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作为相对简单的洋内弧后盆地,马里亚纳海槽是深入研究大洋俯冲带岩浆作用、俯冲带壳幔相互作用并建立弧后盆地岩石成因一般性模型的理想地区。本研究在岩相学特征鉴定的基础上,对获取自马里亚纳海槽扩张中心三个不同构造位置(18°N、17°N、15°30′N)附近的26件熔岩样品进行了较为详细的矿物化学和岩石地球化学研究,结合前人的资料,探讨了马里亚纳海槽轴部岩浆过程。马里亚纳海槽熔岩为斑状结构,气孔构造,斑晶矿物组合为橄榄石、单斜辉石和斜长石,与特征的亚碱性拉斑玄武岩的矿物组合一致。橄榄石为贵橄榄石,呈自形或半自形,常见熔蚀现象。单斜辉石斑晶主要为普通辉石,仅少量存在,多为它形,主要与斜长石斑晶交互共生呈斑状聚晶。斜长石斑晶以培长石为主,自形,具有聚片双晶结构、环带结构;斜长石微晶以拉长石为主,呈板条状、针状,具中空骸晶结构。以上斜长石斑晶与微晶在牌号上的差异与岩浆演化过程是一致的。由橄榄石-熔体饱和表面模型计算获得的马里亚纳海槽18°N处扩张脊之下源区地幔温度平均值为1321.5℃,与前人利用全岩或玻璃的Na(Fo90)、Fe(Fo90)成分估算的结果一致,但低于北斐济海盆(1431±40℃)、北劳海盆(1449±23℃)及正常大洋中脊(1453-1475℃)等地区约100℃,指示马里亚纳海槽与上述区域相比在地幔动力学过程上存在差异。利用斜长石-熔体平衡温度压力计对现有样品数据的计算结果显示,马里亚纳海槽18°N扩张中心之下可能存在有三个深度的岩浆房:10.6km、6.2-5.2km和2.1km(对应压力为3.57kbar、1.91~2.06kbar和0.69kbar);海槽17°N和海槽15°30′N岩浆房深度分别为7.5km(对应压力为2.47kbar)和10.4km(对应压力为3.43kbar)。计算获得的斜长石斑晶平衡结晶温度变化于1110℃-1156℃之间,由斜长石微晶所计算的岩浆冷凝温度为979℃-1104℃之间。计算获得的单斜辉石斑晶平衡结晶温度变化于1152-1207℃之间,压力0.42-5.11kbar,高于同一样品中的斜长石斑晶平衡结晶温度和压力。上述结果反映,马里亚纳海槽熔岩矿物结晶顺序为橄榄石-单斜辉石-斜长石,基本符合前人提出的弧后盆地的岩浆作用矿物的结晶顺序。主量元素特征表明,马里亚纳海槽熔岩属于由玄武质岩浆分离结晶演化而来的一套亚碱性拉斑玄武岩浆系列熔岩。与MORB相比,研究区熔岩具有较高的Al2O3、Na2O以及稍低的TiO2,反映本区具有与洋中脊岩浆活动不同岩浆演化过程。微量元素组成上,熔岩类似于典型的弧后盆地玄武岩(BABB),且介于正常大洋中脊玄武岩(MORB)和岛弧玄武岩(IAB)之间。微量元素原始地幔标准化蛛网图为“右倾型”强不相容元素富集型,富集大离子亲石元素(LILE)及轻稀土元素(LREE),亏损高场强元素(HFSE)。稀土元素分布形式呈右倾,(La/Yb)N=0.99~1.93,Eu略显正异常(δEu=1.01~1.22,平均值1.067)。Ba/Th、Pb/Ce、Th/Nd、La/Sm、Th/Nb、Ba/Nb、Th/Nb等微量元素比值显示熔岩起源于受多种俯冲组分影响的地幔。本研究数据获得的指示总俯冲组分(Ba/Nb)、深俯冲组分(Th/Nb)和浅俯冲组分(Ba/Th)的微量元素比值,除了表现出前人研究中俯冲组分在马里亚纳海槽弧后区域分布的一般规律之外,也展现出俯冲组分在弧后区域小范围内分布复杂且不均一的特征。俯冲组分加入量的计算结果表明,富水流体对本研究的海槽三个位置的可能影响程度为17°N>18°N≈15.5°N,沉积物熔体可能影响程度为18°N>17°N≈15.5°N。结合前人数据,俯冲组分对弧后盆地地幔的影响程度主要受到马里亚纳岛弧与弧后扩张中心之间距离的控制;同时,沿弧后扩张中心走向上加入俯冲组分组成的变化影响了熔岩的化学成分。因此,弧后盆地熔岩中俯冲组分的加入量大体上可以作为指示弧-盆系统构造演化阶段的指标。