性玄武质岩浆通过结晶分异作用演化而来的。稀土元素中Eu3+可还原为Eu2+而取代斜长石及磷灰石中的Ca2+,在岩浆分离结晶过程中,斜长石的大量晶出将导致残余熔体出现明显的Eu负异常[35]。F1、F2、F3浮岩均表现出中等程度的Eu负异常(图5),说明岩浆演化的过程中有斜长石的晶出,且相比棕色浮岩F3,白色浮岩F1演化程度更高,具有更显著的Eu负异常。
【参考文献】：
期刊论文
[1]冲绳海槽北、中段火山岩地球化学特征及其地质意义[J]. 黄朋,李安春,蒋恒毅. 岩石学报. 2006(06)
[2]冲绳海槽火山岩Sr-Nd同位素特征及U系年龄[J]. 黄朋,李安春,胡宁静,付永涛,马志邦. 中国科学（D辑:地球科学）. 2006(04)
[3]冲绳海槽浮岩中岩浆包裹体岩石化学成分特征[J]. 于增慧,翟世奎,赵广涛. 海洋与湖沼. 2001(05)
本文编号：3015670
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