研究揭示西太平洋板块起始俯冲的岩石地球化学记录

来源: 中国科学院广州地球化学研究所

发布日期: 2019-06-03 11:30:00

中国科学院广州地球化学研究所特任研究员李洪颜通过参加IODP 352航次,获取了小笠原弧前玄武岩和玻安岩样品,与国际合作者共同研究,揭示了西太平洋板块起始俯冲的岩石地球化学记录,提出了新的板块起始俯冲模型,并发表于Earth and Planetary Science Letters。

二十世纪地球科学的革命性突破是提出了板块构造理论,起始俯冲是板块构造理论中研究最为薄弱的环节。西太平洋板块于~52 Ma沿伊豆–小笠原–马里亚纳(IBM)发生起始俯冲,是国际地学界关注的焦点。弧前玄武岩和玻安岩被认为是与起始俯冲密切相关的两类岩石,其成因研究是解读起始俯冲过程的突破口。

中国科学院广州地球化学研究所特任研究员李洪颜通过参加IODP 352航次,获取了小笠原弧前玄武岩和玻安岩样品,与英国卡迪夫大学教授Julian Pearce、美国南弗罗里达大学教授Jeffrey Ryan等人开启了长期的国际合作。

李洪颜等人通过对IODP 352航次样品的详细地球化学研究,取得如下认识:(1) 首次揭示了玻安岩与板块起始俯冲的成因联系,发现了西太平洋板块起始俯冲的关键岩石地球化学证据。弧前玄武岩并不富集Cs–Rb–Ba–Pb–Sr等流体活动性元素,微量元素和Hf–Nd–Pb–Sr同位素联合示踪揭示它们起源于亏损的印度洋型地幔,源区未受俯冲组分影响。

通过玻安岩的研究发现:① 玻安岩同时富集Cs–Rb–Ba–Pb–Sr等流体活动性元素和Zr–Hf高场强元素;② 早期的脊轴低硅玻安岩同位素组成由印度洋型演化为太平洋型,eHf与Sm/Hf,Ti/Hf和Nd/Hf成正相关,其富集组分主要为蚀变洋壳熔体,沉积物贡献不明显;③ 晚期的离轴高硅玻安岩Hf同位素变化不明显,Sr–Nd–Pb同位素变化明显,其源区受到沉积物和蚀变洋壳流体的进一步交代。

这些研究显示,经历弧前玄武岩熔体提取的残留地幔,被初始俯冲的太平洋板块角闪岩相熔体交代并导致其进一步熔融形成玻安岩。(2) 提出西太平洋板块起始俯冲的新模型。在充分考虑弧前玄武岩源区无明显的俯冲组分、初始俯冲板块经历了角闪岩相熔融以及沉积物仅贡献于晚期离轴玻安岩等观察事实的基础之上,提出了西太平洋板块起始俯冲的新模型。

该研究受到中科院先导专项(B类)“地球内部运行机制与表层响应”和国家海洋局专项“全球变化与海气相互作用”联合资助,研究成果发表于Earth and Planetary Science Letters。

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