西南太平洋Lau盆地孤后岩浆作用及地幔动力学研究

发布时间：2017-11-12 20:32

  本文关键词：西南太平洋Lau盆地孤后岩浆作用及地幔动力学研究

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【摘要】：弧后扩张中心作为一种“特殊”的离散型板块边界,是研究扩张速率和俯冲作用共同对岩浆作用和地幔动力过程影响的理想场所。Lau盆地是西太平洋最典型的弧后盆地之一,发育了三条扩张速率不同、与俯冲带距离不等、地壳厚度不均一的扩张中心(CLSC,ELSC和VFR),并且这些扩张中心的发育与Louisville海山链的俯冲有着紧密的联系。这为研究弧后盆地地壳的增生方式,不同深度下俯冲板片的物质循环和迁移形式,以及海山俯冲对弧后盆地岩浆作用的影响等科学问题提供了难得的契机。通过对公开发表的高密度(站位)岩石数据以及岩石样品实测数据的整合分析,并以岩石主、微量元素以及Pb-Sr-Nd同位素作为研究手段,本文系统地开展了Lau盆地岩浆演化趋势和演化程度、地幔富集(亏损)程度、地幔域界线界定、地幔熔融程度计算,以及俯冲流体端元识别等研究工作。取得了如下一些重要的认识。1.由北向南从CLSC-ELSC-VFR,随着扩张中心与俯冲带距离的减小,俯冲作用的影响程度总体是逐渐增强的。这体现在(1)原始岩浆的含H20量和氧逸度(fO2)的增加,造成岩浆朝着富SiO2, Al2O3和更贫TiO2, FeO*的趋势演化,从而促进了Lau盆地洋壳在化学组成上的分馏。CLSC和nELSC发育了类似于洋中脊(上、下地壳密度差异小)的地壳结构,而sELSC和VFR发育密度大、富Fe-Mg而贫Si-Al的下地壳,和密度低、厚度大、富Si-Al而贫Fe-Mg的上地壳。(2)地幔含H20量和部分熔融程度的增加。计算结果显示：CLSC[F=10.1±2.44(n=22)]和nELSC[F=10.4±1.63(n=52)]的地幔熔融程度接近,且远低于sELSC[F=22.8±6.02(n=18)]和VFR[F=24.1±4.75(n=9)]。地幔熔融程度F决定了岩浆量的大小,对Lau盆地地壳厚度起着一级控制作用；而岩浆演化趋势和演化程度决定地壳的密度,对地壳厚度起次要控制作用。2.Lau盆地存在三个具有不同化学组成的俯冲流体端元,并且各自都有不同的影响区域范围。俯冲流体“端元1”(SC-1)是由蚀变洋壳脱水形成的富水流体和少量沉积物熔体的混合产物,影响范围包括CLSC, ELSC和VFR。“端元2”(SC-2)和“端元3”(SC-3)是比SC-1更富集熔体的异常俯冲流体,且SC-3熔体的比例高于SC-2。SC-2影响的范围包括VFR和ELSC南部(21.20S以南)(区域2),SC-3影响的范围为CLSC(区域3),而21.20S以北的ELSC是唯独只有SC-1影响的区域(区域1)。Louisville海山链正好穿过“区域2”和“区域3”,但向北逐渐远离“区域1”,我们由此推测SC-2和SC-3可能是Louisville海山链在不同俯冲深度释放的俯冲流体。另一个重要证据是,普通弧火山的俯冲流体端元与SC-1具有较好的耦合性,而那些发现有Louisville‘印记”的弧火山的俯冲流体端元却与SC-2具有较好的耦合性。3. Louisville海山的物质迁移形式,从富水流体(aqueous fluid)向富水熔体(hydrous melt)的转换发生在Tonga尾弧对应的俯冲深度。"Louisville熔体”对Lau盆地“区域2”的岩浆岩贡献了18-88%的Ba,18-66%的Pb和0-83%的Th；而对“区域3”的岩浆岩贡献了10.8-73.8%的Th。这说明海山俯冲不仅能够增加俯冲组分的供给,还能促进俯冲带深部的物质循环。另外,太平洋板块在Tonga俯冲带没有部分熔融的迹象,但同为玄武质的Louisville海山地壳却发生了部分熔融。这一现象暗示：在相同俯冲深度下,海山链与地幔接触面的温度要比普通俯冲板片顶部界面的温度高,并可能伴随有海山地壳的破碎,才能诱发海山地壳的部分熔融。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P736.1

【参考文献】

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本文编号：1177505