岛弧岩浆岩及大洋沉积物的硅（Si）同位素组成

To investigate how Si isotope fractionated during dehydration and partial melting processes during subduction and how the addition of subducted materials affect Si isotope compositions of the mantle, we plan to analyze Si isotopes of Kamchatka arc lavas, Kick’em Jenny（KEJ）arc lavas from Southern Lesser Antilles, and pelagic sediments around KEJ. The mantle source of Kamchatka arc lavas experienced metasomatism by subduction-related fluid and melt, and the mantle source of KEJ arc lavas experienced metasomatism by melts of subducted pelagic sediments. The Si isotope compositions of these arc lavas could reflect the effect of subduction related fluids, melts and pelagic sediments to mantle. To constrain the Si isotope compositions of pelagic sediments, we also plan to analyze the sediment core samples from DSDP Site 144 and Site 543, which are close to KEJ arc..The preliminary Si isotope data of some Kamchatka arc lavas are heavier than mantle, and there are correlations between Si isotopes and Sr/Y and Ba/Th ratios. This indicates that the addition of subduction fluids and melts could produce heterogeneous Si isotope compositions in mantle. To further study the Si isotope compositions of arc lavas, and constrain how the addition of subducted materials into mantle would affect the Si isotope compositions of mantle, more study of arc lavas and pelagic sediments are necessary.

本项目拟分析来自勘察加、南小安德列斯的KEJ岛弧岩浆岩及附近的大洋沉积物的硅同位素组成，以研究硅同位素能否作为示踪壳幔循环的有力工具。来自勘察加的岛弧样品，源区经历过俯冲洋壳析出的流体和熔体的交代，其硅同位素组成可以用来研究洋壳俯冲脱水和部分熔融过程中硅同位素的分馏行为，并制约俯冲流体和熔体的加入对地幔的影响。KEJ岛弧的源区含有俯冲沉积物熔体，对KEJ岛弧样品及其附近的沉积物样品的硅同位素的研究，可以更好的限定沉积物熔体的加入对地幔硅同位素的影响。.预研究数据表明，源区经历过俯冲流体和熔体交代的勘察加岛弧岩浆岩具有比地幔重的硅同位素组成，且与代表熔体的指标（如Sr/Y）和流体的指标（Ba/Th）有一定的相关性。这表明俯冲流体和熔体的加入可以改造地幔的硅同位素组成。为进一步研究岛弧岩浆岩的硅同位素特征，制约俯冲物质加入的影响，我们需要对更多的岛弧岩浆岩样品和大洋沉积物样品进行硅同位素分析。

为了更好的利用硅同位素示踪壳幔物质循环过程，需要了解板块俯冲前和俯冲后硅同位素的行为，以及俯冲过程中地表物质进入地幔，可能对地幔硅同位素产生的影响。本项目的研究内容包括（1）测定勘察加岛弧和地幔楔变质橄榄岩的硅同位素组成，以研究俯冲板块析出的流体和部分熔融产生的熔体的对岛弧岩浆岩和上覆地幔楔硅同位素的影响。结果表明，俯冲过程中熔体或是流体的加入，对岛弧岩浆岩的硅同位素组成的影响并无系统性的区别，但与岛弧距离海沟的位置有一定相关性；地幔楔变质橄榄岩样品的硅同位素数据显示，俯冲板块析出的流体对上覆地幔楔的硅同位素组成改造并不明显。（2）测定KEJ俯冲岛弧附近的大洋沉积物样品的硅同位素组成，以研究大洋沉积物俯冲对岛弧岩浆岩硅同位素的影响。结果显示，沉积物样品的硅同位素变化范围非常大，δ30Si值从-0.77‰变化至+0.50‰。但含有俯冲沉积物熔体的KEJ岛弧岩浆岩，其硅同位素的变化范围与勘察加岛弧样品没有明显区别，δ30Si值从-0.27‰到-0.14‰，表明沉积物的加入不会显著影响岛弧岩浆岩的硅同位素组成。.此外在原先计划的基础上，补充了对土壤、沉积物、黄土和蚀变洋壳等样品的硅同位素测量。结果显示，大陆上地壳硅同位素组成限定在-0.22±0.06‰（2SD），与前人的结果一致；而某些蚀变程度较高的洋壳样品具有较大的δ30Si值变化范围（-0.58‰至-0.27‰），但大部分洋壳样品的硅同位素组成与新鲜大洋玄武岩一致，表明海水蚀变可能影响部分海洋地壳的硅同位素，但整体的影响有限。