冲绳海槽南部流纹岩中角闪石的化学特征及其对岩石成因的指示

陈祖兴,曾志刚,王晓媛,殷学博,陈帅,李晓辉,齐海燕

冲绳海槽南部流纹岩中角闪石的化学特征及其对岩石成因的指示

陈祖兴1,3,曾志刚1,2,3*,王晓媛1,2,殷学博1,陈帅1,2,李晓辉1,3,齐海燕1

(1.中国科学院海洋研究所 中国科学院海洋地质与环境重点实验室,山东青岛266071;2.青岛海洋科学与技术国家实验室 海底矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东 青岛266071;3.中国科学院大学,北京100049)

为了揭示冲绳海槽西南端流纹岩成因,利用电子探针和LA-ICP-MS对该流纹岩中角闪石进行了主量和微量元素测定。所有角闪石主量元素成分变化范围小,晶体化学特征主要表现为:CaB＞1.60,CaA=0,(Na+K)A＜0.33,NaB介于0.23～0.39之间,均为钙质镁闪石。微量元素以富集Sc、V、Cr、Co、Ni和REE,亏损Rb、Sr、Ba、Zr、Th、U和Pb为特征,这些元素的富集与亏损与复杂的类质同象作用有关。由角闪石温压计得出其结晶时的温度范围为775～839℃,压力为0.12 GPa,大致相当于4 k m的深度。角闪石的成因矿物学研究显示该流纹岩中角闪石为壳-幔混合成因,进一步表明冲绳海槽南部流纹岩由幔源玄武质岩浆与壳源长英质岩浆混合形成的中基性岩浆在浅层岩浆房中结晶分异而形成,且壳幔混合源很可能是冲绳海槽西南端火山岩岩浆的主要来源。

角闪石;主量与微量元素;流纹岩;冲绳海槽

1 引言

角闪石族矿物广泛产出于各种岩浆岩、变质岩[1-2]以及河流与近海沉积物中[3-4],少量出现于上地幔中,成为地幔水的载体[5]。在角闪石系列矿物中,由于存在着Fe2+-Mg-Mn,Si-A1-Fe-Ti及Na+-K+等多元素的广泛类质同象替换,在不同的成岩条件下,形成不同的角闪石亚种,这些矿物亚种的成分变化则记录了岩浆起源和演化等成岩方面的重要信息[6],因此,研究角闪石的化学成分对反映岩浆的起源、演化及岩石的成因具有重要意义。此外,角闪石中的某些组分对岩浆结晶的温度、压力、氧逸度等有重要指示意义,如角闪石中AlⅥ和Ti含量随温度增加而增加,而AlⅣ和M4位置上的Na含量随压力增加而增加,AlⅣ随压力增加而增加,氧逸度的升高将使其(Na+K)A增加而Ti降低[7-8]。为此,不同学者提出适合不同条件下的角闪石温压计及氧逸度计[9-14],这为我们根据角闪石的成分探讨其结晶条件成为可能。

冲绳海槽是西太平洋边缘年轻的弧后盆地,而目前对冲绳海槽火山岩的研究主要基于全岩地球化学[15-26],对矿物化学研究较少,且主要集中于对斜长石[27-29]及辉石化学成分的研究[30-31],而对角闪石的研究鲜有报道。另一方面,关于冲绳海槽酸性岩的成因,目前主要认为其是玄武质岩浆结晶分异的产物,存在少量或无地壳混染作用影响[16,20,22—23,26,32]。目前,这些认识主要是基于全岩的Sr-Nd同位素分析结果,无法消除由于海底火山岩Sr同位素易受海水蚀变影响,而可能难以反映其源区性质的缺陷。为此,本文采用EPMA(电子探针分析)和LA-ICPMS(激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪)测试分析了冲绳海槽南端流纹岩中角闪石的主、微量元素组成,探讨其结晶环境及成因,可为揭示其寄主岩石——流纹岩的成因提供研究基础。

2 地质背景

冲绳海槽位于东海大陆架东缘,北起日本九州南至中国台湾,延伸达1 200 k m,与琉球海沟、琉球岛弧构成完整的沟-弧-盆体系(图1)。海槽内岩浆作用与热液活动发育[15,33],其由西北向延伸的吐喀喇断裂和宫古断裂分为北、中、南3段[34-35]。从北至南,海槽内地壳厚度逐渐减薄,从北部厚约30 k m减至南部厚约12 k m[36]。这种明显减薄的趋势与海槽的张裂历史有关,主要有2个阶段:(1)中中新世至晚中新世,(2)早更新世至晚更新世[37-38],而海槽张裂的停止与重启,则与台湾北部的弧陆碰撞有关:大约在10 Ma BP,吕宋岛弧与欧亚大陆碰撞,导致海槽第一阶段张裂的停止;大约在2.8 Ma BP,台湾北部造山带碰撞后垮塌导致海槽第二阶段扩张的重启,同时海槽向南延伸[39]。而冲绳海槽最南端与海槽其他部位存在不同的构造演化模式[40],Sibuet等[41]认为其张裂可以分为2个阶段:2～0.1 Ma BP和0.1 Ma BP至今,Chung等[18]则指出第四纪才开始发育的冲绳海槽最南端是一个胚胎张裂区,其地壳厚度(25～30 k m)并无明显减薄[38,42]。

此外,岩浆作用与构造作用密切相关。冲绳海槽火山岩的分布类型从北到南也存在明显差异,北段主要出露流纹岩和英安岩[34];中段出露流纹岩和玄武岩,伴有少量的安山岩[15-16];南段地堑中主要出露玄武岩或玄武质安山岩[15,24-25],而海槽的南端主要分布中酸性火山岩[17-18]。

图1 冲绳海槽海底地形与取样站位Fig.1 Bathy metric of the Okinawa Trough and sampling position

3 样品与测试方法

3.1 样品特征

研究的流纹岩样品是由“科学”号科考船2014年通过实施HOBAB3航次,在冲绳海槽南段T9’站位(24°50'57.774″N,122°41'55.877″E)用电视抓斗取得,水深约1 382 m(图1),位于唐印热液区。该样品为致密块状,呈不规则长方体,长约7～11 c m,宽4～5 c m,高约6 c m(图2a),斑状结构,斑晶主要为石英、斜长石、角闪石、斜方辉石(图2b,2c),基质中气孔呈定向排列,具有流纹构造(图2b)。角闪石呈自形-半自形结构,可见两组完全解理,夹角56°,背散射图像上角闪石未见环带,即无成分变化(图2d,2e,2f)。

3.2 测试方法

流纹岩样品电子探针薄片、激光片的制备在河北省地质矿产勘查院磨片室完成。具体制作流程如下:首先将岩石样品表面蚀变部分切除,将里面新鲜部分切割成大小合适的块状,放在超声波清洗机内清洗约45 min,以去除气孔内的松散沉积物。烘干后进行粗磨、细磨后利用环氧树脂胶粘在载玻片上,继续粗磨、细磨,待厚度合适后利用抛光材料对其进行抛光,直至样品厚度一致(探针片和激光片分别为60μm和80μm左右),细微麻坑和擦痕消失为止。

角闪石主量元素成分分析在中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室完成,电子探针型号为JXA-8230(日本JEOL公司)。测试条件为:电压15 k V,电子束束流20 n A,束斑大小5μm。以自然矿物钠长石对Na、Al和Si,透辉石对Mg和Ca,透长石对K,金红石对Ti,铁铝榴石对Fe,钙蔷薇辉石对Mn以及绿泥石对Cr分别进行校正,主要氧化物的分析误差小于1%,详细测试方法见Lai等[29]。

图2 冲绳海槽南部流纹岩手标本及显微照片Fig.2 Hand speci men and microphotograph of the rhyolite fro mthe southern Okinawa Troughb～f为斑晶矿物背散射图像,其中e、f角闪石上序号为LA-ICP-MS测试点的位置b-f are back scattering i mages of phenocrysts,serial nu mber on the amphiboles in i mage e and f is the positions analyzed by LA-ICP-MS

矿物原位分析在中国科学技术大学中国科学院壳幔物质与环境重点实验室的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)上完成。该分析系统的激光器为GeoZosi Vo Ar F激发紫外激光,激光波长为193 n m。分析质谱为Perkin El mer Elan DRCⅡ型四极杆质谱。分析过程中采用氦气(He)作为载气,氩气(Ar)作为辅助气。激光斑束直径为32～60μm。剥蚀过程中样品表面的激光能量为10 mJ/c m2,激光频率为10 Hz。分析过程中采用人工合成硅酸盐玻璃标样NIST SRM610作为外部标准,每隔5个样品间插一个标样,对仪器状态进行控制和校正。对于大部分微量元素的分析误差小于10%。

4 角闪石矿物化学特征

4.1 主量元素

角闪石类矿物的化学成分相当复杂,其标准的晶体化学式可表示为:A0-1B2VIC5IVT8O22(OH)2[43]。其中T位是四面体位置,以Si、Al、Ti为序,使其总原子数为8;C位是八面体配位,用T位过剩的Al、Ti,依次还有 Fe3+、V、Cr、Mn3+、Zr、Mg、Zn、Ni、Co、Fe2+、Mn2+和Li可指派给C位,至总数为5;B位也是八面体配位,首先用C位过剩的原子充填,充填顺序与C位相反,即Li、Mn2+等,然后是Ca、Sr、Ba和Na指派给B位,使其总数为2;A位用B位过剩的Na,然后是所有的K充填,其原子总数在0～1之间[44]。其中,□(空位)和K仅出现在A位,Na出现在B位或A位[43]。本文使用Win Amphcal软件[45]进行了角闪石数据的阳离子数计算及配位,Fe2+和Fe3+校正采用阳离子为Cations-13CNK和Cations-15 NK平均算法求得[46]。该流纹岩中角闪石主量元素电子探针分析结果及晶体化学计算结果列于表1中,从表中可以看出:角闪石主要氧化物含量变化范围不大,如Si O2为44.68～46.91 wt%(平均为46.13 wt%;n=30);Al2O3为7.04～8.82 wt%(7.45wt%)和Mg O为9.27～12.77 wt%(10.47 wt%);Ca O为10.02～10.79 wt%(10.55 wt%);Fe O为16.63～22.48 wt%(20.16 wt%)。角闪石矿物的晶体化学特征主要表现为:CaB＞1.60,CaA=0,(Na+K)A＜0.33,NaB介于0.23～0.39之间(表1),根据国际矿物协会和矿物名称委员会的角闪石分类方案[43-44],本区角闪石均属于钙质角闪石亚类,为镁闪石(图3)。

表1 冲绳海槽南部流纹岩中角闪石的主要氧化物组成(wt%)Tab.1 Major oxides of amphibole in the r hyolite fromthe southern Okinawa Trough(wt%)

续表1

续表1

续表1

图3 钙角闪石分类图解Fig.3 Classification of the calcic amphiboles

4.2 微量及稀土元素

冲绳海槽南部流纹岩中角闪石微量及稀土元素由激光探针(LA-ICP-MS)分析获得,分析点位见图2e、2f,结果列于表2中。各分析点位微量元素及稀土元素组成相似,其中Rb含量变化范围为0.98×10-6～2.08×10-6(平均1.32×10-6),Sr含量在28×10-6～39×10-6(平均34×10-6)之间;Th、U和Pb的变化范围分别为0.09×10-6～0.48×10-6(平均0.24×10-6)、0.01×10-6～0.1×10-6(平均0.05×10-6)和0.43×10-6～1.54×10-6(平均0.94×10-6);Zr变化范围为65×10-6～90×10-6(平均75×10-6)。角闪石中 Rb、Sr、Th、U、Pb、Zr的含量均远低于角闪石赋存母岩(流纹岩)(分别为Rb=121×10-6、Sr=128×10-6、Th=12.5×10-6、U=2.67×10-6、Pb=17×10-6、Zr=95×10-6;表2)。在原始地幔标准化曲线上各点位显示相似的变化趋势,均亏损Th、U、Pb、Zr和Sr(图4a)。

角闪石的稀土元素总量变化范围为353×10-6～626×10-6。在球粒陨石标准化曲线上表现出相似性,均呈现“弓型”特征(图4b;标准化值引自Sun和Mc Donough[47])。轻稀土稍微亏损(La/Sm)N≈0.61),重稀土稍微富集(Gd/Yb)N≈1.55),具明显的Eu负异常(δEu=0.16～0.30)。

值得注意的是角闪石中过渡族元素相对富集,如Sc、V、Cr、Co和Ni的变化范围分别为199×10-6～422×10-6(平均301×10-6)、141×10-6～316×10-6(平均238×10-6)、2×10-6～61×10-6(平均23×10-6)、50×10-6～56×10-6(平均53×10-6)和14×10-6～33×10-6(平均23×10-6)均远高于赋存母岩(流纹岩)中同一元素的含量(分别为Sc=8×10-6、V=7.31×10-6、Cr＜0.5×10-6、Co=2.27×10-6和Ni=0.561×10-6;表2)。

图4 原始地幔标准化的角闪石微量元素蛛网图(a)和角闪石稀土元素球粒陨石标准化配分型式(b)Fig.4 Pri mitive mantle nor malized trace element patterns for amphiboles(a)and chondrite nor malized REE patterns(b)

表2 冲绳海槽南部流纹岩中角闪石微量元素激光探针分析结果(×10-6)Tab.2 The LA-ICP-MStrace element analysis result for amphiboles in the rhyolite fromthe southern Okinawa Trough(×10-6)

5 讨论

5.1 角闪石中的微量元素组成

为了便于对比,将角闪石中微量元素对流纹岩全岩微量元素含量进行了标准化(图5),结果表明该角闪石中过渡族元素Sc、V、Cr、Co和Ni的富集程度相比流纹岩高达30倍。然而,过渡族元素在岩浆岩中通常富集于基性岩及超基性岩中,随着岩浆的演化逐渐降低,至少其在中酸性岩和碱性岩中丰度值低[48]。其在角闪石中的富集,主要与复杂的类质同象作用有关。由于Ti和Al在角闪石晶体化学结构中是T位和C位的重要占位离子之一,而Fe和Mg是C位和B位的重要占位离子之一[43]。Sc在自然界通常是Sc3+,易替代Fe2+、Mg2+(Sc3++Al3+=Fe2++Si4+),V3+(0.74Å,1Å=10-10m)易以类质同象替代Fe3+(0.67Å)和Al3+(0.57Å),Cr3+(0.62Å)易以类质同象替代Fe3+(0.67Å)和Al3+(0.57Å)(Cr3++Fe3+/Al3+=Fe2+/Mg2++Si4+),Co和Ni通常是2价离子,类质同象替代 Mg2+、Fe2+、Mn2+,因此Sc、V、Cr、Co和Ni可以类质同象的形式取代角闪石中Ti、Al、Fe和Mg,从而在角闪石中形成富集[49]。

该流纹岩中角闪石的稀土元素总量变化范围为353×10-6～626×10-6,比流纹岩的稀土元素总量要富集(∑REE=126;表2),且重稀土元素的富集程度要明显高于轻稀土元素(图5)。由于三价稀土元素的离子半径和Ca2+很接近,且Ca是角闪石B位的重要占位离子之一[43],因此,很容易以各种类质同象形式进入含钙矿物中。然而,稀土元素之间离子半径的差异(镧系收缩),即从La到Lu离子半径逐渐减小[50],如从La3+(1.22Å),Ce3+(1.18Å)降至Lu3+(0.99Å),逐渐与Ca2+(0.99Å)[49],由于半径相似的离子更易发生类质同像,因此该角闪石中重稀土元素的富集程度更高。这与流纹岩中角闪石/熔体间的分配系数结果一致,即角闪石中重稀土元素的分配系数高[51]。在稀土元素配分曲线上,角闪石强烈亏损Eu元素(图4b),且在角闪石微量元素全岩标准化配分型式上,Eu元素显示下凹的模式且富集程度较低(图5),稀土元素Eu的富集与亏损主要取决于含钙造岩矿物的聚集和迁移[52]。含钙的造岩矿物主要有偏基性的斜长石、磷灰石和含钙辉石等。这类矿物中Ca2+离子半径与Eu2+、Eu3+相近,且与Eu2+电价相同,故晶体化学性质决定了Eu主要以类质同象的形式进入斜长石、磷灰石、单斜辉石等造岩矿物[53]。而该流纹岩中部分斜长石结晶早于角闪石(图2b),从而造成残余熔体中Eu含量的降低。因此,结晶相对较晚的角闪石中Eu的含量低。

流纹岩中角闪石的微量元素组成在原始地幔标准化曲线及微量元素全岩标准化配分型式上,均表现出Rb、Sr、Zr、Ba、Th、U和Pb负异常(图4a,图5),说明角闪石并不是流纹岩中这些元素的富集矿物相。由于Rb+的离子半径(1.47Å),Sr2+(1.12～1.27Å)、Ba2+(1.34～1.43Å)以及Pb2+(1.18～1.32Å)与K+(1.33Å)相近,因此上述离子可以在许多造岩矿物的晶格中置换K+,易于被含钾矿物捕获[49]。由于K离子只分布在角闪石的A占位[43],且该流纹岩中A占位K离子数很低(0.07～0.09;表1),所以,上述离子的亏损主要与其他含钾矿物的分离结晶有关。Zr在岩浆中易形成独立矿物相,如锆石(Zr Si O4),因此角闪石中Zr含量较低。

图5 角闪石微量元素全岩标准化配分型式Fig.5 Whole-rock nor malized trace element patterns for amphiboles

5.2 角闪石的结晶条件

角闪石的化学成分除受其寄主岩浆总成分的影响外,还与岩浆的结晶条件有关(如温度、压力、氧逸度等),因而角闪石的化学成分可以用来指示岩浆的结晶条件。

如何定量地获得火山岩斑晶矿物结晶时的压力,估算出岩浆房深度,对于探讨岩浆作用过程有着重要的意义[54]。角闪石地质压力计主要有线性关系角闪石全铝压力计[9-13]。Hammarstrom和Zen[9]最早观察到火成岩中角闪石的Al含量与平衡压力之间存在较好地线性关系,并得到如下经验公式:P=-0.392+0.503n(Altot)。其中P的单位是GPa,n(Altot)为角闪石分子式中全部Al(即包括Ⅳ和Ⅵ次配位的Al)的摩尔分数。随后Hollister等[10],Johnson和Rutherford[11-12],Sch midt[55]分别通过实验对该经验公式进行了改进:P=-0.476+0.564n(Altot),P=-0.354+0.428n(Altot)和P=-0.346+0.423n(Altot),以及P=-0.301+0.476n(Altot)。Anderson和Smith[13]认为,应用角闪石全铝压力计时还应该考虑温度和氧逸度对角闪石阳离子占位的影响,且采用内插法,得到了含温度矫正项的全铝压力计。但是上述各线性角闪石全铝压力计公式仅适用于结晶压力大于0.2 GPa的钙碱性侵入岩类的压力估算,且另一个重要前提是该钙碱性岩石具有的矿物组合应为角闪石+黑云母+斜长石+碱性长石+石英+Fe-Ti氧化物+榍石,当岩石矿物组合中缺少碱性长石和黑云母时则不适用[56]。冲绳海槽南部流纹岩斑晶主要为石英、斜长石、角闪石、斜方辉石,不含碱性长石和黑云母,因此不适用线性关系角闪石全铝压力计。

Ridolfi等[14]根据前人实验结果提出适用于火山岩的指数关系角闪石全铝压力计:P=19.209×exp[1.438n(Altot)],其中P的单位是MPa,该公式适用于钙碱性火山岩中产出的钙质角闪石,要求其成分满足:Al#≤0.21(Al#=[6]Al/AlT)≤0.21),且n(Mg)/[n(Mg)+n(Fe2+)]＞0.5。本研究中,流纹岩的Al#远小于0.21,且n(Mg)/[n(Mg)+n(Fe2+)]介于0.61～0.65之间,远大于0.5(表1)。以此经验公式来估算冲绳海槽南部流纹岩岩中角闪石结晶时的压力,显示其结晶时的压力约为0.12 GPa,大致相当于4 k m的深度,表明该岩浆房的位置较浅。进一步,从角闪石晶体化学式的A位占位情况看,当A=1时(即全部被钾,钠占满)反映其处于最强的还原状态;当A=0时(即全部的钾,钠都进入B位)反映其处在最强的氧化状态[48],该角闪石A位阳离子数(A=0.15～0.33)(表1),表明其氧化程度较高。上述分析结果,表明冲绳海槽南段T9站位的角闪石,其来源于岩浆就位相对较浅的部位。

温度根据Ridolfi等[14]提出的公式:T=-151.487Si*+2.041(其中Si*=Si+[4]Al/15-2[4]Ti-[6]Al/2-[6]Ti/1.8+Fe3+/9+Fe2+/3.3+Mg/26+BCa/5+BNa/1.3-ANa/1.5+A[空位]/2.3),计算获得,温度范围为775～839℃。此外,T9站位位于唐印热液区[57],因此较浅的岩浆房,一方面可为角闪石等斑晶矿物的结晶提供了场所,另一方面也为表层的热液喷口提供了主要热源。

5.3 角闪石成因探讨

酸性岩中可能存在的角闪石类型,主要包括由岩浆结晶作用所形成的结晶角闪石、岩浆上升过程中携带的角闪石捕虏晶以及成岩作用后期发生蚀变的角闪石。区分角闪石的不同类型是探讨其对寄主岩石成因指示意义的前提。冲绳海槽南部流纹岩中角闪石偏光镜下显示无反应边,背散射图片下也未显示出明显的成分变化(图2b～f),因此排除后期蚀变交代等作用对其化学成分的改造。在马昌前等[58]的角闪石Si-Ti图解上(图6a),所有样品均落在结晶角闪石区域内,且根据陈光远等[59]提出的Mg-(Fe2++Fe3+)-(Na+K+Li+Ca)角闪石成因矿物族三角图解(图6b),本区角闪石均落入中酸性岩成因区内,说明它们为一组中酸性原始熔体结晶产物。因此该流纹岩中角闪石的成因相对单一,即由该流纹质岩浆结晶所形成。

岩浆岩中角闪石的成分特征能够反映岩浆的起源、演化及岩石成因[6]。马润则等[61]指出岩浆岩中钙质角闪石的化学成分与岩浆来源之间密切相关,且随着温度和压力的增高,钙质角闪石的Si含量有规律地降低,而且角闪石的Si/(Si+Ti+A1)值在壳源区和幔源区之间出现间断,壳源角闪石的Si/(Si+Ti+A1)值不低于0.775,而幔源角闪石则不大于0.765,幔源角闪石的A12O3含量一般不低于10%[60],且高压实验模拟结果显示幔源角闪石成分上主要是韭闪石,含有少量的冻蓝闪石[14]。冲绳海槽南部流纹岩中角闪石均为钙质镁闪石(图3),A12O3均小于10%,Si/(Si+Ti+A1)值的范围为0.80～0.83(表1),应属壳源或壳幔混合源角闪石。在角闪石的Ti O2-A12O3关系图上(图6c),流纹岩中角闪石均位于壳幔混合源区,表明岩浆应来源于地幔,但存在地壳物质的混入。谢应雯和张玉泉[62]研究发现角闪石中的M值[M=Mg/(Mg+Fe2+)]是区分壳型、壳幔型和幔型角闪石的可靠标志,幔型角闪石的M值大于0.7,壳型角闪石的M值小于0.5,壳幔型角闪石的M值介于0.5～0.7之间,该流纹岩中角闪石的M值为0.61～0.65,分布在壳幔型角闪石的范围内,反映了壳幔混合的特征。此外,壳型角闪石稀土元素最富集(∑REE＞900×10-6),而幔型及壳幔型中则较贫[62]。该流纹岩中角闪石的稀土元素总量变化范围为353×10-6～626×10-6比壳型角闪石低,应该属于幔源或壳幔混合成因。

图6 角闪石成因矿物学图解Fig.6 Diagrams for genetic mineralogy of the amphibolesa为角闪石的Ti-Si变异图解(据文献[58]);b为角闪石成因矿物族三角图解(据文献[59]),I.岩浆成因区、区域正变质成因区、超变质成因区:I 1.超基性-基性成因区,I 2.中-酸性成因区,I 3.碱性成因区;Ⅱ.接触交代成因区;Ⅲ.区域负变质成因区;c为角闪石Ti O2-Al 2 O3图解(据文献[60]),C.壳源,MC.壳幔混合源,M.幔源a is Ti-Si variation diagram of amphiboles(after reference[58]);b is diagram for t he amphibole genesis diseri mination(after reference[59]),I.mag ma genesis area,regional genesis of orthometamorphismarea,ultra-metamorphic genesisarea:I 1.basic-ultrabasic genesis area,I 2.inter mediate-acidic genesis area,I 3.alkaline genesis area;Ⅱ.contact metaso matic genesis area;Ⅲ.regional parametamorphic genesis area;cis Ti O2-Al 2 O3 diagram of amphiboles(after reference[61]),C.crust resource,MC.crust-mantle mixing source,M.mantle source

酸性岩的岩浆来源主要有壳源、幔源和壳幔相互作用3种类型。对于冲绳海槽的中酸性火成岩,目前大多数学者支持冲绳海槽酸性岩和基性岩具有统一的岩浆物质来源,酸性岩是玄武质岩浆结晶分异的产物,存在少量或无地壳混染作用影响[16,20,22—23,26,32]。该流纹岩中角闪石化学成分进一步佐证了冲绳海槽西南端酸性岩母岩浆源于地幔,且在岩浆上升过程中存在地壳物质的混染,与其寄主岩石全岩Sr-Nd同位素模拟结果一致,即由幔源玄武质岩浆混染20%左右的上地壳物质形成[32],且Chen等[17]认为冲绳海槽西南端龟山岛安山岩为幔源玄武质岩浆混染了30%左右的上地壳物质形成。这在一定程度上也反映出壳幔混合源是冲绳海槽西南端火山岩岩浆来源的主要特征。

6 结论

(1)冲绳海槽西南端流纹岩中角闪石主量元素成分变化范围小,均为钙质-镁闪石;微量元素以富集Sc、V、Cr、Co、Ni和REE,亏损Rb、Sr、Ba、Zr、Th、U和Pb为特征。

(2)角闪石形成温度为775～839℃,压力为0.12 GPa,对应深度约为4 k m的上地壳浅层岩浆房。

(3)角闪石化学组成指示其由幔源玄武质岩浆与壳源长英质岩浆混合形成的中基性岩浆结晶分异形成,与其寄主岩石Sr-Nd同位素结果一致。也进一步佐证了壳幔混合源很可能是冲绳海槽西南端火山岩岩浆来源的主要特征。

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Geochemical characteristics of amphiboles in the rhyolite fromthe southern Okinawa Trough,and its i mplication for petrogenesis

Chen Zuxing1,3,Zeng Zhigang1,2,3,Wang Xiaoyuan1,2,Yin Xuebo1,Chen Shuai1,2,Li Xiaohui1,3,Qi Haiyan1

(1.Seaf loor Hydrother mal Activity Laborator y of the Key Labor ator y of Marine Geology and Environ ment,Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266071,China;2.Laborator y for Marine Mineral Resources,Qingdao National Laborator y for Marine Science and Technology,Qingdao 266061,China;3.Graduate School of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)

In order to reveal the petrogenesis of the rhyolitefromthe southwestern Okinawa Trough,the major and trace elements of the amphibole phenocrysts in the rhyolite were measured by electron probe and LA-ICP-MS.The composition variation range of major elements of all the amphiboles is small,the crystal chemistry show CaB＞1.60,CaA=0,(Na+K)A＜0.33,NaBis bet ween 0.23 and 0.39,that belong to calcic series and classify as magnesiohornblendes.Trace elements are characterized by enrichment of Sc,V,Cr,Co,Ni and REE,loss Rb,Sr,Ba,Zr,Th,U and Pb.The enrich ment and loss of these elements are related to complex role of iso morphic replacement.Based on the amphibole geother mobarometer,the temperatures and pressures are 775 to 839℃and 0.12 GPa,roughly equivalent to the depth of 4 k m.Genetic mineralogy studies have shown that amphibolitein the rhyoliteis a crust-mantle mixing origin,further indicating that the rhyolite was most likely for med by mixing a mantle-derived basaltic magma with a crustal felsic magma,followed by extensive fractional crystallization in the shallow chamber,and crust-mantle mixed sourceis likely to be the main source of the volcanic rocks fromsouthwest Okinawa Trough.

amphibole;major and trace elements;rhyolite;Okinawa Trough

P736.4

A

0253-4193(2017)12-0074-16

陈祖兴,曾志刚,王晓媛,等.冲绳海槽南部流纹岩中角闪石的化学特征及其对岩石成因的指示[J].海洋学报,2017,39(12):74-89,

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.008

Chen Zuxing,Zeng Zhigang,Wang Xiaoyuan,et al.Geochemical characteristics of amphibolesin therhyolitefromthe southern Okinawa Trough,and its i mplication for petrogenesis[J].Haiyang Xuebao,2017,39(12):74-89,doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.12.008

2017-03-28;

2017-06-18。

国家重点基础研究发展计划(973)(2013CB429700);国家自然科学基金项目(41325021,41306053);全球变化与海气相互作用专项(GASI-GEOGE-02);中国科学院战略性先导科技专项(XDA11030302);泰山学者工程专项(ts201511061);青岛海洋科学与技术国家实验室“鳌山人才”计划项目(2015 ASTP-0S17);创新人才推进计划(2012RA2191);青岛海洋科学与技术国家实验室鳌山科技创新计划项目(2015 ASKJ03,2016 ASKJ13)。

陈祖兴(1990—),男,安徽省桐城市人,从事海底火山岩地球化学研究。E-mail:chenzuxing14@mails.ucas.ac.cn

*通信作者:曾志刚,男,研究员,主要从事海底热液硫化物等研究。E-mail:zgzeng@ms.qdio.ac.cn