李雪麗, 曾志剛, 李曉輝, 陳祖興, 張玉祥, 齊海燕

沖繩海槽西南部火山巖熔體包裹體的均一溫度及對巖漿混合的指示意義

李雪麗1, 2, 3, 曾志剛1, 2, 3, 李曉輝1, 3, 4, 陳祖興1, 3, 4, 張玉祥1, 3, 4, 齊海燕1, 2, 4

(1. 中國科學院海洋研究所, 山東 青島 266071; 2. 中國科學院大學, 北京 100049; 3. 青島海洋科學與技術試點國家實驗室 海洋礦產資源評價與探測技術功能實驗室, 山東 青島 266071; 4. 中國科學院海洋大科學研究中心, 山東 青島 266071)

沖繩海槽西南部流紋巖(R10-H3)和安山巖(R11-H1)中斜長石發(fā)育大量玻璃質熔體包裹體, 安山巖(R11-H1)斜長石中熔體包裹體的均一溫度較高(1 050～1 200 ℃), 而流紋巖(R10-H3)斜長石中熔體包裹體存在兩個明顯不同的均一溫度峰值段(900～1 000 ℃, 1 150～1 200 ℃), 呈“雙峰”式均一溫度特征。流紋巖(R10-H3)和安山巖(R11-H1)中斜長石熔體包裹體呈現(xiàn)的均一溫度特征與該斜長石的環(huán)帶結構及An值變化特征一致, 表明安山巖(R11-H1)中斜長石主要在高溫階段結晶, 而流紋巖(R10-H3)中斜長石經歷了兩個不同的結晶階段。結合流紋巖(R10-H3)中斜長石存在明顯的環(huán)帶結構及兩種差異較大的An值特征, 作者認為熔體包裹體的“雙峰”式均一溫度特征指示該地區(qū)發(fā)生了不同期次巖漿的混合作用。巖漿攜帶早期高溫階段結晶(1 150～1 200 ℃)的高An值偏基性斜長石向上運移, 注入淺部較低溫巖漿中(900～1 000 ℃), 發(fā)生巖漿混合作用, 偏基性的斜長石在進入淺部巖漿房后被重新吸收, 形成具有較高均一溫度熔體包裹體的核部(高An值), 然后繼續(xù)結晶出具有較低均一溫度熔體包裹體的邊部(低An值), 進一步證實沖繩海槽西南部淺部巖漿房內存在著復雜的巖漿混合作用。

斜長石; 熔體包裹體; 均一溫度; 巖漿混合

近年來, 國內外學者對沖繩海槽火山巖的地球化學性質、巖漿演化過程以及巖石成因等內容開展了大量研究工作, 也取得了很多顯著的成果[1-31]。例如, 一方面通過研究沖繩海槽基性-中性-酸性火山巖全巖及礦物的地球化學特征, 深入探究了該地區(qū)巖漿的性質及演化過程, 其中包括分析酸性巖中斜長石的復雜晶體的化學成分, 發(fā)現(xiàn)其An值、微量元素含量以及Sr同位素組成變化范圍較大, 進而提出了多層巖漿房系統(tǒng)的認識[3, 7, 32]; 另一方面, 通過研究沖繩海槽中部和南部火山巖全巖與橄欖石、輝石和斜長石等礦物及其熔體包裹體的常微量元素和同位素組成特征, 闡述了沖繩海槽下部巖漿房中可能普遍存在巖漿混合現(xiàn)象[1-3, 13, 15-16]。前人的研究多以全巖及礦物為研究對象來探究沖繩海槽的巖漿演化過程, 然而全巖及礦物經歷了復雜的分離結晶、同化混染等后期巖漿作用, 致使其地球化學組成在反映原始巖漿的性質及演化過程中存在局限[33-36]。為此, 本文利用火山巖斜長石斑晶中的熔體包裹體作為研究對象, 基于熔體包裹體均一溫度探討沖繩海槽的巖漿演化過程。

熔體包裹體(又稱巖漿包裹體)是指在巖漿演化過程中, 各種礦物在其結晶生長時所捕獲的微量天然巖漿珠滴, 隨著寄主礦物冷卻, 它們或淬火凝結成玻璃, 或進一步結晶析出硅酸鹽子礦物、金屬相和流體相[37-40]。由于熔體包裹體在被捕獲之后保持相對獨立的演化過程, 不受巖漿混合、結晶分異和同化混染等巖漿后期演化過程的影響, 所以熔體包裹體中保留相對完整的原始巖漿的信息, 為探討巖漿的性質和演化過程提供了更為可靠的研究對象[33-34, 36, 41-42]。包裹體測溫是目前包裹體研究的一個主要內容, 而均一法測溫是較為直觀可信的方法之一[43]。包裹體的均一溫度是在假設包裹體被捕獲之后處于封閉體系的前提下, 達到完全均一化狀態(tài)時的溫度, 此溫度為其捕獲時的最低溫度, 也代表寄主礦物的最低結晶溫度[43-45]。因此, 研究熔體包裹體的均一溫度, 有助于更好的了解包裹體的形成條件, 以及巖漿階段礦物的結晶溫度, 可用于指示礦物的結晶生長條件及巖漿的演化過程[36, 40, 46-47]。

沖繩海槽西南部目前正處于早期擴張階段[48], 發(fā)育的火山巖以英安巖和流紋巖為主, 且斜長石為該類火山巖的主要斑晶礦物[1, 4, 48-49]。前人通過研究該區(qū)酸性火山巖中斜長石的化學成分, 認為該區(qū)的酸性巖漿房內存在著復雜的巖漿混合過程[1-3, 7]。此前大多研究是從礦物地球化學特征的角度來研究沖繩海槽巖漿的性質及演化過程, 而通過研究礦物中熔體包裹體形成時的溫度, 進而探究巖漿的演化過程[30, 43-44]的工作目前在沖繩海槽依然較少。本文擬通過研究沖繩海槽西南部安山巖和流紋巖中斜長石熔體包裹體的均一溫度, 結合斜長石的環(huán)帶結構及化學成分特征, 以期進一步探討該區(qū)淺部巖漿房內的巖漿演化過程。

1 地質背景

沖繩海槽位于西太平洋大陸邊緣, 是由菲律賓海板塊俯沖到歐亞板塊之下形成的一個尚處于弧后擴張早期的年輕弧后盆地[17, 26, 28, 50-51]。作為一個典型的弧后盆地, 沖繩海槽和琉球島弧以及琉球海溝共同構成了一個完整的溝-弧-盆體系[28], 并且發(fā)育大量的海底火山活動與熱液活動, 有很高的熱流值[31, 51]。沖繩海槽以吐喀喇斷裂(130°E)和宮古斷裂(127°E)為界分割成北、中、南三段[18, 51], 這三段的構造活動階段以及火山巖類型有很大差異, 北部目前正在經歷地殼的擴張, 主要分布流紋巖、英安巖等酸性火山巖[20]; 中部正在經歷擴張裂谷階段, 火山活動較發(fā)育, 主要分布流紋巖、英安巖、安山巖及玄武巖[19, 20, 26], 此外, 中部的巖漿活動還表現(xiàn)出隨時間從酸性向基性演化的趨勢[29]; 南部處于初步擴張的階段, 火山巖主要以偏基性的巖石為主, 分布玄武巖和玄武質安山巖[20, 26], 最南端主要分布英安巖和流紋巖[49, 52-53]。沖繩海槽地殼厚度從北部(30 km)向南部(約10 km)遞減[1, 48, 54]。然而沖繩海槽西南端為第四紀形成的胚胎裂谷帶, 其陸殼厚度(25～30 km)沒有明顯減薄, 并且該地區(qū)的酸性巖漿通常被認為具有顯著的地殼混染特征[1, 4, 7, 16, 48-49]。

2 樣品及其巖相學特征

研究樣品是“科學”號于2016年執(zhí)行HOBAB4航次, 在沖繩海槽西南部通過電視抓斗獲得的兩塊位置相近的火山巖, 樣品棱角分明, 磨圓度較低(圖1a、c), 因此判斷兩塊火山巖樣品均為原位基巖, 站位信息見表1。其中, R10-H3為灰白色流紋質浮巖, 富斑晶礦物, 斑晶礦物主要為斜長石(20%)、輝石(15%)和角閃石(5%)(圖1a、圖1b); R11-H1為灰黑色安山巖, 富斑晶礦物, 斑晶礦物包括斜長石(25%)、輝石(10%)和Fe-Ti氧化物(<1%)(圖1c、圖1d)。流紋巖(R10-H3)、安山巖(R11-H1)中的主要礦物均為自形?半自形的斜長石, 大小為80～1 000 μm。

流紋巖(R10-H3)、安山巖(R11-H1)斜長石礦物中存在大量熔體包裹體(圖2), 主要為玻璃質熔體包裹體(圖2a), 大小為2～70 μm不等。此外, 還含有少量含子晶玻璃質熔體包裹體(圖2b)以及少量流體?熔體包裹體(圖2c), 流體相的存在說明巖漿熔體比較富集揮發(fā)分[43, 55-57], 流體相部分的大小為3～10 μm。

3 分析方法

3.1 全巖主量元素分析

全巖(R10-H3、R11-H1)主量元素的分析測試是在中國科學院地質與地球物理研究所使用順序式X射線熒光光譜儀(XRF-1500)完成。首先, 將樣品和助熔劑(Li2B4O7-LiNO3)于105 ℃烘箱烘干2 h, 冷卻至室溫后稱取0.6 g粉末樣品置于已恒重的小瓷坩堝并放入馬弗爐內1 000 ℃下灼燒1 h, 然后冷卻30 min稱重并計算燒失量(LOI), 隨后用瑪瑙研缽將樣品研磨至200目后倒入6 g助熔劑混合均勻。將樣品全部轉移至鉑金坩堝, 加入4～5滴0.12 g/mL NH4Br, 并在通風櫥和丙烷氣體環(huán)境下將鉑金坩堝置于熔樣機上進行溶解制備樣品玻璃片。最后, 利用X射線熒光光譜儀進行主量元素測試, 測試分析相對標準偏差(RSD%)為0.1%～1%。

圖1 沖繩海槽西南部流紋巖(a)和安山巖(c)樣品照片及主要礦物透射光顯微照片(b、d)

表1 沖繩海槽西南部火山巖樣品的取樣站位信息

3.2 均一溫度分析

首先, 在南京宏創(chuàng)地質勘察技術服務有限公司將全巖(R10-H3、R11-H1)磨制成200 μm厚的兩面拋光的包裹體片。然后在偏光顯微鏡(Axio Scope.A1)下完成包裹體的巖相學觀察和拍照, 隨后挑選并標記完整、原生且較大的包裹體, 來進行后續(xù)均一溫度的分析測試。

包裹體的均一溫度測試實驗是在中國科學院海洋研究所海洋地質與環(huán)境重點實驗室利用Linkam- TS1400XY顯微冷熱臺進行。首先, 將磨制的包裹體片浸泡在無水乙醇中24 h, 去除樹脂膠。之后, 再使用鑷子與小刀將包裹體片碎成小塊, 這個過程中要盡量注意保持礦物的完整性, 尤其是前期標記的包裹體所在的礦物。然后, 將破碎后的礦物片放在顯微冷熱臺的藍寶石片上進行均一溫度的測試。實驗過程中升溫速率設置如下: 溫度小于500 ℃時, 設置為30 ℃/min; 在500～800 ℃過程中, 設置為20 ℃/min; 在800～1 000 ℃過程中, 設置為10 ℃/min, 并且每升溫50 ℃, 恒溫15 min; 在1 000～1 250 ℃過程中, 設置為2～5 ℃/min, 并且每升溫50 ℃恒溫30 min。

3.3 斜長石礦物組成分析

對2塊樣品(R10-H3、R11-H1)中斜長石礦物的組成分析在中國科學院海洋研究所海洋地質與環(huán)境重點實驗室使用VEGA3 TESCAN掃描電鏡結合Oxford EDS牛津X射線能譜儀(英國)上進行。掃描電鏡儀器使用20 kV高壓, 發(fā)射電流1.4～1.9 nA, 工作距離15 mm。X射線能譜儀使用20 kV激發(fā)電壓, 斜長石成分定量分析使用石英, 歪長石和黃鐵礦作標樣。

圖2 沖繩海槽西南部火山巖斜長石中不同類型熔體包裹體

4 結果

沖繩海槽西南部全巖樣品(R10-H3、R11-H1)主量元素數(shù)據(jù)列于表2, 斜長石中熔體包裹體的均一溫度測試數(shù)據(jù)列于表3, 斜長石的掃描電鏡及X射線能譜點分析及線掃描數(shù)據(jù)列于表4。

表2 沖繩海槽西南部火山巖全巖主量元素

注：“wt. %”表示質量百分比, 下同。

4.1 全巖地球化學特征

沖繩海槽西南部流紋巖(R10-H3)與安山巖(R11- H1)相比具有較低的CaO(2.26 wt.%)、MgO(0.4 wt.%)和TFe2O3(1.96 wt.%)含量, 較高的SiO2(72.3 wt.%)、Na2O(3.92 wt.%)和K2O(3.02 wt.%)含量。根據(jù)沖繩海槽西南部火山巖的全巖主量元素數(shù)據(jù)(表1)繪制了巖石分類圖解(圖3)。從硅堿圖(圖3a)中可以看出兩塊樣品均落在鈣堿性序列區(qū)域(SiO2: 57.86 wt.%、72.3 wt.%, Na2O+K2O: 3.83 wt.%、6.94 wt.%)。從硅鉀圖(圖3b)中可以看出兩塊樣品均落在中鉀區(qū)域(SiO2: 57.86 wt.%、72.3 wt.%, K2O: 1.24 wt.%、3.02 wt.%)。兩塊火山巖全巖地球化學特征均與沖繩海槽南部地區(qū)前人已發(fā)表的酸性與中性火山巖數(shù)據(jù)特征一致[4, 58]。

4.2 均一溫度特征

在沖繩海槽西南部火山巖斜長石內熔體包裹體的均一實驗過程中, 出現(xiàn)了以下三種情況: 第一種情況是隨著溫度的增加, 熔體包裹體中的氣泡不斷擴大或縮小, 最終達到均一的狀態(tài)(如圖4a), 此時的溫度即均一溫度。第二種情況是隨著溫度的增加, 氣泡也在不斷擴大或縮小, 但是在達到1 200 ℃的高溫, 并恒溫30 min后仍不能達到均一的狀態(tài)(如圖4b), 可能是因為熔體包裹體內的玻璃質熔體粘稠度較高, 致使其在恒溫時間有限的情況下不能達到完全均一的狀態(tài)。雖然推測如果加熱時間夠久, 熔體包裹體最終可以達到均一狀態(tài), 但是考慮到持續(xù)的高溫會對儀器造成損傷, 所以實際操作過程中沒有對熔體包裹體進行持久的加溫恒溫, 這部分的熔體包裹體均一溫度計為>1 200 ℃或者>1 250 ℃。第三種情況是隨著溫度的增加, 包裹體的氣泡形態(tài)始終不發(fā)生變化(圖4c), 這種情況可能是因為熔體包裹體已經被破壞, 導致氣泡中的成分泄露缺失, 這部分熔體包裹體沒有獲得均一溫度數(shù)據(jù)。

表3 沖繩海槽西南部火山巖斜長石中熔體包裹體的均一溫度數(shù)據(jù)

表4 沖繩海槽西南部火山巖中斜長石斑晶的X射線能譜點分析

注：An=摩爾Ca/(Ca+Na+K)×100

圖3 沖繩海槽西南部巖石分類圖解

注: (a)樣品硅堿圖解[(Na2O+K2O) (wt.%) vs SiO2(wt.%)][59]。堿性與鈣堿性序列的邊界線數(shù)據(jù)引自Irvine和Baragar[60]。(b)樣品的硅鉀圖解[K2O (wt.%) vs SiO2(wt.%)][61]。

圖4 沖繩海槽西南部火山巖斜長石中熔體包裹體均一過程相態(tài)變化圖

根據(jù)獲得的沖繩海槽西南部火山巖斜長石中熔體包裹體的均一溫度測量數(shù)據(jù)(表3)繪制了均一溫度頻數(shù)直方圖(圖5), 從圖5中可以看出流紋巖(R10-H3)有3個較明顯的均一溫度峰值段: 500～ 600 ℃、900～1 000 ℃和1 150～1 200 ℃。結合偏光顯微鏡下對熔體包裹體的分布及形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn), 在500～600 ℃低溫段均一的熔體包裹體大多分布在礦物裂隙附近, 且形狀不規(guī)則, 所以判斷其為次生熔體包裹體[43]。因此, 流紋巖(R10-H3)斜長石中原生熔體包裹體的均一溫度呈現(xiàn)“雙峰”式特征, 且相對較低的均一溫度峰值段900～1 000 ℃的平均溫度為959 ℃, 較高的均一溫度峰值段1 150～1 200 ℃的平均溫度為1 197.5 ℃。更為重要的是這種“雙峰式”均一溫度特征出現(xiàn)在流紋巖(R10-H3)中同一個斜長石的熔體包裹體里, 且位于斜長石核部的熔體包裹體均一溫度一般比邊部的高。安山巖(R11-H1)斜長石中熔體包裹體的均一溫度整體都落在大于1 050 ℃的高溫均一溫度區(qū)域(圖5), 且從1 050～1 200 ℃均有分布, 1 050～1 200 ℃均一溫度段的平均值為1 142 ℃。在900～1 000 ℃較低溫度段均一的包裹體個數(shù)較少, 僅測到3個。

圖5 沖繩海槽西南部火山巖斜長石中熔體包裹體均一溫度頻數(shù)圖

注: 圖中雙峰擬合曲線根據(jù)R10-H3斜長石熔體包裹體的兩個均一溫度峰值段的平均溫度繪制

4.3 斜長石礦物組成特征

利用掃描電鏡結合X射線能譜儀對沖繩海槽西南部流紋巖(R10-H3)和安山巖(R11-H1)中斜長石的組成特征進行分析。從點分析結果(表4)和斜長石的An值頻數(shù)分布圖(圖6)中可以看出流紋巖(R10-H3)中斜長石的成分變化非常大, An值范圍為53～86 (An=摩爾Ca/(Ca+Na+K)×100), 并且呈“雙峰”式分布; 安山巖(R11-H1)中斜長石的成分變化也很大, An值范圍為53～95, 但是“雙峰”特征不明顯, 多數(shù)為高An值。從圖7a中可以看出流紋巖(R10-H3)中斜長石有明顯的明暗環(huán)帶結構, 且亮灰白色部分面積小于暗灰色部分面積。從相應的元素線掃描結果上(圖7b)也可以看出Ca元素含量變化較大, 結合點分析(表4)發(fā)現(xiàn)BSE圖中斜長石亮灰白色部分An高(63～86), 說明這部分斜長石偏基性, 且一般位于斜長石核部; 暗灰色部分An低(53～59), 說明這部分斜長石偏酸性, 一般位于斜長石邊部。安山巖(R11-H1)中斜長石也有明暗環(huán)帶結構(圖7c), 但是不明顯, Ca元素含量變化不大(圖7d), 只有邊部一小部分呈暗灰色(An=53～59), 其余大部分為高An(61～95)的亮灰白色。

圖6 沖繩海槽西南部火山巖中斜長石An值頻數(shù)分布圖

圖7 沖繩海槽西南部火山巖中斜長石斑晶的BSE(背散射)照片以及對應的線掃描Ca含量計數(shù)圖

5 討論

5.1 均一溫度對斜長石不同結晶階段的指示

此前, 有研究利用礦物-熔體溫度計公式[62]來計算沖繩海槽地區(qū)火山巖中斑晶礦物的結晶溫度, 從而了解巖漿演化過程中礦物結晶的溫度變化情況[1, 7, 15, 63]。通過礦物溫度計公式計算得到沖繩海槽中部流紋巖中正環(huán)帶斜長石的結晶溫度為895± 2 ℃, 反環(huán)帶斜長石低Ca元素含量核部的結晶溫度為876± 3 ℃; 安山巖(R11-H1)中高Ca元素含量斜長石的結晶溫度為1 102±2 ℃, 低Ca元素含量斜長石的結晶溫度為897±7 ℃[60]。然而礦物溫度計的不足之處在于其是根據(jù)經驗公式, 并且基于礦物-熔體平衡狀態(tài)推導計算得到的溫度數(shù)據(jù), 往往誤差較大, 難以精確代表真實的礦物結晶溫度[15, 59, 64-65]。因此, 與礦物溫度計方法相比, 礦物中熔體包裹體的均一溫度測試為估計巖漿體系演化過程中不同階段礦物的結晶溫度提供了更加直觀準確的數(shù)據(jù), 但前提是所測熔體包裹體為完整無損的原生包裹體, 并且被捕獲后的主晶成分保持不變[38, 40, 66]。因此, 我們根據(jù)測得的流紋巖(R10-H3)和安山巖(R11-H1)斜長石中原生熔體包裹體的均一溫度數(shù)據(jù)探討了中酸性火山巖中斜長石的不同結晶階段。

從圖5中可以看出, 安山巖(R11-H1)斜長石中熔體包裹體的均一溫度大多落在大于1 050 ℃的高溫區(qū)域, 并且呈現(xiàn)出從1 200 ℃到1 050 ℃連續(xù)降溫的趨勢, 此外, 還有少量熔體包裹體在較低溫度發(fā)生均一(900～1 000 ℃), 說明安山巖(R11-H1)中的斜長石主要結晶階段為>1 050 ℃的高溫環(huán)境, 也有一小部分斜長石在較低溫度(900～1 000 ℃)下發(fā)生了結晶[30, 67]。結合BSE圖像和成分分析(圖7c、圖7d, 表4)可以看出安山巖(R11-H1)中斜長石幾乎全部為高An值(61～95), 只有邊部一小部分為低An值(53～59), 而且高An值部分形狀規(guī)則, 與低An值部分形狀一致, 說明斜長石并未受到溶蝕[68-70], 而是經歷了正常的結晶生長過程, 邊部的低An值部分是由于結晶后期巖漿快速冷凝而形成[71], 這表明安山巖(R11-H1)中斜長石主要在大于1 050 ℃的高溫階段結晶。

流紋巖(R10-H3)斜長石中的熔體包裹體呈現(xiàn)明顯的“雙峰”式均一溫度特征(圖5), 而且這種“雙峰”式均一溫度特征出現(xiàn)在同一個斜長石的不同部位的熔體包裹體中, 即核部為高溫均一(1 150～1200 ℃,平均溫度1 197.5 ℃)的熔體包裹體, 邊部為較低溫度均一(900～1 000 ℃, 平均溫度959 ℃)的熔體包裹體。結合BSE圖像和成分分析(圖7a、圖7b, 表4)也可以看出斜長石有明顯的明暗環(huán)帶結構, 核部為高An值(63～86), 邊部為低An值(53～59), 與熔體包裹體“雙峰”式均一溫度特征相對應, 表明流紋巖(R10-H3)中的斜長石有兩個明顯不同的結晶階段, 早期高溫環(huán)境形成偏基性高An值的核部, 然后再在較低溫環(huán)境形成酸性低An值的邊部[72-73]。

5.2 “雙峰”式均一溫度對巖漿演化的指示

對于沖繩海槽西南部流紋巖(R10-H3)中斜長石的熔體包裹體呈現(xiàn)“雙峰”式均一溫度特征, 前人[30]通過對沖繩海槽中部浮巖中斜長石的熔體包裹體進行均一法測溫也發(fā)現(xiàn)其存在“雙峰式”均一溫度的特征, 并認為是酸性巖漿在上升過程中攜帶了早期形成的基性斜長石[30, 67], 但是這個原因無法解釋本文流紋巖樣品中有些斜長石里既有高均一溫度的熔體包裹體又有較低均一溫度的熔體包裹體存在的現(xiàn)象, 并且從斜長石的BSE圖以及相應的成分分析(圖7a、圖7b, 表4)中也可以看出同一斜長石中存在兩種差異較大的An值(53～59, 63～86)。因此, 我們認為可能是不同期次的巖漿混合作用造成的流紋巖(R10-H3)中斜長石熔體包裹體的“雙峰”式均一溫度特征[1, 4, 15-16, 74, 76]。高An值斜長石中發(fā)育較高均一溫度的熔體包裹體, 其對應的巖漿房溫度為1 150～1 200 ℃, 低An值斜長石中發(fā)育較低均一溫度的熔體包裹體, 其對應的巖漿房溫度為 900～1 000 ℃。

由此可見, 沖繩海槽西南部地區(qū)的巖漿后期演化過程較為復雜, 根據(jù)本文對流紋巖斜長石中熔體包裹體的“雙峰”式均一溫度特征研究, 結合前人對該地區(qū)的巖石礦物地球化學特征研究結果, 認為沖繩海槽西南地區(qū)下部巖漿房內發(fā)育復雜的巖漿混合作用?；詭r漿攜帶早期形成的高An斜長石向上運移, 注入淺部巖漿房內并與其發(fā)育的酸性巖漿發(fā)生混合[1, 4, 15-16, 74-78], 偏基性的斜長石在進入淺部巖漿房(發(fā)育酸性巖漿)后被重新吸收形成高An的核部并繼續(xù)生長形成低An的邊部[1, 79-80]。

6 結論

本文通過研究沖繩海槽西南部的安山巖(R11- H1)和流紋巖(R10-H3)中斜長石的熔體包裹體的相態(tài)分布特征、均一溫度以及寄主礦物斜長石的環(huán)帶結構和組成成分特征, 為認識該地區(qū)的巖漿演化過程提供了新的視角, 獲得以下結論:

1) 安山巖(R11-H1)和流紋巖(R10-H3)中斜長石發(fā)育大量玻璃質熔體包裹體, 安山巖(R11-H1)斜長石中的熔體包裹體均一溫度主要落在高溫區(qū)域, 僅有少數(shù)熔體包裹體的均一溫度較低, 與其斜長石的An值變化特征一致, 即大部分安山巖(R11-H1)中斜長石的An值較高, 只有一小部分的斜長石其邊部的An值較低, 說明該安山巖(R11-H1)中的斜長石主要是在高溫階段結晶。流紋巖(R10-H3)斜長石中的熔體包裹體有兩個明顯不同的均一溫度峰值段, 呈“雙峰”式均一溫度特征, 且流紋巖(R10-H3)中斜長石的核部和邊部有差異較大的兩種An值, 說明該流紋巖(R10-H3)中斜長石經歷了兩個不同的結晶階段。

2) 流紋巖(R10-H3)中斜長石的熔體包裹體呈現(xiàn)“雙峰”式均一溫度特征是由于不同期次的巖漿在噴發(fā)之前發(fā)生了混合作用。基性巖漿攜帶早期在高溫環(huán)境形成的具高An值的偏基性斜長石向上運移, 注入淺部巖漿房, 兩者發(fā)生混合作用, 偏基性的斜長石在進入淺部巖漿房后被重新吸收形成具高An值的核部, 然后繼續(xù)結晶生長, 在相對低溫的環(huán)境形成具低An值的邊部。由此可見, 沖繩海槽西南部淺部巖漿房內存在復雜的巖漿混合作用。

致謝: 感謝2016年HOBAB4航次“科學”號以及采集樣品人員為本次研究提供寶貴的火山巖樣品, 感謝中國科學院地質與地球物理研究所巖礦制樣與分析實驗室的張丹萍實驗師與薛丁帥工程師協(xié)助完成XRF測試分析實驗, 感謝南京宏創(chuàng)地質勘察技術服務有限公司為我們制備本次研究樣品的薄片, 感謝中國石油大學地球科學與技術學院陳勇教授與馮艷偉博士為本文包裹體的相態(tài)特征鑒定及成分分析提供建議。

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Homogeneous temperature study of melt inclusions in volcanic rocks from the southwestern Okinawa Trough: Insights into magma mixing processes

LI Xue-li1, 2, 3, ZENG Zhi-gang1, 2, 3, LI Xiao-hui1, 3, 4, CHEN Zu-xing1, 3, 4, ZHANG Yu-xiang1, 3, 4, QI Hai-yan1, 2, 4

(1. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Laboratory for Marine Mineral Resources, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266071, China; 4. Center for Ocean-Mega Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)

A large number of vitreous melt inclusions are developed in plagioclase phenocrysts of rhyolite and andesite from the southwestern Okinawa Trough. The homogeneous temperature of the melt inclusions in plagioclase phenocrysts of andesite is higher (1 050～1 200 ℃), while that of rhyolite has two distinct peaks (900～1000 ℃ and 1 150～1 200 ℃), depicting a “double-peak” homogeneous temperature characteristic. The zonal structure and An value variation characteristics of plagioclase phenocrysts in rhyolite and andesite are consistent with the homogeneous temperature characteristics of the melt inclusions, indicating that plagioclase phenocrysts in andesite mainly crystallize in the high temperature stage, whereas in rhyolite they crystallize in two different stages. Combining the zonal structure of rhyolite plagioclase with the two different An value characteristics, the author believes that the “double-peak” homogeneous temperature characteristics of the melt inclusions indicate that different magmas were mixed in this area. The deeper magma carries the basic plagioclase phenocrysts crystallized in the early high temperature stage (1 150～1 200 ℃), migrates upwards, and is injected into the shallow lower temperature acidic magma chamber (900～1 000 ℃). The basic plagioclase phenocrysts are reabsorbed to form the cores (high An) containing higher temperature melt inclusions after entering the acidic magma chamber, then continue crystallizing to grow to form edges (low An) containing lower temperature melt inclusions, signifying that a complex magma mixing process occurs in the shallow magma chamber beneath the southwestern Okinawa Trough.

plagioclase; melt inclusion; homogeneous temperature; magma mixing

Nov. 25, 2020

P736.3

A

1000-3096(2021)11-0082-14

10.11759/hykx20201125001

2020-11-25;

2021-02-20

國家自然科學基金(91958213); 全球變化與海氣相互作用專項(GASI-GEOGE-02); 中國科學院國際合作局對外合作重點項目(133137KYSB20170003); 大洋“十三五”深海資源潛力評估項目(DY135-G2-1-02); 泰山學者工程專項(ts201511061); 國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2013CB429700)

[National Natural Science Foundation of China, No. 91958213; National Program on Global Change and Air-Sea Interaction, No. GASI- GEOGE-02; International Partnership Program of the Chinese Academy of Sciences, No. 133137KYSB20170003; National Special Fund for the 13th Five Year Plan of COMRA, No. DY135-G2-1-02; Special Fund for the Taishan Scholar Program of Shandong Province, No. ts201511061; National Key Basic Research Program of China, No. 2013CB429700]

李雪麗(1996—), 女, 江蘇徐州人, 碩士研究生, 主要從事海底巖石學研究, E-mail: lixueli@qdio.ac.cn; 曾志剛(1968—),通信作者, 男, 研究員, E-mail: zgzeng@qdio.ac.cn

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)