新论文:中国东部深部地幔岩浆-岩浆相互作用研究(曾罡,JGR)
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近年来,研究认为在地幔深度发生的岩浆与岩浆之间的相互作用过程能够作为解释板内玄武岩组成不均一性的机制之一(Herzberg, 2011)。然而,迄今为止并没有十分有力的地球化学证据支持这一模式。本次研究选择中国东南部福建龙海地区的小规模溢流玄武岩作为研究对象,通过元素和同位素地球化学研究,解释了在地幔深度碱性玄武质岩浆和拉斑质岩浆之间的相互作用过程。龙海玄武岩主要由拉斑玄武岩组成,含少量碱性玄武岩,SiO2含量变化相对较小(49.0–52.8 wt.%),但全碱含量显著变化(K2O + Na2O = 2.3–6.4 wt.%)。依据玄武岩的演化程度,我们将其划分为低钛(演化程度低,TiO2/MgO < 0.25,为拉斑玄武岩)和高钛(演化程度高,TiO2/MgO > 0.25,主要为碱性玄武岩,含少量拉斑玄武岩)两类玄武岩。对低钛玄武岩的原始岩浆计算发现,其具有低的CaO含量和高的FeO/MnO比值,并且相图上落在了4GPa下与斜方辉石、单斜辉石和石榴子石相平衡的区域,暗示其源区主要岩性为辉石岩。但是,这些玄武岩的Sm/Yb比与Ti/Gd、Zr/Hf比之间呈现很好的线性关系,暗示低钛玄武岩源区经历了两端元混合过程。另一端元具有低的Ti/Gd比和高的Zr/Hf比,表明其源区经历过碳酸盐化。高钛玄武岩具有与低钛玄武岩几乎一致的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成,暗示他们具有相似的成因。但是,随着高钛玄武岩Sm/Yb比值的增加,其表现出显著的石榴子石效应。这一组成特征,以及其稀土元素的交叉配分特征,可以用单斜辉石和石榴子石的分离结晶来解释。而高钛玄武岩在相图上同样落在了石榴子石—辉石区域,也支持其曾经与石榴子石和单斜辉石相平衡。由于石榴子石的分离结晶通常深度大于70 km,要大于研究区的岩石圈厚度,因此 该分离结晶过程应该发生在软流圈。而硅饱和的拉斑质岩浆(起源自辉石岩)与硅不饱和的碱性岩浆(起源自碳酸盐组分)在地幔深部相遇,就能够诱发该分离结晶作用:

富硅拉斑质岩浆 + 贫硅碱性岩浆 → 富硅碱性岩浆 + 石榴子石 + 单斜辉石

基于上述观察,我们提出拉斑质岩浆与碱性岩浆之间的相互作用及其伴随的深部岩浆演化过程形成了我们观察到的两类玄武岩。相关论文“Magma-magma interaction in the mantle beneath eastern China”近期发表在Journal of Geophysical Research: Solid Earth (JGR) (122, doi:10.1002/2017JB014023)上。

福建龙海地区玄武岩的Ti/Gd-Sm/Yb协变图解及其反映的岩浆混合关系