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四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 摘要 四国海盆一帕里西维拉海盆和冲绳海槽是西北太平洋沿岸典型的扩张型弧后盆地， 也是我们深入研究板块运动和壳幔物质循环的理想地区。 本文对采自四国海盆一帕里西维拉海盆和冲绳海槽的共8 个浮岩样品进行了岩石地 球化学初步研究，结果表明：样品的s i o 。含量处于5 5 2 6 , - - - 6 9 5 8 之间，为中、酸性火 山岩；n a 。o + k 。0 含量为5 4 5 9 6 - - 1 0 3 9 ，属于钙碱性系列。样品具有斑状结构，斑晶矿物 主要为斜长石、单斜辉石，基质为隐晶质或玻璃质。 从微量元素组成来看，样品的微量元素配分图式表现出明显的岛弧特征。稀土配分 型式呈现右倾图式，l a n = 4 4 8 4 - - - - 2 0 6 6 1 ，( l a y b ) n = 1 5 9 1 0 6 7 ，轻稀土元素富集，轻 重稀土比值高；而h f s e 保留了原始的玄武质岩浆的特征；稀土元素配分图上明显的e u 负异常，表明岩浆经历了一定程度的结晶分异：c e 负异常表明岩浆受到了海水或俯冲 组分的影响；t a 、s r 亏损表明样品具有岛弧特征。 综合四国一帕里西维拉海盆和冲绳海槽的浮岩样品的岩石地球化学研究成果发现， 样品的岩浆形成于俯冲带下伏板块的俯冲熔融、并在熔融过程中受到俯冲组分的影响从 而表现出明显的岛弧特征。 关键词：浮岩：四国一帕里西维拉海盆：冲绳海槽：弧后盆地 t h es t u d yo fp e t r o l o g i c a lg e o c h e m i s t r yo fp u m i c ef r o mt h e s h i k o k u p a r e c ev e l ab a s i n a b s t r a c t t h es h i k o k u - p a r e c ev e l ab a s i na n do k i n a w at r o u g hl y i n go nt h ew e s tp a c i f i ca r e t y p i c a le x t e n s i o nb a c k - a r cb a s i n sw h i c ha r ei d e a lf o rt h er e s e a r c h i n go fp l a t et e c t o n i c sa n d a s t h e n o s p h e r ec o n v e c t i n g i nt h i st h e s i s ，8p u m i c es a m p l e sf r o mt h es t u d ya r e a sa r ee x a m i n e db yp e t r o l o g y g e o c h e m i s t r ym e t h o d sa n dt h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h ep u m i c ea r et a l c - a l k a l i cs e r i e sw i t ht h e s i 0 2o fa b o u t5 5 2 6 6 9 5 8 a n dn a 2 0 + k 2 0o fa b o u t5 4 5 - - 。10 3 9 ；t h em i n e r a l si n t h ec r y s t a lo fp u m i c ea r ep l a g i o c l a s ea n dc l i n o p y r o x e n ew i t ha p h a n i t i c - v i t r i cm a t r i x t h es p i d e rd i a g r a mo ft r a c ee l e m e n t sd a ms h o w st h et y p i c a li s l a n da r cp a t t e r n t h e r e ed i a g r a ms h o w saf i g h t - l e a n e dp a t t e r nw i t hl a n = 4 4 8 4 - - - 2 0 6 6 1 ，( l a y b ) = 1 5 9 1o 6 7 ，p u m i c e sf r o mb o t ht h et w or e s e a r c h i n ga r e a sa r ee n r i c h e di nl i l ea n dl r e e ，w h i l e h f s ek e e p si t si n i t i a lp a t t e mo fb a s a l t i cl a v a t h en e g a t i v ee ua n o m a l yi n d i c a t e st h a tt h e l a v ah a st h ep r o c e s so fc r y s t a l l i z a t i o n ；t h ec ea n o m a l yi n d i c a t e st h el a v ah a sb e e ne f f e c t e d b ys u b d u c t i o nc o m p o s i t i o no ro c e a nw a t e r t h en e g a t i v et a 、s ra n o m a l ya l s oi n d i c a t et h e i s l a n da r cp a t t e m t h ep e t r o l o g i c a lg e o c h e m i s t r ys t u d yo fp u m i c es a m p l e sf r o mb o t ht h es h i k o k u p a r e c e v e l ab a s i na n dt h eo k i n a w at r o u g hp r o v e st h a tt h el a v ao fp u m i c e sc o m i n gf r o mt h e e x t e n s i o nb a c k - a r cb a s i n si sf o r m e db yt h em e l t i n go fs u b d u c t i n gp l a t ea n de f f e e t e db yt h e s u b d u c t i o nc o m p o s i t i o nb e f o r ei t sb r e a k i n go u t s ot h el a v ae x p r e s s e st h ep r o p e r t yo fb o t h i s l a n da r ep a t t e mo nb o t ht h es p i d e rd i a g r a ma n dr e ed i a g r a m k e yw o r d s ：p u m i c e ；s h i k o k u p a r e c ev e l ab a s i n ；o k i n a w at r o u g h ；b a c k - a r eb a s i n 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 逵；垫逡直墓丝簧塞挂剔直明数：奎拦互窒或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：粼 签字日期捌年月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：导师签字： 、，| 晶l 多红 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 第一章绪论 1 1 浮岩的概念与形成方式 浮岩是质轻、多孔的火山喷出岩，由火山玻璃、矿物和气泡所组成，一般为 浅灰白色，也有黑色。通常由爆炸性的火山喷发形成。浮岩的s i 0 2 含量一般高 于5 5 ，属于中酸性火山岩。岩浆为流纹质或粗面质。 在大洋中，岩浆本质上是不爆发的j 但在浅水喷发的情况下，岩浆和海水接 触时就成为爆炸性的喷发。这常形成玻璃质火山碎屑岩，这些岩石是高度破碎的 火山岩。同时，岩浆遇水迅速降温，并与水作用产生大量气泡，被岩浆捕获从而 形成浮岩中的气泡。气泡约占岩石总体积的7 0 以上，气泡间只有极薄的火山玻 璃和矿物，因而可以浮于水面之上，被称作浮岩。当浮岩吸附了足够的水后，由 于比重的增加可以下沉到海底。下沉的速度取决于岩石本身的大小、密度、孔隙 度及气孔的连通性 w h i t h a ma n ds p a r k s ，1 9 s 6 1 。 随着水深的增大( 大于3 0 0 m ) ，水柱的重量足以压住所有爆炸性的水一岩相 互作用。因此，在深度约大于3 0 0 米的海底，熔岩喷发就非常安静。由于水具有 高的热传导性和热容，水下喷发的熔岩冷却也比较快 j ，肯奈特 ，岩浆喷发时 释放的气体将被迅速俘获并在凝固过程中进入冷却的岩浆，形成浮岩的气孔。姚 祖雷( 1 9 9 0 ) 认为浮岩与火山碎屑岩的区别是：前者为晶屑和岩浆喷发到水中与 水气混合再沉积形成的，而后者是岩屑喷发到空气或水中再沉积形成的。 浮岩是岩浆喷发的直接产物，喷发地点一般为火山、大洋中脊和弧后盆地张 裂带。它的化学组成代表了岩浆的成份，因而通过测定浮岩的矿物组成、元素含 量，可以了解岩浆的物质组成，分析岩浆源区，进而发现火山活动与洋壳运动过 程 赵广涛等，2 0 0 1 。 本文研究的浮岩为取自四国海盆一帕里西维拉海盆( 取样位置沿九州一帛琉 海脊反“s ”型突起东侧分布) 和冲绳海槽中、南部的弧后盆地的浮岩。 1 2 弧后盆地浮岩的岩石地球化学研究现状和存在的问题 1 2 1 研究现状 ( 一) 弧后盆地浮岩的调查研究主要集中在冲绳海槽。冲绳海槽位于中国东 海与琉球岛弧之间，为欧亚板块与菲律宾板块之间的过渡区域。( 秦蕴珊等，1 9 8 7 ， 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 1 9 8 8 ) ：冲绳海槽地质调查队( 1 9 8 2 ) 对冲绳海槽的浮岩的研究做了大量的工作。目 前，冲绳海槽的浮岩研究已经相当详细。 孙嘉诗等( 1 9 8 2 ) 、翟世奎( 1 9 8 6 ) ，提出在冲绳海槽内分布最广泛的火山岩 不是玄武岩，而是s i 0 2 含量达到7 0 左右的酸性浮岩。 同时期，秦蕴珊、翟世奎、陈丽容等对冲绳海槽的浮岩进行了详细的研究。 研究内容涉及浮岩的微量元素丰度与地质意义，同位素特征及年代测定，矿物结 晶及包裹体的温、压测定等方面。 刘崇宝( 1 9 8 9 ) 首次对酸性浮岩中的中、基性包裹体进行了研究，揭示了酸 性浮岩下部有相当面积的玄武岩及安山岩存在的事实。首次提出海槽浮岩具有从 基性到酸性较完整的火山活动旋回的认识。提出冲绳海槽浮岩属于岛弧火山岩的 观点。 姚祖雷( 1 9 9 0 ) 在西北太平洋浮岩特征与成因中提出，浮岩类岩石没有变质 作用，在成因上与火山碎屑岩有很多相似之处，是由炽热的岩浆喷发到水中与汽 化了的海水充分混合之后再沉积形成的。( 注：调查区位于西北太平洋西菲律宾 海盆的北部( 2 4 0 n - - - 2 5 0 n ，1 2 8 。3 0 7 e - - - 1 2 9 。3 0 e ) ，介于琉球海沟和冲大 东海岭之间，水深约5k m 。浮岩样品取自2 4 0 2 5 8 n ，12 8 0 5 8 e ，水深4 9 8 5 m 处。它直接出露白海底，很新鲜，是一种很特殊的岩石。) 陈丽蓉等( 1 9 9 3 ) 曾强调浮岩的初始岩浆物质来源于地幔。翟世奎( 1 9 9 4 ) 提 出浮岩岩浆来源于地幔，但经历了结晶分异和地壳物质混染。岩浆活动有自酸性 向基性演化的趋势。随着海槽的进一步扩张，岩浆活动会加剧，冲绳海槽的地壳 正在变薄，海槽地壳将由过渡型向大洋型发展。相对于大洋中脊玄武岩而言，浮 岩相对富集t h 、r b 、b a 、u 、l a 、c e 、s m 等大离子亲石元素，贫f e 、c o 、 c r 等铁族元素，显示出岩浆经历过强烈的分异作用。 翟世奎等( 1 9 9 5 ) 证明在冲绳海槽的确有来自地幔的橄榄拉斑玄武质岩浆活 动。 翟世奎、干晓群( 1 9 9 5 ) 提出冲绳海槽玄武岩的稀土元素分布模式与e 型洋 脊玄武岩的分布模式十分相似，说明岩浆来自于没有经过熔入陆壳组分的原始地 幔，或者来自有俯冲洋壳加入的熔融地幔。 翟世奎等( 1 9 9 7 ) 提出，冲绳海槽地下有双层岩浆房结构并有岩浆通道连接。 来自地幔的拉斑玄武质岩浆在下部地壳中一方面受到地壳物质的混染，一方面早 2 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 期结晶的基性矿物会发生部分熔融，同时还有新的结晶作用。s i 0 2 含量达7 0 左右的酸性浮岩岩浆只能是充分结晶分异作用的产物。并提出了岩浆的四种分异 模式。 于增慧( 2 0 0 1 ) 等系统地分析了冲绳海槽酸性浮岩中玻璃质岩浆包裹体的岩 石化学成分，探讨了包裹体的岩石化学成分特征及其在岩浆起源及结晶演化过程 中的指示意义；指出斑晶结晶时岩浆熔体为钙碱性英安质或流纹质岩浆，是来自 地幔的拉斑玄武质岩浆充分结晶分异作用的产物。包裹体所代表的岩浆具有同源 性，其差异只是反映了岩浆结晶演化的不同阶段或不同矿物结晶期。为进一步详 细研究浮岩岩浆的结晶演化过程提供了最直接的资料；对比冲绳海槽酸性浮岩与 玄武岩等不同岩石类型的岩石地球化学特征，可以证明这些岩石类型之间存在着 同源性与继承性，它们分别是岩浆作用不同阶段的产物；包裹体的成分主要取决 于包裹体所在斑晶矿物的种类与成分。分析中未发现岩石化学性质明显不同的岩 浆包裹体共存的现象，也没有在中酸性矿物中发现基性玻璃质岩浆包裹体，因此 可以推断基本不存在不同性质的岩浆之间的直接混合作用。 以上研究表明，冲绳海槽的浮岩研究已经达到相对成熟的阶段。岩浆的来源、 组分、结晶演化以及浮岩的后期蚀变研究都有了一定的成果。 ( 二) 关于冲绳海槽的地质构造演化，在2 0 世纪8 0 年代早期，金祥龙等 ( 1 9 8 3 ) 就认为冲绳海槽已达到了弧后扩张阶段，开始了大陆地壳向大洋地壳的 转化。 秦蕴珊等( 1 9 8 7 ) 也明确指出冲绳海槽的地壳性质较大陆地壳有了明显改变。 刘光鼎( 1 9 9 2 ) 认为冲绳海槽盆地是由于菲律宾海板块向西俯冲而形成的弧 后扩张盆地，而且南部至今仍在扩展中。 周祖翼等( 2 0 0 1 ) 指出出高热流值，强地震活动、火山活动、张性断层作用 以及快速沉降等特征表明冲绳海槽的演化已经达到了大陆张裂的最高阶段。在其 提出的边缘海盆地的演化旋回中，指出冲绳海槽处于胚胎期，即大陆扩张的最高 阶段和弧后海底扩张的过渡阶段，也可视为维尔逊旋回中连接东非裂谷和红海阶 段的一个重要的中间环节。 由此可见，前人对于冲绳海槽的地质构造演化和浮岩的地球化学特征都做了 较为全面和详细的研究。 ( 三) 对于菲律宾海盆的研究，目前较为完善的成果是建立在大洋钻探基础 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 上的地质构造发展历史。前人对此的研究也是由来己久，自从1 9 6 9 年深海钻探 计划第6 航次首次在西太平洋菲律宾海钻探以来，已有3 1 、5 6 6 0 、8 7 等航次在 西北太平洋沟一弧盆体系进行钻探，其中，第3 1 、5 8 6 0 航次涉及菲律宾海。为 我们理解西太平洋的沟弧盆体系的形成和演化提供了决定性的依据 金性春， 1 9 9 5 】。八十年代海洋出版社翻译出版了菲律宾海地质系统就介绍了当时的 研究成果。 h i l d e ，t w c c s l e e ( 1 9 8 4 ) 认为，西菲律宾海盆地壳年龄相对较老，形成于 距今6 5 - 4 5 m a ，东菲律宾海盆地壳年龄相对年轻( 5 9 ) ，明 显高于m o r b 和a r c ：t i o 。较低，含量接近岛弧玄武岩( w i l s o nm ，1 9 8 9 ) ：a 1 。0 3 略低于m o r b 和a r c ，高于p m ：m g o ，c a o 明显低，n a ：o ，k 。0 含量高 冲绳海槽的浮岩样品表现为s i 0 2 含量高，在5 5 2 6 6 9 4 8 之间：t i o 。同 样明显低于m o r b 和a r c ：a 1 ：0 3 略低；m g o 在s 1 2 3 中略低于m o r b 和a r c ，在$ 9 8 和s 1 9 3 中含量明显低：c a o 的含量明显低；n a 。0 、k 2 0 相对含量高 两处样品对比来看t i 、a 1 、m g 、c a 氧化物含量低，而s i 、n a 、k 含量高。其 中t i 0 2 含量低于l 为典型的岛弧火山岩特征。 4 1 2c i p w 标准矿物分析 c i p w 矿物成分计算结果如表4 - 2 ，数据显示所有样品的斜长石成分以钠长 石为主，其次为正长石，钙长石含量最少。冲绳海槽的浮岩样品没有检测到橄榄 石，四国一帕里西维拉海盆的浮岩样品中只有一个样品( f 1 2 0 6 1 1 ) 可以检测到少 量橄榄石成分。因此，可以推测，岩浆结晶过程开始后，岩浆活动处于一个相对 稳定的时期，橄榄石结晶后由于本身密度大，受重力作用下沉，残留在岩浆房底 部。随着岩浆继续冷凝，斜长石、单斜辉石晶体形成，汇聚在岩浆房上部，随后 被岩浆携带上升而喷出。f 1 2 0 6 1 1 中出现橄榄石成分也是可能的，橄榄石被岩浆 上升从岩浆房底部携带出来。上述过程反映了岩浆冷凝初期存在相对缓慢而稳定 的冷凝过程。斜长石和单斜辉石晶体的演化和喷出增加了浮岩中的s i 0 2 含量， 从而浮岩样品的s i 0 2 含量居于中、酸性火山岩之列( 图4 1 ，图4 - 2 ) 。 4 1 3 基于主要氧化物元素的岩石分类 利用双变量氧化物一氧化物主要元素投影是进行火成岩分类最直接的方法， 图4 - 1 为浮岩样品基于氧化物含量百分比在l em a i t r e 等( 1 9 8 9 ) 的t a s 图上的 投影，在图4 - 1 的岩石定名中，本文的8 个样品的类别包含有粗面岩、流纹岩、 安山岩和英安岩。四国一帕里西维拉海盆的浅色浮岩属于粗面安山岩( f 1 1 0 5 0 9 ) 1 6 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 或粗面岩( f 1 2 0 1 0 5 ，f 1 2 0 6 1 1 ) ；深、黑色浮岩属于英安岩( f 1 1 0 1 0 6 ) 或安山岩 ( f 1 2 0 6 0 7 ) ；冲绳海槽的浮岩中有两个样品属于流纹岩( s 1 9 3 ，s 9 8 ) 一个属于玄 武质粗面安山岩( s 1 2 3 ) 。所有浮岩样品的s i 0 ：含量均超过5 5 。图4 - 2 ( 邱家骧， 1 9 9 1 ) 的划分结果表明，浅色浮岩全部为粗面岩，深、黑色浮岩为安山岩和石英 安山岩，冲绳海槽的两个样品为流纹英安岩，一个为玄武安山岩。两种分类结果 均表明，8 个浮岩样品来源于不同性质的岩浆。 根据i r v i n e 和b a r a g a r ( 1 9 7 1 ) 给出的曲线界线( 图4 - 3 ) ，四国一帕里西维 拉海盆的浅色浮岩属于碱性玄武岩，其深、黑色浮岩和冲绳海槽的浮岩样品属于 亚碱性玄武岩。可见本文的8 个样品分数两种不同性质的岩浆，且四国一帕里希 维拉海盆的浮岩形成的岩浆性质不同。 超纂性岩l萋性岩i中性岩613酸性岩45 5 2 岩 浮岩 图4 1 基于全碱硅图解( t a s ) 的火山岩化学分类和命名l em a i t r e 等( 1 9 8 9 ) ：2 m 娩 加 8 6 4 2 o 醇_】_o受+o嚣z 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 o n y + o n z 上 8 i o t t 搓 一类 崩 璃 曩 巾玄武毒虫公玄武钮安八0 i i j 归： 籍t 搴岩。岩二， 粉 ：- _ 私蹶灭 类 p 硪英安山岩( 攀吐英i 岩 j | ： 艘 慨 2 t 瑛安岩c 流蟹岩，。二o 亮 葵安流纹岩：- 一- ： 瞍 。_ _ 、t j!，s$sst性_二?：| 性 台 毖 、 1 7 4 9 浅色浮岩深黑色浮岩州，绳海槽浮岩 图4 2 基于全碱硅图解( t a s ) 的火山岩化学分类和命名( 邱家骧，1 9 9 1 ) s i0 2 图4 - 3 全碱硅图解( t a b ) i r v i n e 和b a r a g a r ( 1 9 7 1 ) 1 8 浚貔浮裔 淫鬈龟浮豢 擗，绳海撩浮瓷 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 o n y 图4 - 41 0 3 - si 0 2 图解( s w a n s o ne t a l1 9 8 7 ) 凌色浮豢 滗鬟缎浮象 狰筑澎镌浮羚 4 2 微量元素分析 微量元素可以定义为含量低于0 1 w t 的元素，有时可以形成独立的矿物相， 但是大多数微量元素通常置换造岩矿物中的主要元素并呈分散状态存在。在现代 岩石学中，比主量元素更能有效的区分岩石学过程。 微量元素的研究经常是成组进行的；其整个组行为的偏离或者组内行为的系 统变化可以用来作为岩石过程的指示剂。微量元素的组合同样帮助简化可能是非 常繁杂的地球化学数据组。微量元素通常按照他们在周期表中的位置或者他们在 岩浆体系中的行为进行分类。微量元素地球化学的任务之一，就是要查明哪些地 质过程具有这种促使元素间分馏的效应并对其影响程度进行定量研究。 本文研究的8 个浮岩样品的微量元素测试数据见表4 - 3 ： 标准化多元素图解( 蜘蛛图) 是最为常见的一种描述火山岩不相容元素的地 球化学特征的图解。这种图解对于描述玄武岩的地球化学特征特别有用。利用球 粒陨石的数值作为标准化数值，可以测量岩石样品相对于原始地幔的偏离情况。 球粒陨石标准化蜘蛛图解可以给出低铝制安山岩熔岩和北大西洋洋底玄武岩数 据的最圆滑拟合，也近似于从左到右相容性逐渐增大的顺序。球粒陨石标准化比 原始地幔成分或许更具有优越性，因为球粒陨石的成分数值是直接测定的，而非 估算的。表4 - 3 的数据，进行标准化计算后得到图4 - 5 ，图4 - 6 的蜘蛛图解： 1 9 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 在球粒陨石标准化蜘蛛图解( 图4 5 ) 上可以看出：本文研究的8 个浮岩样 品的球粒陨石标准化微量元素蜘蛛图解总体表现出大离子亲石元素富集程度高 于重稀土元素的趋势，图式整体右倾，s r 亏损明显。四国一帕里西维拉海盆的浅 色浮岩和深、黑色浮岩的分布规律略有不同。其中，浅色浮岩的微量元素富集程 度略高，稀土元素l a 、c e 、n d 、s m 及大离子亲石元素( l i l e ) b a 、t h 的含量均 比深、黑色浮岩高，特别是b a 、t h 的含量差别明显。除了f 1 1 0 1 0 6 以外，其它 样品的元素的富集程度变化趋势相似。而冲绳海槽的浮岩表现出明显的“三峰 式”分布，富集大离子亲石元素( l i l e ) b a 、r b 、t h 和轻稀土元素l a 、c e 、n d 。 微量元素中的s r 和t a 含量高低取决于岩浆的性质、形成岩浆的构造环境以 及岩浆所经过的演化过程。冲绳海槽的浮岩样品中的t a 含量亏损明显，表明为 典型的岛弧玄武岩特征；s r 的明显偏低也表明岩浆经历过结晶分异。四国一帕里 西维拉海盆的浅色浮岩的s r 含量略高于深、黑色浮岩，推测为斜长石的结晶析 出程度不同所致。 m o r b 标准化微量元素蜘蛛图解最适用于研究分异的玄武岩、安山岩和地壳 岩石。它把最活泼的元素放在图解左边( s r ，k ，r b ，b a ) ，其不相容性从左到 右逐渐增加。在m o r b 标准化的微量元素蜘蛛图解( 图4 - 6 ) 上，样品表现出活 泼元素k 、b a 、t h 的富集，略高于岛弧玄武岩；在最不相容元素的一端明显 亏损，图式有规律的右倾。t i 明显亏损，数值接近m o r b 。整体来看，l i l e 和 h f s e 的趋势符合消减带火山岩的特征 s o n ge ta 1 ，2 0 0 4 ，并接近于岛弧火山 岩的配分趋势 夏林圻等，1 9 9 8 。由于l i l e 为活动元素，反映流体相特征，在 含水流体中易于迁移，而h f s e 为不活动元素，反映的是源区特征。因此，根据 h f s e 特别是t i 的特征，可以推断样品的岩浆来源于上地幔，但源区应该受到流 体的影响，在大洋板块俯冲到大陆板块的消减带上，流体的来源可能是俯冲洋壳 的脱水作用。 大离子亲石元素( l i l e ) 又叫做不相容元素，不相容元素分布及其元素比值 特征是判断成岩过程及源区成岩过程及源区特征的重要手段。l i l e 中多数相对 于玄武质岩浆来说属于不相容元素，随着岩浆分异地进行，他们在残余熔浆中不 断富集。一般来说，大洋中脊玄武岩直接来源于地幔，其不相容元素含量很低， 最接近于地幔源区。图4 - 5 ，4 - 6 中显示的l i l e 相对于大洋中脊玄武岩均表现出 明显的富集，表现出了典型的岛弧特征。 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 玄武岩中的大离子元素代表岛弧成分，它的含量随着俯冲带体系的发展而增 高，其它元素的含量则与岛弧玄武岩( 接近大洋中脊拉斑玄武岩) 的更替有关。 岛弧拉斑玄武岩( i s l a n da r ct h o l e i i t e s ，i a t ) 是岩浆早期喷发的火山岩之一， 现在可见于九州一帛琉海脊，具有原始的大洋岛弧性质，很少见于大陆及岛弧发 展晚期。它具有类似于大洋中脊玄武岩的地球化学特征，呈现亏损型的稀土模式， 但是通常具有高f e 、m g 、k 和低c r 、n i 、n b 、t a 的特征。本文样品的研究结 果符合该规律。从本文研究的样品微量元素分析来看，微量元素配分形式总体上 均表现出岛弧性质，但是在单个元素的富集程度和相对变化趋势上存在明显差 异。 图4 5 中冲绳海槽的样品表现出明显的“三峰式”岛弧特征；图4 - 6 中， 最不相容元素的一端明显亏损，尤其是t i 的亏损。显示岩浆经历过强烈的分异 作用特征。其数值明显接近m o r b ，符合冲绳海槽地壳将由过渡型向大洋型发展 ( 翟世奎等，1 9 9 4 ) 的结论。四国一帕里希维拉海盆的样品具有与之相似的微量 元素富集、亏损形式，因此推测其也处于一定的变化过渡阶段。 根据板块边缘火山岩中的r b - s r 组分的含量，可以反映火山岩区的地壳厚度 ( k e n t ，1 9 8 2 ) ，在r b - s r 地壳厚度网格图上( 图4 7 ) ，冲绳海槽的浮岩样品均 投影在地壳厚度为2 8 - - 一2 9 k m 的范围，与中国东海陆架和琉球岛弧的莫霍面深度 ( 约3 0 k m ) 相接近( 金翔龙等，1 9 8 3 ) 该研究也证明了冲绳海槽的大陆壳来源。 一一一 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 二二o 二二_ 二二= 一一一 n誉_笞一膏p皿而擎舞簸唾v至山866吾iqoijo皿鬲一求竣最宙一u季，_求僖杈缸壬赞v基0至 a 苗 l l n i 曩中 g l n 6 荟 a一 一 n 一 oq q 。 j i 苎 o 卜 一 瓣 - n 苫 寸 卜 n “o。 a i n i 卜 匪 黑 o一 一 熊 n 一 n 。 复 n 嘧 o 甘n n i n 巷一i = o口 i n l r - _ “ on 一 一 苌器 磊 o8 。 一 一 “ - n一。 _一 c ；。 中 n 器 小 o 一 粕 蹬 固 然 n n 昌 n 一 卜卜0 0 一 一 _n 一 一 n n 一嘧d寸n _o 靶 高 v 1 o n - n _ 赡 _ 霹 殳 a 葛 - nn _o g 器 n 、 “ 盘 寸o 6 8o 一 o onn一 岔 _ 们 a 罱 _ 客 o 、 一 一o 一甘 卜 on 一o 永謇 n2一 _ 一 n6寸 蹬 2 _ 固 皿 醮 ， 畿 兽 苫 器 n aa 譬 - nnn 卜、寸 卜 - nn 一v 、 _ 。 g 试 6 n 卜o = 、o _ = 寸 卜 一 n 是 兽 导 口 西 8f _ 、n 卜“ 一 6 2 d _ o n口寸o 寸 工_ l n 一 杂 处 - n 甘 裔 n 8一 _ 雩高 & 一 c ； 一 。 6“ - n寸 羽 o c ； _ n 皿 n西 卜 n 糕 8 一 、 卜 田 o a n 葛卜 一 含a口 卜 ：宝昏 o 寸 _ 。 一 w p n 。 = n 一 工- 粼 咖n 求餐 艿dqd皂 。 鼋 占 qo 疃曙荡l = 乏 鲁 至复 uz涮 山 棼狴 眯姆塔求扑s馓候戳州g赡卖弧驶i-寸僻 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 nn1 n卜a、on 小寸 一 一n昏 n _ no o v 、 叫 n o o 们 寸 - 叫 n 卜寸 叼 a” - _ n 卜l n寸 t q 岔 岭 n 西i n_ 办 o卜 _ 一 _ o_ _ o t ooo - _ n 寸n 叩卜 一 n n岔t q卜卜 寸t q 昏 寸 荨 寸口 t q _ _- _ n _ _ o o o 卜 o a寸 - _n 岔 n、on 中卜 oo n卜i n o n卜 i n t q 一n_一 _ o 一 叼 o 一 昏 口 t q nt q卜 卜 口寸a on 卜 小 n 一叫 寸 卜n ot q心 _ 一o 一 _ - 一 n n 口口 甘i n寸参口l n卜卜寸寸 o - n寸 t q i n 。口 nt l 、o- 一 寸 _ 一 - _ 一o 一 工一 l n o 一 - n n寸 nt -0 0口t q寸l ni -n 。 l n o一 一 _ t qi n ni nt q。岔n一一 - _ - 一 岔 o n n 卜 t q 寸 卜 。t q 一 一口 o n n 1，一o t l 寸 _ - n 一 中 - _ 一 _ ，一 - 。_ _ _ 曙 9 1 , 1o口 墨 蔷 h 盖 量 厶 o 棼 o q z 工一 o 台 ， u 眯好琳叁零奄磐蜷臣hu g 疃卖 永髓 n 寸僻 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 表4 - 3 浮岩样品的微量、稀土元素含量测试结果( 宰1 0 1 ) 站位号 f l l 0 5 0 9f 1 2 0 1 0 5f 1 2 0 6 1 1f 1 1 0 1 0 6f 1 2 0 6 0 7$ 9 8s 1 2 3s 1 9 3 l a6 0 9 6 4 0 56 4 5 71 3 9 1 7 1 21 6 61 51 7 2 c e1 0 0 5 31 0 5 7 71 0 7 5 62 5 9 83 0 6 l3 0 9 3 2 13 8 4 p r1 3 4 9 1 4 1 61 4 0 7 4 4 54 4 4 n d5 2 4 35 4 6 85 4 9 92 1 5 71 9 5 2 1 4 21 5 42 3 s m9 2 3 9 6 19 5 5 5 ：8 94 7 22 6 63 2 76 2 4 e u2 1 72 4 12 4 41 7 5 1 3 60 7 9 40 6 9 51 6 4 g d7 6 17 8 37 7 86 8 85 1 1 3 5 23 8 48 6 8 n 1 1 31 1 71 1 2 1 3o 9 l0 5 7 3o 6 1 21 3 6 d y 6 2 46 5 56 2 1 8 3 55 7 6 h o1 3 81 4 51 3 81 9 91 3 5 e r3 8 l4 0 33 7 85 5 33 7 t m0 6 6o 7 lo 6 60 9 6 0 6 7 y b4 0 74 3 54 0 85 9 4 0 52 3 42 2 8 5 5 8 l u o 7 30 7 70 7 31 0 80 7 30 3 6 30 3 2 80 8 4 4 a s 2 6 62 l6 1 3 c u7 0 2 62 3 82 5 7 32 0 2 9 2 2 5 l p b l o 6 7 1 1 8 5 1 1 2 93 7 87 3 b a1 0 6 81 2 0 71 1 0 64 4 6 7 5 4 3 93 6 02 7 82 4 8 c o1 1 9 69 1 29 1 88 ，1 56 8 7 3 0 2 4 2 l3 3 1 c r 2 5 91 9 58 1 c s 2 5 34 4 43 2 7 h f 4 1 1 3 7 26 t 3 5 m 0 1 8 1 70 7 8 8 n i1 6 9 l1 2 6 8 37 4 6 o 7 52 5 5 72 4 27 3 73 4 2 r b 5 9 65 2 1 5 4 7 s b 0 2 7 71 0 60 4 7 5 s c 6 18 4 81 5 7 s e 3 5 83 0 15 8 8 s r3 2 2 53 8 0 1 4 2 2 22 5 7 92 8 1 27 1 81 5 01 2 7 t a 0 。3 2 60 3 2 40 5 3 6 n1 2 0 1 1 1 0 5l o 3 71 7 4 4 8 37 3 6 4 1 5 3 2 u 3 5 43 6 53 3 7 o 6 31 1 21 91 6 11 1 6 z n 9 6 69 18 9 z r 1 5 31 2 22 0 1 6 e u o 7 7o 8 20 ，8 40 8 4 0 8 40 0 9o 1 8o 1 1 ( g a o ) c 9 9 7 9 9 31 0 。6 7l 。5 92 8 5 1 6 5 1 6 2 1 。2 2 n r b s r 0 8 3o 3 5o 4 3 2 4 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 3 0 0 1 0 0 1 0 6 7 0 1 0 1 0 1 0 0 3 b ar bt ht al ac es rn ds mz rh ft by b 图4 - 5 球粒陨石标准化( t h o m p s o ne t a l1 9 8 2 ) s rr bt hc ez rs my bc r kb at aph ft is c 图4 - 6m o r b 标准化( p e a r c e1 9 8 3 ，1 9 8 2 ) 蜘蛛图解 n16i一_畏_o盘。的盆昌oii罡q一(i暑肖 n甙一，n甙一02食odo一(i暑畏 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 o $ 9 8 s 1 2 3s i9 3 图4 7 冲绳海槽中、南部浮岩的r b - s r 地壳厚度网格图 4 3 稀土元素分析 本文样品的稀土元素数据见表4 - 3 ，采用b o y n t o n ( 1 9 8 4 ) 推荐的球粒陨石r e e 数据标准化后的结果如图4 - 8 ： 稀土元素的配分形势整体右倾，轻稀土元素富集，轻、重稀土元素的比值变 化不统一，均具有明显的负铕异常。铕异常主要受控于长石的分离结晶作用，由 于e u 2 + 与斜长石中c a 的晶体化学性质相似，因而可以和斜长石中的c a 2 + 形成广 泛的类质同相替换，经常从熔体中进入斜长石晶体中c a 的位置，被斜长石和钾 长石所容纳，而三价的r e e 却是不相容的。在分馏结晶作用中长石从岩浆分离出 来或者在部分熔融作用中长石残留在源区，必然引起岩浆中e u 的负异常。 比较而言，样品的配分曲线特征大体相似，但不同样品之间存在着差异性， 稀土总量( r e e ) 、曲线斜率也不同。 其中，四国一帕里西维拉海盆的浮岩的稀土数据为：l a n = 4 4 8 4 - - 2 0 6 6 1 ， ( l a y b ) n = 1 5 9 l o 6 7 ，显示明显的e u 负异常表明经历了一定的结晶过程。c e 异常表明演化过程受到俯冲组分的影响；冲绳海槽中部浮岩( s 9 8 和s 1 2 3 ) 的 ( l a y b ) c n 比值相近，为1 6 5 1 6 2 ，均为轻微的负铕异常( 一0 0 9 一0 1 8 ) ， 表明了两者之间的同源性：南部浮岩( s 1 9 3 ) 则表现出相对较低的( l a y b ) c n 比 值( 1 2 2 ) ，表明其分异程度相对较弱。c e 异常不明显。三个样品均表现为轻微 负铕异常，表明它们经历过不同程度的斜长石分异作用，但分异的程度不高 四国一帕里西维拉海盆样品的稀土配分结果明显的分成两组，其中三件浅色 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 浮岩的稀土配分模式表现出轻稀土强烈富集( l a y b ) n = 9 9 3 - - 一1 0 6 7 ，负铕异常 不如深色浮岩明显；深、黑色浮岩的稀土配分模式较平缓，轻重稀土比值相对浅 色浮岩较低( l a y b ) n = 1 5 9 - - 一2 8 5 。冲绳海槽南部样品s 1 9 3 的配分形式接近于 四国一帕里希维拉海盆的深、黑色浮岩，中部两个样品的铕负异常更明显，中、 重稀土富集程度更低。 稀土配分形式有较明显的c e 异常，表明岩浆源区可能已经受到俯冲组分的 影响。通常情况下c e 负异常产生的原因是c e 被氧化成c e 3 + 从而与其他稀土元素 分离，由于火成岩中一般c e 2 + 含量总是高于c e ”，故一般而言，四国一帕里西维 拉海盆的浮岩样品是由于深海沉积物在俯冲过程中进入地幔楔源区造成的。 3 0 0 1 0 0 l ac ep rn ds me ug dt bd yh oe r t m y bl u 图4 8 球粒陨石标准化的稀土兀素配分图解 从表4 3 中可知，样品中的稀土元素含量普遍高于原始地幔，与n - m o r b 相 比更富集轻稀土元素，而重稀土元素表现出与之相近的特征。e r e e 有较大的变 化范围( 2 7 8 9 2 1 0 一1 0 0 0 5 1 0 。6 ) ，该值远远大于标准地幔也高于n - m o r b 的含 量。稀土元素的配分型式( 图4 - 8 ，图4 - 9 ) ，特别是浅色浮岩更具有大陆地壳的 配分趋势，轻稀土元素相对重稀土元素的富集程度更高。可能由于在岩浆上升到 地表过程中经历过一定陆源沉积物混入或者俯冲过程中的脱水作用使整个稀土 含量增加。 寸氙一iio_皇ojel号_ci旨氏 四国海盆一帕里西维拉海盆浮岩类岩石地球化学研究 在图4 9 ( 比较冲绳海槽样品、大陆地壳、洋中脊玄武岩的球粒陨石标准化 图解) 中，冲绳海槽样品的稀土配分型式更接近于大陆地壳。由于冲绳海槽原本 为大陆边缘破碎地壳，在海槽张裂过程中已达到了弧后扩张阶段( 金祥龙，1 9 8 3 ) ， 开始了大陆地壳向大洋地壳的转化。海槽南部的$ 1 9 3 更富集稀土元素外，中部 的两个样品除了铕异常以外，几乎与大陆地壳的配分模式重合，但仍然比四国海 盆一帕里西维拉海盆的样品更接近大陆地壳性质。 1 0 8 趴黼i 器 盗 l ac en ds me ug dt by bl u 图4 9 冲绳海槽的球粒陨石标准化稀土元素图解 ( 红色圆形= 亏损的洋中脊玄武岩，蓝色= 原始地幔，黄色= 大陆地壳) 稀土元素特征参数值可以提供有关岩石成因过程的重要信息。l a y b 比值可 以表示岩浆的同源性。从表4 - 3 可以看出，四国一帕里西维拉海盆浅色浮岩的 l a y b 比值为9 9 3 一- - 1 0 6 7 ，而深黑色浮岩的l a y b 比值范围为1 5 9 , - 一2 8 5 ，可 见浅色浮岩与深黑色浮岩明显来源于不同源岩浆。这与图4 3 ( 碱性一亚碱性系列) 判断的结果相吻合。根据研究区域地质构造特征和前人在的研究成果分析，其可 能为同一岩浆房内岩浆熔离作用后分批喷发形成。 l a - l a s m 变异图( 图4 1 0 ) 可以判别岩浆是不同程度部分熔融的产物还是 经不同程度分离结晶作用而形成的，因为部分熔融生成的熔浆l a s m 与l a 同步 增加，而在分离结晶过程中，熔浆l a s m 保持不变而l a 持续增加。由图上可以 寸