南海火山角砾岩的岩石地球化学特征：对地幔源区性质及岩浆过程的制约

The chemical composition of mantle-derived magmatic rocks erupted at the Earth’s surface is the end product of a complex series of processes, beginning with partial melting and melt extraction from a mantle source and ending with fractional crystallization, melt-rock interaction and magma mixing at lower pressures. Melt inclusions and their host minerals often span a much greater compositional range than associated erupted lavas, which in principle can preserve the compositional characteristics of early melts before they have mixed in magma chambers, and may provide a history of magmatic processes that have occurred. In this study, chemical and isotopic analyses will be made for melt inclusions, minerals and host glasses in volcaniclastic breccia from the South China Sea. The aim of this study is to reveal temporal variations in the composition of magmas formed after cessation of spreading, to investigate the role of magmatic processes on composition of magmas, to further infer the nature and origin of mantle source components, and to provide constraint on the origin of mantle heterogeneity.

喷发到地球表面的幔源岩浆岩的成分代表经历一系列复杂过程的综合产物：从地幔部分熔融形成熔体开始，到熔体从源区提取出来，最后上升到浅部发生岩浆分异、熔体-岩石相互作用、岩浆混合等。与喷发熔岩相比，矿物及其捕获的熔体包裹体通常显示更大的成分变化范围，原则上能保存岩浆广泛混合之前和岩浆演化过程的信息。本项目拟对南海扩张期后火山角砾中的单矿物，基质玻璃，熔体包裹体的化学成分和同位素组成进行系统研究。揭示南海海盆停止扩张后形成的岩浆的化学成分、性质随时间的变化规律，评估浅部岩浆过程对岩浆成分的影响，进一步推断深部地幔源区组成，为地幔不均一性的成因提供制约。

大量地球物理资料表明，边缘海地幔过渡带存在滞留板片，说明俯冲作用与岩浆作用之间存在内在联系。然而已有的火山岩研究并没有提供确凿的有关板块俯冲作用的地球化学印记。本项目选取南海火山碎屑岩和海山火山岩为研究对象，对火山岩进行Ar-Ar和U-Pb定年，全岩地球化学分析，斑晶/火山玻璃和熔体包裹体原位分析，探讨地幔源区的化学组成和物质来源，进一步讨论边缘海盆火山活动与板块俯冲的成因联系。. 根据Ar-Ar和U-Pb定年结果，南海岩浆活动分为扩张期-扩张期后。根据全岩、火山玻璃和熔融包裹体的主量元素、微量元素和Sr-Pb-He同位素组成，揭示南海扩张期和扩张后岩浆存在显著差异，扩张期岩浆成分单一，主要是拉班玄武岩，而扩张后岩浆成分变化范围非常大，碱性和拉斑玄武质岩浆存在，并且还出现较多中酸性岩浆。南海及其周围地区新生代幔源岩浆成分随时间的变化主要由源区组成和岩石圈厚度变化共同控制。. 南海及其周围地区新生代玄武岩地幔源区存在DMM-EM2-FOZO三端元组分，地幔不均一性很大程度上是因年轻俯冲洋壳（< 200 Ma）经地幔过渡带再循环所导致，强调俯冲组分的化学成分多样性对于改造地幔的组成具有非常大的影响。. 根据南海及其周围地区亚新生代火山岩的时空演化和岩石地球化学结果，并结合深部地震层析成像结果和区域构造背景，提出南海及其周围地区新生代火山活动与多个板块先后俯冲引发地幔物质上涌减压熔融有关；并揭示了东南亚环形俯冲系统的深部动力过程、岩浆时空演化特征、和深部物质循环过程。. 本项成果的意义在于揭示了俯冲板块的循环过程和时间尺度，地幔的不均一性，构建了东南亚多板块俯冲过程和浅部岩浆响应之间的内在联系，可以同时解释边缘海盆南海及其周围地区地区地质、地球化学和地球物理观测。综上，该项研究将有助于更好理解边缘海盆地幔源区和物质循环特征，俯冲组分的循环过程和时间尺度，多个板块俯冲相互作用下深部地幔循环的机理和动力学机制。