西南太平洋Tonga-Kermadec俯冲带岛弧岩浆作用的地球化学研究

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4、国科学院海洋研究所2017年12月GeochemicalInvestigationofArcMagmatismofTonga-KermadecSubductionZone,SouthwestPacificADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyByQingLuoDissertationSupervisor:ProfessorZhiga

5、ngZengAssociateSupervisor:ProfessorGuoliangZhangInstituteofOceanology,ChineseAcademyofSciencesDecember,2017摘要本文对现代Tonga-Kermadec岛弧岩浆岩、DSDP841站位Tonga岛弧晚始新世和晚中新世弧前岩浆岩、IODPU1365站位的蚀变大洋玄武岩和大洋沉积岩进行了岩石学和地球化学分析，针对大洋玄武岩蚀变过程、俯冲速率对岛弧玄武岩的控制作用，及弧前岩浆岩对地幔源区演化过程三个问题进行了分析和探讨。蚀变大洋地壳通过俯冲带进入地幔，

6、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。文中对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，结果表明，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。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K2O、Fe2O3

7、含量的升高及FeO、CaO、Na2O含量的降低。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K2O、Fe2O3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。俯冲板片在俯冲带所发生的脱水或熔融过程对岛弧岩浆岩的形成和化学组成具有重要的影响。影响岛弧岩浆作用的因素有很多，包括俯冲板片的组成、地幔楔的成分，以及俯冲速率等。然而，分辨这些因素的影响存在一定难度和争议。俯冲速率由于控制着单位时间内俯冲输入物的总量而对俯冲带温度结构及岛弧岩浆作

8、用产生影响。本文基于Tonga-Kermadec地区俯冲速率变化较大的特征，利用已发表的Tonga-Kermadec岛弧火山岩地球化学数