马里亚纳弧前南Chamorro蛇纹岩泥火山的角砾蛇纹岩岩石学及地球化学研究

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马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山物源来自俯冲带弧前深部,有助于我们认识上覆板片地幔楔蛇纹石化过程、俯冲带进变质过程、浅部弧前地幔动力学和元素循环机制等,被认为是认识俯冲作用的直接窗口。蛇纹岩泥火山从地幔楔位置到海底环境均可以发生蛇纹石化作用并记录在蛇纹岩中,因此蛇纹岩中的地球化学特征也能反演不同环境信息。本文对南Chamorro泥火山环带状蛇纹石化超基性岩角砾和无环带的叶蛇纹岩进行详细的岩矿学和地球化学研究,发现除个别样品经历过重结晶作用无法识别原岩类型外,其他样品原岩均为斜辉橄榄岩。样品中原始矿物残余主要包括橄榄石、辉石,薄片鉴定的特征矿物结果与X射线衍射分析(XRD)结果基本吻合,少量尖晶石XRD未检测到。同一个样品的不同环带区域记录了不同的环境条件。根据蛇纹石化产物类型及结构,认为在地幔楔位置,地幔橄榄岩发生蛇纹石化过程包括蛇纹石化产物充填早期较大裂隙、原始矿物普遍发生蛇纹石化、少量叶蛇纹石的形成,预估反应温度在200-400℃之间。在泥火山通道中蛇纹石化温度小于200℃,且存在机械外力作用,主要形成多组近平形的纤蛇纹石脉、沙漏状结构和覆盖先前产物的褐色蚀变,褐色蚀变产物包括Fe-水镁石、Fe-Ni硫化物等。蛇纹石化超基性岩被喷出海底后,未完全蚀变部分继续和海水发生蛇纹石化作用,部分样品甚至发生海底风化作用。马里亚纳弧前南Chamorro泥火山角砾蛇纹岩Al2O3/SiO2很低,具有典型的难熔特征,REE呈明显的“U”型配分模式,蛛网图中FMEs和高场强元素(HFSE)呈富集特征,且LREE与HFSE具有很好的正相关性,因此指示本研究样品原岩为蛇纹石化前经历了熔体/岩石相互作用的亏损地幔橄榄岩。熔体交代过程不仅使难熔元素HFSE、Th等元素显著富集,也使FMEs发生显著富集。角砾状蛇纹石化超基性岩全岩水含量月13%-20%,且随蛇纹石化程度增加而增加;地幔橄榄岩在连续蛇纹石化过程主量元素主要是Mg、Si、Fe、Ca和H2O存在迁移行为,微量元素中的HFSE、Th等元素在蛇纹石化过程保持稳定状态,FMEs在蛇纹石化过程存在迁移行为。岩石中部分Rb、Cs、Ba随蛇纹石化作用迁移到了流体中,可能是岩石中Rb、Cs、Ba含量高于流体导致;可能仅海水蛇纹石化作用使海水部分U、Sr含量随着流体/岩石相互作用迁移到了岩石中,而Pb含量几乎未受流体的改造。说明受熔体作用影响后的地幔橄榄岩在蛇纹石化过程FMEs的迁移行为,与前人报道的亏损地幔橄榄岩蛇纹石化过程FMEs从流体迁移至岩石中且随蛇纹石化程度不断累积的行为不同。对比研究马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山(Yinazao、Fantangis(?)a、Asùt Tesoru、南Chamorro和Conical)蛇纹岩FMEs特征,发现不同泥火山角砾蛇纹岩的FMEs特征反映了板片衍生流体成分的系统性变化及板片俯冲演变过程。与海沟较近蛇纹岩泥火山(Yinazao)对应的俯冲板片以蛋白石脱水为主,蛇纹石化流体极富B、略富Li、Ba、Sr、Pb;与海沟较远的泥火山(Asùt Tesoru、南Chamorro和Conical)对应的俯冲板片主要为碳酸盐矿物分解和少量蚀变洋壳脱水及粘土矿物转化,蛇纹石化流体富Ba、Sr、Li、Rb、Cs;居于上述二类蛇纹岩泥火山之间的泥火山(Fantangis(?)a),对应俯冲板片主要为粘土矿物脱水及转化,蛇纹石化流体以富集B、Li、Rb、Cs、Ba为特征。海水似乎只对角砾蛇纹岩的B、Sr元素有一定影响。此外,蛇纹石化程度和原岩矿物类型影响也对角砾蛇纹岩的FMEs有一定影响。综上可知,蛇纹岩的FMEs特征可以用来示踪流体信息。我们通过Ce-Pb、Cs-U、U-Nb、Sr-Nd反演了蛇纹岩中FMEs记录的流体信息,发现从地幔楔到海底过程引起蛇纹石化的流体主要包括板源衍生流体和海水两类。
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