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《中国科学院海洋研究所揭示弧后盆地双峰式火山岩系中安山岩的岩浆混合成因》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2020-12-15

  • 近日，国际岩石学权威期刊Journal of Petrology在线刊发中国科学院海洋地质与环境重点实验室曾志刚课题组关于西太平洋弧后盆地热液区附近双峰式火山岩组合中安山岩和流纹岩的矿物学和岩石地球化学研究成果，提出了安山岩由玄武质岩浆和流纹质岩浆混合成因的新证据。

    双峰式火山岩是一套以基性岩和酸性岩为主的岩石组合，关于缺少中性岩的原因仍存在争议。一种解释是，存在大量中性岩浆，但是由于某些原因而未能喷出地表。另一种解释是，中性岩可能是由玄武质岩浆与流纹质岩浆混合而成，所以形成较少。

    该研究将西太平洋弧后盆地热液区附近的安山岩分为A、B、C三种类型，并对C类安山岩开展了详细的矿物学研究，识别出三种截然不同的矿物组合：基性矿物组合，酸性矿物组合，中性矿物组合。全岩主微量元素、同位素及矿物结晶温度模拟计算，均指示该类安山岩由该地区的玄武质岩浆和流纹质岩浆以4:6的比例混合而成。结合前人的研究资料，对B类安山岩进行混合模拟计算，也完美符合玄武岩-流纹岩混合成因，说明岩浆混合作用在弧后盆地安山岩成因上扮演了重要角色。研究人员还发现该区的一组流纹岩也明显受到岩浆混合的影响，说明岩浆混合作用普遍存在，这与该地区异常高的热流值及活跃的海底热液活动相耦合，说明岩浆活动对热液活动起重要的控制作用。

  • 原文来源：http://www.qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202012/t20201211_5815890.html
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  • 《中国科学院海洋研究所研究揭示西南马里亚纳岛弧岩浆与构造演化历史》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
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    • 近日，中国科学院海洋所张国良课题组主导的西南马里亚纳岛弧构造、形成时代和岩浆作用研究取得新进展，团队基于西南马里亚纳岛弧火山岩和变质岩地球化学和年代学，研究揭示了卡洛琳洋底高原对西南马里亚纳岛弧在岩浆和构造演化方面的重要影响。相关成果发表在国际海洋科学期刊《深海研究》（Deep-Sea Research Part I）。 洋底高原随着大洋板块运动至俯冲带时，可能对俯冲带边界形态、岛弧构造演化产生重要影响，并引起大规模变质和岩浆活动。该研究团队通过“发现”号无人缆控潜水器在马里亚纳岛弧最南端的弧前区获得了火山岩和变质岩样品。这些火山岩和变质岩是研究洋底高原特殊与俯冲带相互作用机制的理想对象，可能记录了卡洛琳洋底高原与西南马里亚纳岛弧的形变和演化历史。 该研究表明，该区变质岩样品主要为绿片岩相变质岩，原岩为低硅玻安岩，具有高硅高镁、低钛，且轻稀土元素十分亏损的特征。玻安质绿岩的全岩K-Ar和磷灰石原位U-Pb测年显示变质年龄分别为24.50 ± 0.77 Ma（百万年）和23.9 ± 3.6 Ma，指示卡洛琳洋底高原的碰撞引起的区域变质时间。火山岩样品为拉斑玄武岩，具有Nb、Zr、Hf和Ti的负异常，轻稀土元素极其亏损、高V/Ti和低Yb/V等结果指示该火山岩具有类似弧前玄武岩的地球化学特征。根据火山岩斜长石40Ar/39Ar测年，这些火山岩年龄为18.76 ± 0.79 Ma和16.89 ± 0.70 Ma。火山岩明显产生于上述玻安岩变质事件之后，代表构造后期的岩浆作用。 以上结果表明，卡洛琳洋底高原与马里亚纳岛弧的相互作用至少起始于~24Ma，可能对塑造现代西南马里亚纳的超大海沟水深和岛弧构造形态起到重要作用。现代西南马里亚纳岛弧狭窄的沟弧距可能与卡洛琳洋底高原的到来有重要关系，洋底高原导致了碰撞和缓慢俯冲，导致该区弧前出现大量变质岩，很大程度上也抑制了西南马里亚纳岛弧岩浆的产率。类似弧前玄武岩的岛弧火山岩（~18Ma）出现，可能与洋底高原引起的俯冲减速和板片断离有关。卡洛琳洋底高原的到来也重塑了菲律宾海板块和卡洛琳板块的边界形态，助力了菲律宾海板块的顺时针旋转，并引起了帕里西维拉海盆扩张方向的改变。 该研究厘定了西南马里亚纳岛弧的形成年代和构造演化历史，揭示了卡洛琳洋底高原俯冲对西南马里亚纳俯冲带构造演化的影响，对于深入理解洋底高原与俯冲带相互作用的板块动力学机制具有重要意义。 论文第一作者为中国科学院海洋所特别研究助理张吉博士，通讯作者为张国良研究员，合作者为美国休斯敦大学Jonny Wu助理教授。本研究得到中国科学院战略先导专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。　　  论文信息： Zhang J, Zhang G, Wu J (2023) Geochemical and geochronological constraints on the tectonic and magmatic evolution of the southwestern Mariana subduction zone. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers 197. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2023.104039
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  • 《中国科学院海洋研究所在海底热液区岩浆混合过程及时间尺度方面获新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2020-09-29
    • 幔源基性岩浆注入热液区浅部酸性岩浆房内发生的岩浆混合作用，不仅是影响岩浆化学成分和矿物结构多样性的重要过程，而且是岩浆喷发的主要诱因。在此过程中，如果岩浆混合不完全，通常会出现基性岩浆包体；若混合完全，矿物的不平衡结构和环带特征可能是岩浆混合的唯一证据。斜长石是热液区火山岩中常见矿物，结晶于从玄武质到流纹质各演化系列的岩浆中，因此可以记录不同寄主岩浆的成分信息。且斜长石晶体内扩散速率较慢的元素（如NaSi-CaAl以及Sr-Ba等）保留了结晶时的原始信息，可以用来揭示不同岩浆的混合过程；而扩散速率快的元素（如Mg）可以用来限定岩浆混合到喷发的时间尺度。 基于此，海洋所曾志刚研究团队及合作者对采自西太平洋弧后盆地热液区附近的英安岩及其基性岩浆包体内的斜长石进行了详细的矿物学及微区主量、微量元素和Sr同位素分析。结果显示：英安岩中斜长石斑晶表现出明显的成分环带，核部具有高An值和高Sr/Ba比值，边部具有低An值和低Sr/Ba比值，且从核部到边部An值与Sr/Ba比值骤降。斜长石斑晶边部具有低Sr/Ba比值且87Sr/86Sr比值与英安岩全岩Sr同位素相似，表明斜长石边部是在寄主英安质岩浆中结晶的。相比之下，斜长石核部Sr同位素具有两种类型，一种是富集放射性成因Sr同位素（0.70724-0.70791）；另一种具有非放射性成因Sr同位素（0.70535-0.70595），但两种类型的核均具有高An值和高Sr/Ba比值的特征。 此外，斜长石核部高Ca/Na比值及其平衡熔体高Sr含量均表明它们与寄主英安质岩浆不平衡，因而来自于深部不同的铁镁质岩浆系统，被上升岩浆夹带进入浅层岩浆房。 研究人员利用Mg元素在斜长石中的扩散速率结合扩散方程（菲克第二定律），利用有限差分的数值方法模拟计算出钙质斜长石核部进入浅层岩浆房后经历了很长的滞留时间（可达600年），说明热液区浅部岩浆房具有较长的持续时间。而包体和寄主英安岩中斜长石不同的Sr同位素，尤其是钛磁铁矿成分的显著差异（钛磁铁矿晶体内阳离子扩散速率快，易达到扩散平衡），反映了基性岩浆注入浅层岩浆房中形成包体到岩浆喷发必须发生在很短的时间内（几十天），从而抑制包体与寄主英安岩发生完全化学平衡。因而，基性岩浆的注入很可能触发了英安质岩浆的喷发。 因此，热液区酸性岩浆中具有复杂的、开放体系结晶历史的矿物组合，幔源基性岩浆注入浅层酸性岩浆房内，随后进行的岩浆混合作用，是控制岩浆化学成分和矿物结构多样性的重要过程而且是岩浆喷发的主要诱因。 该研究成果发表在国际地学期刊LITHOS（JCR一区）上，第一作者为陈祖兴博士。研究得到了国家自然科学基金、中国科学院海洋地质与环境重点实验室开放基金、中国科学院先导专项B、全球变化和海气相互作用等基金项目联合支持。 　　 论文信息： Chen Zuxing, Zeng Zhigang, et al. Lithos. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105776.
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