海洋所研究揭示沖繩海槽海底火山噴發(fā)機(jī)制
沖繩海槽是位于我國(guó)東海大陸架外緣的一個(gè)新生弧后盆地,廣泛分布有海底火山,但對(duì)沖繩海槽海底火山下覆巖漿儲(chǔ)庫(kù)的持續(xù)活躍時(shí)間及其噴發(fā)驅(qū)動(dòng)機(jī)制缺乏了解。中科院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曾志剛研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)“科學(xué)”號(hào)科考船采自沖繩海槽南部火龍1火山(Fire Dragon volcano 1)山坡上的英安巖及其鐵鎂質(zhì)巖漿包體內(nèi)的斜方輝石和磁鐵礦進(jìn)行分析,揭示了沖繩海槽海底火山噴發(fā)機(jī)制,研究成果發(fā)表在國(guó)際地學(xué)期刊Lithos上。

圖1 沖繩海槽南部火龍1海底火山區(qū)域地質(zhì)特征
研究團(tuán)隊(duì)對(duì)采集的英安巖及其鐵鎂質(zhì)巖漿包體內(nèi)的斜方輝石和磁鐵礦進(jìn)行詳細(xì)的礦物學(xué)及微區(qū)元素含量分析,結(jié)果顯示,英安巖中斜方輝石表現(xiàn)出明顯的成分環(huán)帶,相對(duì)于邊部,核部具有高氧化錳(MgO)含量、顯著富集過渡金屬元素(Cr、V和Ni),且核部與玄武質(zhì)巖漿平衡,而邊部則與流紋質(zhì)熔體平衡。這表明斜方輝石邊部結(jié)晶于淺層酸性巖漿儲(chǔ)庫(kù),核部為來自于深部的基性巖漿儲(chǔ)庫(kù)的“再循環(huán)晶”,被上升巖漿夾帶進(jìn)入淺層巖漿儲(chǔ)庫(kù)。進(jìn)一步,斜方輝石Fe-Mg擴(kuò)散年代學(xué)表明斜方輝石核部進(jìn)入淺層巖漿儲(chǔ)庫(kù)后經(jīng)歷了很長(zhǎng)的滯留時(shí)間(約600年;圖3),說明淺層巖漿儲(chǔ)庫(kù)具有較長(zhǎng)的持續(xù)活躍時(shí)間。

圖2 英安巖中斜方輝石及其平衡熔體的成分特征

圖3 英安巖中具有典型環(huán)帶特征的斜方輝石Fe-Mg元素?cái)U(kuò)散時(shí)間模擬
Ni元素在磁鐵礦中擴(kuò)散速率較快,然而包體和寄主英安巖中磁鐵礦Ni元素含量存在顯著差異,反映了基性巖漿注入淺層酸性巖漿儲(chǔ)庫(kù)中形成包體到巖漿噴發(fā)必須發(fā)生在很短的時(shí)間內(nèi)(<24小時(shí);圖4),從而抑制磁鐵礦中Ni元素發(fā)生擴(kuò)散平衡。

圖4 鐵鎂質(zhì)包體中磁鐵礦(晶體半徑15-50 μm)Ni元素?cái)U(kuò)散平衡模擬
鐵鎂質(zhì)包體相對(duì)寄主英安巖富集氣孔,氣孔周圍分布大量磁鐵礦(即磁鐵礦-氣泡結(jié)構(gòu)),表明揮發(fā)分飽和的基性巖漿注入淺層酸性巖漿儲(chǔ)庫(kù)。高溫、富含揮發(fā)分的基性巖漿的注入,一方面可以降低酸性巖漿的密度和粘度,另一方面引起淺層巖漿儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)的壓力增加,導(dǎo)致晶粒間隙中的熔體被壓實(shí)擠出,進(jìn)而形成基質(zhì)成分為流紋質(zhì)的貧斑晶英安巖。因此,最后一次(噴發(fā)前24小時(shí)內(nèi))富揮發(fā)分基性巖漿的注入觸發(fā)了淺部酸性巖漿儲(chǔ)庫(kù)的噴發(fā)(圖5)。

圖5 沖繩海槽南部火龍1海底火山深部巖漿過程及其時(shí)間尺度的模式圖
論文第一/通訊作者為中科院海洋所陳祖興博士,曾志剛研究員為共同通訊作者,研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目聯(lián)合支持。
論文信息:
Zuxing Chen*, Landry Soh Tamehe, Yuxiang Zhang, Shuai Chen, Zhigang Zeng* et al. Mafic magma recharge triggered eruption of a long-lived shallow silicic magma reservoir beneath a submarine volcano from the southwestern Okinawa Trough. Lithos, 2023, 452-453: 107229, https://doi.org/10.1016/j.lithos.2023.107229.
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