弧后盆地玄武巖的成分變化及其成因
發(fā)布時(shí)間：2021-01-15 05:10
弧后盆地玄武巖（BABB）是弧后盆地?cái)U(kuò)張過程中巖漿作用的主要產(chǎn)物,其地球化學(xué)組成是認(rèn)識弧后盆地演化的關(guān)鍵。現(xiàn)今弧后盆地主要集中在西太平洋地區(qū)。本文總結(jié)了該地區(qū)弧后盆地玄武巖的元素地球化學(xué)和同位素組成特征�？傮w而言,相對于開闊大洋洋中脊玄武巖（MORB）,弧后盆地玄武巖的主量元素成分變化范圍很大,在Al2O3-Mg O、Ti O2-Mg O相關(guān)圖上偏離了MORB的演化趨勢,在Mg O相同的情況下表現(xiàn)出更高的Al2O3含量和更低的Ti O2含量。弧后盆地玄武巖的微量元素特征一般介于MORB和弧玄武巖之間。一方面,它們與MORB一樣在中、重稀土元素之間沒有明顯分餾;另一方面,與弧玄武巖一樣富集大離子親石元素Rb、Ba、Th、U、K,具有Pb的正異常和Nb、Ta的負(fù)異常等。其中,勞海盆、日本海海盆和沖繩海槽有部分樣品具有Nb、Ta的正異常,表現(xiàn)出類似于E-MORB的微量元素特征。西太平洋地區(qū)弧后盆地玄武巖的Sr-Nd-Pb同位素組成變化范圍較大,相對于MORB,其...
【文章來源】：巖石學(xué)報(bào). 2020,36(07)北大核心
【文章頁數(shù)】：20 頁
【部分圖文】：
弧后盆地玄武巖地球化學(xué)分類圖(a、b)和主量元素相關(guān)圖(c-f)
根據(jù)弧后盆地?cái)U(kuò)張中心相對于島弧的位置，可以將弧后盆地的擴(kuò)張類型分為三類(Martinez and Taylor,2006)。第一類盆地是由弧后發(fā)生裂解形成的弧后盆地，弧后盆地位于弧-陸之間，一側(cè)是島弧，另一側(cè)則可能是大陸。該類弧后盆地形成的玄武巖在靠近島弧一側(cè)具有明顯的弧巖漿的信號，而在相反的方向上島弧巖漿的信號微弱。日本海海盆和沖繩海槽即為這種類型的弧后盆地(Kimura,1985;Shinjo et al.,1999;Okamura et al.,2005;Hoang and Uto,2006;Nohda,2009;Chen et al.,2015a,b;Hirahara et al.,2015;Yu et al.,2016)。第二類盆地是由島弧中央發(fā)生裂解形成的弧后盆地，新生盆地落在了活動弧與殘留弧之間，此類弧后盆地形成的早期玄武巖具有弧巖漿的信號。勞海盆和西菲律賓海盆等即為該類型的弧后盆地(Hilde and Lee,1984;Taylor et al.,1995;Zellmer and Taylor,2001;Hickey-Vargas et al.,2006)。第三類盆地是在島弧前發(fā)生拉張形成并逐漸演變而成的弧后盆地，是由俯沖作用導(dǎo)致的弧前邊緣的伸展減薄裂解。該類弧后盆地玄武巖形成的洋殼普遍存在俯沖帶物質(zhì)的影響，這種類型的弧后盆地可見于伊豆-小笠原裂谷(Hochstaedter et al.,2000;Tollstrup et al.,2010;Straub et al.,2015)。弧后盆地在時(shí)間演化上也存在分階段的特征，可以概括為四個階段(Taylor,1995):(1)初始裂谷階段(initial rifting)，島弧或者弧后或者弧前開始裂開形成裂谷，裂谷內(nèi)巖漿作用密集，這些巖漿具有弧巖漿的特點(diǎn)。典型案例如新西蘭的陶波盆地和沖繩海槽的北端(Cole et al.,1995;Hoang and Uto,2006;Yu et al.,2016);(2)持續(xù)拉張階段(continued stretching)，盆地被持續(xù)加寬，形成更大的沉降，大量巖漿噴出于盆地，形成不對稱的分布。如沖繩海槽的中部(Hoang and Uto,2006;Yu et al.,2016);(3)初始擴(kuò)張階段(initial spreading)，巖漿擴(kuò)張中心形成，擴(kuò)張過程與全球開放大洋接近。典型案例如沖繩海槽的南部和哈維盆地等(Gamble and Wright,1995;Hoang and Uto,2006;Todd et al.,2010;Yu et al.,2016);(4)成熟擴(kuò)張階段(mature spreading)，形成成熟的海底擴(kuò)張中心，產(chǎn)出與全球洋中脊玄武巖相似的洋殼。典型案例如馬努斯海盆、馬里亞納海槽中部和北斐濟(jì)海盆等(Taylor,1979;Auzende et al.,1995;Straub et al.,2015)。
沖繩海槽是一個處于初始拉張階段的弧后盆地和大陸邊緣海盆。它北起日本的九州，南止于中國的臺灣島，是琉球溝-弧體系的重要組成部分(Kimura,1985;Yan and Shi,2014;Guo et al.,2016;Zhang et al.,2018)。以～130°E的吐噶喇?dāng)鄬?Tokara fault)和～127°E的宮谷斷層(Miyako fault)為界限，可以將沖繩海槽分為南段、中段和北段三個部分(Kimura,1985;Yan and Shi,2014;Guo et al.,2016;Zhang et al.,2018)。北段地殼厚(～30km)，以流紋巖噴出為主，處于大陸裂谷階段;南段地殼薄(～13km)，以中基性噴出巖為主，處于海盆拉張初始階段;中段的地殼厚度處于南北段兩者之間，從基性的玄武巖，中性的安山巖，到酸性的流紋巖都有出露(Shinjo and Kato,2000;Hoang and Uto,2006)。沖繩海槽保存了較為完整的大陸裂解到洋盆初始拉張過程的記錄。受到菲律賓板塊俯沖的影響，該區(qū)陸殼從約20Ma開始發(fā)生破裂(Shinjo et al.,1999)，構(gòu)成了沖繩海槽發(fā)展史的第一階段———裂谷階段;第二期裂谷階段大約發(fā)生在早更新世，在這一階段，陸殼進(jìn)一步發(fā)生裂解;第三階段是弧后盆地的初始拉張階段，從更新世(約2Ma)一直持續(xù)到現(xiàn)在(Sibuet et al.,1998)。由于大陸地殼的存在，沖繩海槽的基性巖漿除了記錄來自地幔楔、俯沖帶的信號外，還具有明顯的陸殼混染的信號，體現(xiàn)在相對于其他弧后盆地玄武巖表現(xiàn)出更高的87Sr/86Sr和更低的εNd值特征(4a)。在微量元素蛛網(wǎng)圖上，沖繩海槽玄武巖具有輕微富集強(qiáng)不相容元素、明顯的Nb-Ta負(fù)異常和Pb正異常等特征(圖3a)。在元素比值上，沖繩海槽玄武巖在具有更低εNd值的同時(shí)還具有低的Ce/Pb和Nb/U比值，并且呈現(xiàn)出正相關(guān)性(圖5a,b)。以上這些特征都暗示除了俯沖物質(zhì)外，玄武巖成因中還存在大陸地殼物質(zhì)混染的貢獻(xiàn)。以上推斷被玄武巖的放射成因He(R/RA)和Sr同位素的負(fù)相關(guān)性以及與勞海盆玄武巖的對比研究所證實(shí)(Yu et al.,2016)。研究進(jìn)一步表明由北向南，地殼混染的信號有明顯的減弱，其中來自于南部的玄武巖基本不受地殼混染的影響(Yu et al.,2016)。雖然部分玄武巖受到了地殼混染的影響，但并不影響其記錄源區(qū)物質(zhì)組成的多樣性。沖繩海槽玄武巖不僅具有異常高的Ba/Nb比值(～100),Th/Nb比值(～1.3)也相當(dāng)高，說明其源區(qū)既存在俯沖板片釋放的流體的貢獻(xiàn)(帶來大量的Ba)，也存在俯沖板片釋放的熔體的貢獻(xiàn)(帶來額外多的Th)(圖5c,d)。海槽南部的玄武巖比北部的玄武巖具有更高的Ba/Nb和Th/La比值、更低的Ce/Pb比值，暗示南部受到再循環(huán)沉積物的影響要顯著高于北部(Shinjo et al.,1999;Hoang and Uto,2006)。3.1.2 成熟拉張階段———以日本海為例
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]大洋與大陸板內(nèi)典型EM1型玄武巖的成因聯(lián)系和區(qū)別[J]. 王小均,陳立輝,劉建強(qiáng). 礦物巖石地球化學(xué)通報(bào). 2019(02)
[2]西太平洋典型弧后盆地的地質(zhì)構(gòu)造、巖漿作用與熱液活動[J]. 曾志剛,張玉祥,陳祖興,馬瑤,王曉媛,張丹丹,李曉輝. 海洋科學(xué)集刊. 2016(00)
[3]弧后盆地玄武巖（BABB）數(shù)據(jù)挖掘:與MORB及IAB的對比[J]. 楊婧,王金榮,張旗,陳萬峰,潘振杰,焦守濤,王淑華. 地球科學(xué)進(jìn)展. 2016(01)
[4]Geochemical Characteristics of Volcanic Rocks from ODP Site 794,Yamato Basin:Implications for Deep Mantle Processes of the Japan Sea[J]. CHEN Shuangshuang,LIU Jiaqi,GUO Zhengfu,CHEN Shengsheng,SUN Chunqing. Acta Geologica Sinica（English Edition）. 2015(04)
[5]西太平洋典型邊緣海盆的巖漿活動[J]. 石學(xué)法,鄢全樹. 地球科學(xué)進(jìn)展. 2013(07)
[6]洋中脊與地幔柱熱點(diǎn)相互作用研究進(jìn)展[J]. 鄢全樹,石學(xué)法. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì). 2006(05)
[7]西太平洋邊緣海盆地的擴(kuò)張過程和動力學(xué)背景[J]. 任建業(yè),李思田. 地學(xué)前緣. 2000(03)
本文編號：2978292
【文章來源】：巖石學(xué)報(bào). 2020,36(07)北大核心
【文章頁數(shù)】：20 頁
【部分圖文】：
弧后盆地玄武巖地球化學(xué)分類圖(a、b)和主量元素相關(guān)圖(c-f)
根據(jù)弧后盆地?cái)U(kuò)張中心相對于島弧的位置，可以將弧后盆地的擴(kuò)張類型分為三類(Martinez and Taylor,2006)。第一類盆地是由弧后發(fā)生裂解形成的弧后盆地，弧后盆地位于弧-陸之間，一側(cè)是島弧，另一側(cè)則可能是大陸。該類弧后盆地形成的玄武巖在靠近島弧一側(cè)具有明顯的弧巖漿的信號，而在相反的方向上島弧巖漿的信號微弱。日本海海盆和沖繩海槽即為這種類型的弧后盆地(Kimura,1985;Shinjo et al.,1999;Okamura et al.,2005;Hoang and Uto,2006;Nohda,2009;Chen et al.,2015a,b;Hirahara et al.,2015;Yu et al.,2016)。第二類盆地是由島弧中央發(fā)生裂解形成的弧后盆地，新生盆地落在了活動弧與殘留弧之間，此類弧后盆地形成的早期玄武巖具有弧巖漿的信號。勞海盆和西菲律賓海盆等即為該類型的弧后盆地(Hilde and Lee,1984;Taylor et al.,1995;Zellmer and Taylor,2001;Hickey-Vargas et al.,2006)。第三類盆地是在島弧前發(fā)生拉張形成并逐漸演變而成的弧后盆地，是由俯沖作用導(dǎo)致的弧前邊緣的伸展減薄裂解。該類弧后盆地玄武巖形成的洋殼普遍存在俯沖帶物質(zhì)的影響，這種類型的弧后盆地可見于伊豆-小笠原裂谷(Hochstaedter et al.,2000;Tollstrup et al.,2010;Straub et al.,2015)。弧后盆地在時(shí)間演化上也存在分階段的特征，可以概括為四個階段(Taylor,1995):(1)初始裂谷階段(initial rifting)，島弧或者弧后或者弧前開始裂開形成裂谷，裂谷內(nèi)巖漿作用密集，這些巖漿具有弧巖漿的特點(diǎn)。典型案例如新西蘭的陶波盆地和沖繩海槽的北端(Cole et al.,1995;Hoang and Uto,2006;Yu et al.,2016);(2)持續(xù)拉張階段(continued stretching)，盆地被持續(xù)加寬，形成更大的沉降，大量巖漿噴出于盆地，形成不對稱的分布。如沖繩海槽的中部(Hoang and Uto,2006;Yu et al.,2016);(3)初始擴(kuò)張階段(initial spreading)，巖漿擴(kuò)張中心形成，擴(kuò)張過程與全球開放大洋接近。典型案例如沖繩海槽的南部和哈維盆地等(Gamble and Wright,1995;Hoang and Uto,2006;Todd et al.,2010;Yu et al.,2016);(4)成熟擴(kuò)張階段(mature spreading)，形成成熟的海底擴(kuò)張中心，產(chǎn)出與全球洋中脊玄武巖相似的洋殼。典型案例如馬努斯海盆、馬里亞納海槽中部和北斐濟(jì)海盆等(Taylor,1979;Auzende et al.,1995;Straub et al.,2015)。
沖繩海槽是一個處于初始拉張階段的弧后盆地和大陸邊緣海盆。它北起日本的九州，南止于中國的臺灣島，是琉球溝-弧體系的重要組成部分(Kimura,1985;Yan and Shi,2014;Guo et al.,2016;Zhang et al.,2018)。以～130°E的吐噶喇?dāng)鄬?Tokara fault)和～127°E的宮谷斷層(Miyako fault)為界限，可以將沖繩海槽分為南段、中段和北段三個部分(Kimura,1985;Yan and Shi,2014;Guo et al.,2016;Zhang et al.,2018)。北段地殼厚(～30km)，以流紋巖噴出為主，處于大陸裂谷階段;南段地殼薄(～13km)，以中基性噴出巖為主，處于海盆拉張初始階段;中段的地殼厚度處于南北段兩者之間，從基性的玄武巖，中性的安山巖，到酸性的流紋巖都有出露(Shinjo and Kato,2000;Hoang and Uto,2006)。沖繩海槽保存了較為完整的大陸裂解到洋盆初始拉張過程的記錄。受到菲律賓板塊俯沖的影響，該區(qū)陸殼從約20Ma開始發(fā)生破裂(Shinjo et al.,1999)，構(gòu)成了沖繩海槽發(fā)展史的第一階段———裂谷階段;第二期裂谷階段大約發(fā)生在早更新世，在這一階段，陸殼進(jìn)一步發(fā)生裂解;第三階段是弧后盆地的初始拉張階段，從更新世(約2Ma)一直持續(xù)到現(xiàn)在(Sibuet et al.,1998)。由于大陸地殼的存在，沖繩海槽的基性巖漿除了記錄來自地幔楔、俯沖帶的信號外，還具有明顯的陸殼混染的信號，體現(xiàn)在相對于其他弧后盆地玄武巖表現(xiàn)出更高的87Sr/86Sr和更低的εNd值特征(4a)。在微量元素蛛網(wǎng)圖上，沖繩海槽玄武巖具有輕微富集強(qiáng)不相容元素、明顯的Nb-Ta負(fù)異常和Pb正異常等特征(圖3a)。在元素比值上，沖繩海槽玄武巖在具有更低εNd值的同時(shí)還具有低的Ce/Pb和Nb/U比值，并且呈現(xiàn)出正相關(guān)性(圖5a,b)。以上這些特征都暗示除了俯沖物質(zhì)外，玄武巖成因中還存在大陸地殼物質(zhì)混染的貢獻(xiàn)。以上推斷被玄武巖的放射成因He(R/RA)和Sr同位素的負(fù)相關(guān)性以及與勞海盆玄武巖的對比研究所證實(shí)(Yu et al.,2016)。研究進(jìn)一步表明由北向南，地殼混染的信號有明顯的減弱，其中來自于南部的玄武巖基本不受地殼混染的影響(Yu et al.,2016)。雖然部分玄武巖受到了地殼混染的影響，但并不影響其記錄源區(qū)物質(zhì)組成的多樣性。沖繩海槽玄武巖不僅具有異常高的Ba/Nb比值(～100),Th/Nb比值(～1.3)也相當(dāng)高，說明其源區(qū)既存在俯沖板片釋放的流體的貢獻(xiàn)(帶來大量的Ba)，也存在俯沖板片釋放的熔體的貢獻(xiàn)(帶來額外多的Th)(圖5c,d)。海槽南部的玄武巖比北部的玄武巖具有更高的Ba/Nb和Th/La比值、更低的Ce/Pb比值，暗示南部受到再循環(huán)沉積物的影響要顯著高于北部(Shinjo et al.,1999;Hoang and Uto,2006)。3.1.2 成熟拉張階段———以日本海為例
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]大洋與大陸板內(nèi)典型EM1型玄武巖的成因聯(lián)系和區(qū)別[J]. 王小均,陳立輝,劉建強(qiáng). 礦物巖石地球化學(xué)通報(bào). 2019(02)
[2]西太平洋典型弧后盆地的地質(zhì)構(gòu)造、巖漿作用與熱液活動[J]. 曾志剛,張玉祥,陳祖興,馬瑤,王曉媛,張丹丹,李曉輝. 海洋科學(xué)集刊. 2016(00)
[3]弧后盆地玄武巖（BABB）數(shù)據(jù)挖掘:與MORB及IAB的對比[J]. 楊婧,王金榮,張旗,陳萬峰,潘振杰,焦守濤,王淑華. 地球科學(xué)進(jìn)展. 2016(01)
[4]Geochemical Characteristics of Volcanic Rocks from ODP Site 794,Yamato Basin:Implications for Deep Mantle Processes of the Japan Sea[J]. CHEN Shuangshuang,LIU Jiaqi,GUO Zhengfu,CHEN Shengsheng,SUN Chunqing. Acta Geologica Sinica（English Edition）. 2015(04)
[5]西太平洋典型邊緣海盆的巖漿活動[J]. 石學(xué)法,鄢全樹. 地球科學(xué)進(jìn)展. 2013(07)
[6]洋中脊與地幔柱熱點(diǎn)相互作用研究進(jìn)展[J]. 鄢全樹,石學(xué)法. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì). 2006(05)
[7]西太平洋邊緣海盆地的擴(kuò)張過程和動力學(xué)背景[J]. 任建業(yè),李思田. 地學(xué)前緣. 2000(03)
本文編號：2978292
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