洋中脊和洋岛玄武岩过剩²³⁰Th成因:全球铀系同位素数据库、常量和稀土元素地球化学制约

详细信息   

• 责任者：张国良^c中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室 ; 曾志刚
• 刊名：中国科学：地球科学
• 出版年：2010
• 卷期：40^b10
• 关键词：洋岛玄武岩 ; 洋中脊 ; 钍—230 ; 铀系计时20^a地幔源 ; 单斜辉石 ; 石榴子石岩 ; 尖晶石 ; 二辉橄榄岩 ; 元素地球化学 ; 稀土元素 ; 稀土配分
• 页码：1389～1409
• 索书号：P106/141-1
• 图表：^c参59插图
• 分类号：0610,0300
• 文摘期号：2011/05

摘要

通过洋中脊和洋岛玄武岩²³⁰Th‐²³⁸U不平衡和常量元素数据，进行地幔熔融参数计算，并分析了过剩²³⁰Th的成因。快速和慢速洋中脊玄武岩(²³⁰Th-²³⁸U)在整体上与初始熔融深度(Fe₈，P₀)和平均熔融程度(Na₈，F_melt)明显呈正相关；洋岛玄武岩过剩²³⁰Th与地幔初始熔融深度和平均熔融程度没有明显的相关性，且与洋中脊玄武岩相比，其较高的(²³⁰Th‐²³⁸U)反而对应更低的部分熔融程度。这表明洋中脊玄武岩过剩²³⁰Th受地幔熔融条件的控制，洋岛玄武岩过剩²³⁰Th更像是受深部难熔石榴子石相的控制，而不直接受控于地幔熔融条件。计算获得绝大多数²³⁰Th过剩的洋中脊玄武岩初始熔融压力介于1.0～2.5 GPa之间，与近年来实验在压力>1.0 GPa时单斜辉石相中出现D_U>D_Th的结论相符；洋岛玄武岩的初始熔融压力多介于2.2～3.5 GPa，大约在尖晶石-石榴子石转换带附近，其相对洋中脊玄武岩较低的过剩²²⁶Ra也暗示更深的地幔源区。据此，洋中脊和洋岛玄武岩过剩²³⁰Th可能分别形成于尖晶石‐和石榴子石‐二辉橄榄岩源区。另外，洋中脊玄武岩的K₂O/TiO₂与(²³⁰Th‐²³⁸U)和初始熔融压力(P₀)相关性不明显，因此形成过剩²³⁰Th的地幔深度范围内不存在明显的尖晶石‐石榴子石相转换。洋岛与洋中脊玄武岩在(²³⁰Th‐²³⁸U)‐K₂O/TiO₂和(²³⁰Th‐²³⁸U)‐P₀图解上位于两个明显分割的区域内，说明控制洋岛和洋中脊玄武岩过剩²³⁰Th的矿物相不同。快速和慢速扩张洋中脊Ce/Yb‐Ce曲线相似，甚至快速扩张洋中脊的Ce/Yb比值略低，相比之下，洋岛玄武岩Ce/Yb‐Ce曲线显示其受石榴子石影响较为明显。因此，洋中脊与洋岛玄武岩过剩²³⁰Th的控制因素存在明显的差异性，而过剩²³⁰Th形成于石榴子石源区的机制只适合于洋岛而不适合于洋中脊玄武岩。