海洋地质与环境重点实验室知识库

    马努斯海盆位于太平洋俾斯麦海的东北部，是西太平洋正在活动的典型弧后盆地之一。马努斯海盆经历了复杂的构造历史，前后遭受太平洋板块与所罗门板块的双重俯冲。本文对马努斯海盆东部裂谷（East Rift，ER）产出的中-酸性火山岩样品进行了系统的研究，在岩相学观察基础上，进行了矿物主量元素电子探针测试以及全岩主-微量元素、Sr-Nd-Pb-Hf同位素测试。本研究有利于深入认识弧后盆地下伏地幔熔融和岩浆演化过程，了解弧后盆地壳幔相互作用，并揭示俯冲板片与地幔楔之间的物质交换机制。

本论文涉及的ER火山岩样品的岩石类型为玄武质安山岩和英安岩。在玄武质安山岩中，斑晶矿物组合为橄榄石+单斜辉石+斜长石，而在英安岩中，斑晶矿物组合为单斜辉石+斜方辉石+斜长石。斑晶矿物形成的温压条件计算结果显示，火山岩中大部分辉石、斜长石斑晶大多形成于1-3kbar压力区间，指示在3-10km内可能存在岩浆房。在岩浆活动早期，由于岩浆供应充足，岩浆上升速度较快，在岩浆房停留时间较短，仅发生很小程度的分离结晶，并以较快的速度喷出海底后形成玄武岩、玄武质安山岩等中-基性火山岩；至岩浆活动晚期，岩浆供应量减少，岩浆上升速度减慢，当岩浆上升进入岩浆房时，温度已经明显下降，岩浆在岩浆房停留了较长时间，发生强烈的分离结晶作用，最终喷出海底形成酸性火山岩。

全岩主微量元素测试显示ER火山岩均属低钾钙碱性系列，亏损高场强元素，富集Pb、U以及大离子亲石元素，表现出明显的岛弧火山岩特征。Pb同位素测试显示ER火山岩无Dupal异常，其地幔源区为“太平洋型地幔”，而Nd-Hf同位素则显示火山岩具Dupal异常，其地幔源区为“印度洋型地幔”。造成上述地幔类型判别显示相反结果的原因，可能与ER火山岩地幔源区受到俯冲物质影响有关。计算表明ER火山岩中超过85-95%的Pb元素由俯冲板块贡献,而俯冲板块对Nd、Hf元素的贡献相对较少。因此，Nd-Hf同位素所显示的“印度洋型地幔”代表了ER火山岩地幔源区原本的地幔类型。马努斯海盆火山岩地幔源区亏损程度较高，且ER地区亏损程度高于马努斯扩张中心及马努斯扩张转换带地区，表明ER地区地幔曾发生过“古亏损事件”。ER火山岩地幔源区为尖晶石地幔橄榄岩（30-80 km），地幔部分熔融程度较高。岩浆演化过程中分离结晶作用起主导作用，未发生明显的岩浆同化混染作用以及岩浆混合作用。

通过详细对比太平洋板块和所罗门板块的蚀变洋壳及沉积物的地球化学组成，我们认为ER火山岩地幔源区的俯冲物质来自所罗门板块，包括所罗门海蚀变洋壳以及海底沉积物。其中，蚀变洋壳主要通过流体进入火山岩地幔源区，而沉积物主要以熔体的形式进入。Pb同位素混合模拟显示：俯冲物质中包含60-65%蚀变洋壳流体+35-40%沉积物熔体，大约1-5%俯冲物质进入到火山岩地幔源区。Nd、Th元素及Nd同位素混合模拟显示：1.2-1.8%沉积物熔体进入到火山岩地幔源区，与Pb同位素混合模拟结果吻合。