卡洛琳洋底高原地幔柱成因--来自地球化学和年代学的约束

摘要

洋底高原的成因提供了深部地幔组成和熔融动力学的重要信息。卡洛琳海脊由西、东卡洛琳海脊组成,在西太平洋俯冲体系的演化中起着重要的作用,但人们对卡洛琳海脊的性质和成因知之甚少。根据海底取样,我们首次确认了卡洛琳海脊是一个大型火成岩省形成的洋底高原(卡洛琳洋底高原)。卡洛琳洋底高原与东部的卡洛琳海山链相连,而海山链形成于一个根深蒂固的热点之上。为了研究卡洛琳洋底高原地幔源区的性质及其与卡洛琳海山/岛链的成因关系,我们对卡洛琳洋底高原玄武岩样品进行了年龄测定,并分析了其主微量元素以及Sr-Nd-Pb-Hf同位素。卡洛琳洋底高原玄武岩样品可分为碱性玄武岩和拉斑玄武岩两个系列。拉斑玄武岩的年龄(15.62±3.16~19.26±0.35 Ma)比碱性玄武岩(8.13±0.81 Ma)和东部卡洛琳海山/群岛的火山岩要老。拉斑玄武岩具有与翁通爪哇高原玄武岩相似的微量元素配分模式。我们认为拉斑玄武岩是卡洛琳洋底高原主阶段火山作用形成的,而碱性玄武岩属于火山作用晚期产物。卡洛琳高原碱性玄武岩具有与卡洛琳群岛玄武岩相似的同位素组成,表明它们起源于同一富集地幔端元。具有类大洋中脊玄武岩亏损地球化学特征的卡洛琳拉斑玄武岩表明它们的地幔源区有亏损地幔的参与,且拉斑玄武岩的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成可通过将碱性玄武岩与大洋中脊玄武岩亏损地幔组分混合而产生。根据卡洛琳洋底高原这两类玄武岩的Sm/Yb比值相对较低,推测卡洛琳洋底高原形成于岩石圈较薄的年轻卡洛琳板块上。我们认为卡洛琳洋底高原/海山体系火山岩的地球化学特征和形成时代可以用卡洛琳热点的活动来解释。卡洛琳洋底高原和群岛火山岩的喊度和Sm/Yb比值随年龄减少而增大,反映了上覆岩石圈的增厚和卡洛琳地幔柱活动的减弱。