玻安岩成因研究及其地球动力学意义——以塞浦路斯Troodos地区、北祁连山大岔大坂地区及Bonin弧前Hahajima海山玻安岩为例

One of the main research contents for marine geology is subduction-zone metamorphism and subduction-zone magmatism. No subduction-zone metamorphism, no subduction-zone magmatism. However, the complex geochemical processes constrained the understandings on the nature and formation of subduction component in subduction-zone magma sources. Boninite has the petrographic and chemical characteristics of primary mantle-derived magmas, and is produced by partial melting of highly depleted and refractory mantle peridotite affected by the subducting materials. Hence, boninite is the ideal candidate for studying the nature and formation of subduction component in the subduction-zone magma source. Except boninite from Hahajima seamount of Bonin forearc, we plan to choose boninite with different compositions and formation ages from two other typical areas in this project, i.e., Troodos massif of Cyprus and Dachadaban area of North Qilian Mountain. Detailed petrologic and geochemical studies will be performed, including analyses on major elements and trace elements for both bulk rock and minerals and bulk-rock Sr-Nd-Pb-Hf-Fe isotope. Based on our previous studies on forward modelling of geochemical behaviors of chemical elements during subduction-zone metamorphism, we aim to reveal the subduction component for the petrogenesis of boninite, and reversely model geochemical behaviors of chemical elements along the boundary between subducting slab and mantle wedge for further understandings on the relationship between subduction of ocean lithosphere and subduction-zone magmatism. We will also study Fe isotope of subduction-zone magmas and its controls in order to understand the possibility of using Fe isotope for indicating the redox condition of subduction zones.

海洋地质研究的重要内容之一是俯冲带变质作用和岩浆作用，——没有大洋岩石圈俯冲变质作用就没有俯冲带岩浆作用。然而，俯冲带岩浆源区复杂的地球化学过程制约了对俯冲带岩浆源区俯冲成分成因的理解。玻安岩具有原生岩浆特征，为高度亏损、难熔的地幔橄榄岩受俯冲组分影响的高度重熔产物，因此，是研究俯冲带岩浆源区俯冲成分成因的理想对象。除Bonin弧前Hahajima海山玻安岩，本项目将选取与其不同成分、代表不同年代形成的塞浦路斯Troodos地区、北祁连山玻安岩，在我们已有对俯冲变质作用“正演”元素地球化学行为研究的基础上，进行岩石学、全岩-矿物主微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf-Fe同位素分析，研究玻安岩富集组分的成因，“反演”元素在俯冲板块-地幔楔界面的地球化学行为，探讨大洋岩石圈俯冲与俯冲带岩浆作用成因关系，理解俯冲带原生岩浆的Fe同位素组成与影响因素，揭示对俯冲带岩浆源区氧化还原状态的可能指示意义。

俯冲带地球化学过程和结果是海洋地质研究的重要内容之一，——没有大洋岩石圈俯冲变质作用就没有俯冲带岩浆作用。然而，俯冲带复杂的地球化学过程制约了对俯冲带岩浆源区俯冲成分的示踪和对俯冲带岩浆成因的准确理解，因此，对俯冲带地球化学过程和结果的研究对理解壳幔相互作用、洋-陆转换具有重要意义。玻安岩代表了受不同俯冲组分影响的高度亏损难熔地幔橄榄岩的原生岩浆，且并非所有的玻安岩都具有富集水溶性元素/不相容性元素的特征，所以有必要通过不同成分玻安岩进一步探讨俯冲组分和其地球化学结果。俯冲带流体可以有多种物理化学性质，能够引起不同的元素地球化学行为，如水流体，含水熔体。因此，本项目分析了北祁连造山带大岔大阪地区和塞浦路斯Troodos玻安岩，并整理对比了全球分布的代表性玻安岩数据，发现俯冲板块的熔体贡献和地幔亏损程度有关，即越亏损的地幔所受到的俯冲板块熔体贡献越大；而玻安岩地幔源区中并非普遍存在相同的俯冲板块流体影响，与玻安岩产出的构造环境有关，——俯冲带上（Supra-Subduction Zone，SSZ）产出的玻安岩较弧前玻安岩常具有更显著的水流体作用影响（如更高的Ba/La比）。同时，通过分析Bonin和塞浦路斯Troodos地区分布的玻安岩Fe同位素组成，与已发表的玻安岩Fe同位素数据（主要集中于New Caledonia）对比，发现了Troodos作为高Ca玻安岩所代表的较低亏损程度地幔部分熔融的产物，具有比低Ca玻安岩较重的Fe同位素组成，反映了不同亏损程度所造成的地幔成分不均一性对玻安岩Fe同位素组成的影响，从而提出地幔亏损程度可能导致包括玻安岩在内的俯冲带岩浆比大洋玄武岩普遍具有轻的Fe同位素组成。另外，埃达克岩最初作为俯冲年轻洋壳部分熔融的产物，其成因对于理解俯冲带壳——幔相互作用过程也具有重要意义。申请人通过对比北祁连造山带同一年龄、同一碰撞造山背景下形成的两个分别具有埃达克质和非埃达克质岩浆地球化学特征的花岗岩岩体和其中的铁镁质暗色包体（MME）的矿物成分，发现了埃达克质岩浆特征可能受控于母岩浆成分和其后所控制的不同矿物的结晶分异过程，而这些都实际归结于熔体的来源——俯冲洋壳成分，从而提出俯冲洋壳成分不均一性的重要性。