王泽洲:熔体-岩石圈反应致使碱性玄武质熔体成分转变【Geology,2018】

        碱性玄武岩主要分布于大陆和大洋板块的内部(如洋岛、海山、大陆裂谷、深大断裂带)。尽管板内碱性玄武岩出露规模相较于其他类型玄武岩很小,但其独特的地球化学特征一直被当作地幔组成不均一的最重要证据,因此,板内碱性玄武岩的成因受到了格外重视。自然界中,碱性玄武岩系列的成分变化很大,前人根据实验室岩石学和微量元素模拟研究提出了不同机制解释该变化,包括碱性玄武质熔体连续分离结晶、地幔熔融程度差异、熔体与橄榄岩反应等。实验岩石学结果显示,碳酸盐化橄榄岩或辉石岩熔融是形成碱性玄武岩硅不饱和特征的重要条件。因为碳酸盐和地幔的Zn同位素组成差异很大,所以Zn同位素在解决碱性玄武岩成因方面可以发挥重要作用。

        针对以上问题,我校科学研究院同位素地球化学实验室博士研究生王泽洲,在其导师刘盛遨教授指导下,对中山东地区新生代不同类型的碱性玄武岩开展了系统的Zn同位素研究,并通过比较已发表的主微量和Sr-Nd同位素数据,对中国东部板内碱性玄武岩的成因取得了如下新认识:

        1、山东碱性玄武岩具有比正常地幔和大洋中脊玄武岩更重的Zn同位素组成(下图左)。山东玄武岩的重Zn同位素特征不能通过岩浆作用解释,而是反映了其地幔源区有富集重Zn同位素的再循环沉积碳酸盐卷入。

        2、强碱性玄武岩比弱碱性玄武岩更富集重Zn同位素,并且两类岩石的Zn同位素组成随不相容元素含量(如Zn)和Nd同位素组成变化呈现不同趋势(下图右)。上述特征表明,强碱性玄武岩的成分变化反映了碳酸盐化地幔的不同熔融程度,而弱碱性玄武岩的成分变化则是硅不饱和熔体与岩石圈地幔橄榄岩反应的结果。

        该研究首次通过Zn同位素观察,证实了熔体与岩石圈地幔反应是造成中国东部板内碱性玄武岩成分变化的主要原因。因此,岩石圈地幔在碱性玄武质熔体成分转变过程中可以扮演重要角色。

1:(A)火山岩TAS分类图;(B)山东玄武岩Zn同位素组成。

2Zn同位素组成与Zn含量(A)和Nd同位素组成(B)相关图

        上述成果发表于国际著名地学期刊《Geology》上:Wang, Z. -Z., Liu, S.-A*., Chen, L.-H., Li, S.-G., & Zeng, G. (2018). Compositional transition in natural alkaline lavas through silica-undersaturated melt–lithosphere interaction. Geology, 46(9), 771-774. [IF2017=5.073]

 

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