汤加-克马德克俯冲前缘洋壳蚀变过程及控制因素研究

摘要

蚀变大洋地壳通过俯冲带进入地幔,是导致岛弧火山作用的重要物质来源。洋壳蚀变导致的矿物和地球化学组成变化对理解固体地球化学循环具有重要意义。IODP U1365站位位于汤加-克马德克俯冲带前缘的俯冲板片上,对该站位蚀变玄武岩的研究有助于理解汤加-克马德克俯冲带的俯冲过程。对U1365站位的9件玄武岩样品进行了蚀变产物的主量元素电子探针分析,并结合全岩主量元素含量,探讨了低温热液蚀变的影响因素及蚀变产物对化学组成变化的控制。研究表明,该站位的主要蚀变产物为皂石、绿鳞石、贝德石、沸石、绿泥石、橙玄玻璃、黄铁矿、方解石,以及铁的氧化物/氢氧化物,为典型的低温热液蚀变产物组合特征。从岩石单元(熔岩流)边界或裂隙边缘到岩石内部,蚀变矿物呈现铁的氧化物/氢氧化物—绿鳞石—皂石+黄铁矿的带状分布,指示了从氧化环境向还原环境的转变。该站位的蚀变类型包括矿物置换、气孔填充及裂隙填充。根据蚀变产物组合及矿物穿插关系,将U1365站位玄武岩的低温蚀变过程划分为4个阶段:玄武质玻璃橙玄化、氧化蚀变矿物(绿鳞石+铁的氧化物/氢氧化物)的形成、还原蚀变矿物(皂石+黄铁矿)的形成,以及裂隙的封闭。低温热液蚀变过程对该站位玄武岩化学成分的改变主要体现为K_2O、Fe_2O_3含量的升高及FeO、CaO、Na_2O含量的降低,并且在靠近岩石单元(熔岩流)边界的部位,样品的蚀变程度更高,所需的最小水岩比更大,全岩化学组成的改变也更强烈。蚀变产物的电子探针数据分析显示,K_2O主要赋存在绿鳞石和沸石中;Fe_2O_3主要赋存在铁的氧化物/氢氧化物、橙玄玻璃和绿鳞石中;CaO主要赋存于方解石岩脉中,在其他蚀变产物中含量极低。该结果可用于解释U1365站位蚀变玄武岩的化学组成变化,如更容易接触氧化性海水的蚀变样品通常表现为氧化型蚀变产物组合(铁的氧化物/氢氧化物、橙玄玻璃、绿鳞石等),其全岩组成与新鲜样品相比表现出更强烈的K_2O、Fe_2O_3富集,说明蚀变类型对于大洋玄武岩的化学组成变化有一定的控制作用。