方 雪 , 曾志剛 , , 胡思誼 , 朱博文 , 齊海燕 萬世明 ,徐兆凱

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所, 山東 青島 266071; 2. 中國科學(xué)院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室, 山東 青島266071; 3. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 4. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點國家實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室, 山東 青島 266071; 5. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點國家實驗室海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實驗室, 山東 青島 266071)

沖繩海槽是位于歐亞大陸東緣的新生弧后盆地,海槽中火山活動頻繁, 廣泛發(fā)育火山巖, 可以作為研究弧后盆地早期巖漿作用的理想場所[1-2]。海槽中巖石類型多樣, 從基性到酸性均有出露, 其中酸性巖多以浮巖形式產(chǎn)出, 主要分布在海槽的北段和中段[3]。作為海槽內(nèi)分布最廣的火山巖, 浮巖被許多國內(nèi)外學(xué)者用來研究沖繩海槽巖漿的物質(zhì)組成及演化規(guī)律[1-6]。

沖繩海槽浮巖作為海底火山噴發(fā)的產(chǎn)物, 氣孔十分發(fā)育, 質(zhì)地疏松且易蝕變。根據(jù)浮巖的顏色特征,可將沖繩海槽的浮巖分為白色浮巖和黑色浮巖[3-4],Shinjo和Kato[2]對海槽中的浮巖進行了詳細(xì)的元素和 Sr-Nd同位素組成研究, 又將灰白色浮巖分成了三類。前人對黑色及白色浮巖的斑晶礦物組成和地球化學(xué)特征進行了諸多探討, 并對其成因進行了分析[3,7-9]。廖仁強等[8]認(rèn)為, 黑色及白色浮巖具有不同的斑晶礦物組成, 但兩種浮巖具有相同的玄武質(zhì)巖漿源區(qū); 秦蘊珊等[7]通過黑色及白色浮巖的微量元素特征, 推斷兩種浮巖來自于不同的巖漿源, 且經(jīng)歷了不同的演化過程。此外, 作為海底巖漿作用信息的重要載體, 許多學(xué)者還利用浮巖對海槽的巖漿源及組成進行了探討[2,4-6,9-13]。黃朋等[13]認(rèn)為沖繩海槽巖漿物質(zhì)來源于PREMA地幔; Zhang等[12]認(rèn)為沖繩海槽中部酸性浮巖的 Pb同位素組成代表了 DUPAL地幔的存在; Guo等[9]根據(jù)黑色及白色浮巖地球化學(xué)特征, 推斷其同位素組成產(chǎn)生差異的原因可能是由于受地殼混染的程度不同。由此可見, 前人對浮巖的成因及海槽的巖漿源的研究仍存在分歧[7-13]。除了分析手段及方法上的差異, 樣品本身的差異可能是產(chǎn)生分歧的主要因素?；鹕綆r的產(chǎn)出形態(tài)及元素組成特征是對巖漿活動的物理、化學(xué)信息的傳達(dá)。浮巖的出露位置相近, 產(chǎn)出形態(tài)及地球化學(xué)組成卻存在較大差異, 不僅說明沖繩海槽巖漿活動的復(fù)雜, 更提醒我們在對浮巖進行成因分析時要注意浮巖類型劃分, 才能有針對性地詮釋其蘊含的巖漿活動信息。

白色浮巖在沖繩海槽北段、中段、南段均有分布(以吐噶喇?dāng)嗔褞Ш蛯m古斷裂構(gòu)造帶為界[2-3,5-7,9-12]),而黑色浮巖只在海槽個別站位出現(xiàn)[3,8-9,13]。由于獲取的黑色浮巖樣品較少, 許多學(xué)者在對海槽浮巖進行研究時, 難以充分考慮兩種浮巖之間的差異或聯(lián)系。目前有關(guān)黑色、白色浮巖的對比性研究相對比較缺乏[3,8-10], 這限制了我們對沖繩海槽浮巖多樣性的認(rèn)識。此外, 除了顏色上的差異, 驅(qū)動巖漿上升和噴發(fā)的物理條件也會導(dǎo)致浮巖的產(chǎn)出形態(tài)不同[14]。海槽中不同期次噴發(fā)的巖漿其性質(zhì)和組成也可能存在較大差異[15]。由于難以獲得火山巖樣品的年齡, 多數(shù)學(xué)者在研究海槽巖石成因及巖漿演化時沒有很好的年齡框架來進行約束[5-6,8-9,12], 而不同時期噴發(fā)的巖漿, 其組成及源區(qū)構(gòu)造條件可能發(fā)生變化[13,15],這使得研究結(jié)果存在差異。

沖繩海槽火山活動頻繁[16-19], 巖漿活動具有多期次的特點[15]。晚第四紀(jì)以來, 沖繩海槽被巨厚的沉積物所覆蓋[20-21], 沉積物中可能攜帶大量的火山活動信息, 因此火山活動的產(chǎn)物(例如: 浮巖碎屑)很有可能保存在沉積物中。盡管前人在沖繩海槽浮巖方面的研究取得了許多成就, 然而, 前人研究的浮巖,多數(shù)是通過電視抓斗、拖網(wǎng)等方式獲取的海底表面及表層沉積物中的巖石樣品[5-6,8,11-13], 對巖心沉積物夾層中浮巖的報道相對較少[3]。我們在沖繩海槽中部沉積物巖心中發(fā)現(xiàn)有明顯顏色差異的浮巖碎屑。因此, 本文希望在前人研究的基礎(chǔ)上, 通過對浮巖的微觀特征及地球化學(xué)組成進行分析, 并采用間接手段對浮巖的年齡進行約束, 以加深對沖繩海槽不同類型浮巖間差異或聯(lián)系的認(rèn)識, 為將來對研究區(qū)巖漿演化的研究積累資料。

1 材料與方法

1.1 樣品特征

采用的的浮巖樣品取自沖繩海槽中部沉積物巖心S9底部浮巖層, 沉積物巖心S9于2013年“科學(xué)1”號“HOBAB1”航次在沖繩海槽中部利用重力活塞柱獲取(水深 1 062 m, 29°23.498 9′N, 128°15.823 0′E),柱樣全長251 cm, 浮巖層位于237～226 cm, 厚度約11 cm。浮巖碎屑新鮮, 碎屑顆粒大小為0.5～15 mm。其中, 位于237～236 cm層位的浮巖碎屑, 根據(jù)其顏色可分為白色、灰白色、棕色浮巖, 依次編號F1, F2,F3。灰白色浮巖還可根據(jù)氣孔構(gòu)造和流動構(gòu)造分為兩個亞類, 編號為 F2a, F2b(圖 1)。選取的浮巖樣品較新鮮, 沒有發(fā)生明顯蝕變。其中白色浮巖顏色雪白,具有小而密集的氣孔, 表面可見輝石、角閃石等斑晶礦物, 基質(zhì)為玻璃質(zhì); F2a浮巖氣孔較大, 主要呈不規(guī)則狀, 玻璃質(zhì), 斑晶礦物極少(小于1%); F2b浮巖具有定向拉長的氣孔, 流動構(gòu)造明顯, 基質(zhì)為纖維狀玻璃; 棕色浮巖顏色為棕褐色, 與前人研究的黑色浮巖相似, 氣孔較白色浮巖大, 斑晶礦物極少, 基質(zhì)為泡沫狀玻璃。

1.2 分析方法

1.2.1 樣品前處理

由于此次研究的樣品是沉積物巖心中的浮巖碎屑, 浮巖碎屑?xì)饪字锌赡鼙怀练e物充填, 因此需要先將沉積巖心中的浮巖挑選出來再進行處理。首先將浮巖層樣品置于燒杯中, 加入體積分?jǐn)?shù)為 5%的H2O2室溫放置 12 h, 以去除沉積物中的有機質(zhì)。然后將樣品置于 63 μm 孔徑的篩子中, 用去離子水反復(fù)沖洗松散的沉積物后, 置于烘箱中烘干, 以備挑選。利用體式鏡進行浮巖碎屑的挑選, 挑選出的浮巖碎屑處理方法參考張玉祥等[22]。首先將挑選出來的浮巖置于超聲波清洗機內(nèi)清洗, 每隔20 min換一次去離子水, 直到清洗樣品后的水清澈無渾濁, 有效去除浮巖氣孔內(nèi)松散的沉積物。然后, 將浮巖碎屑置于0.5 mol/L的稀鹽酸中, 60℃水浴加熱2 h以去除次生碳酸鹽和鐵-錳氧化物。最后將浮巖碎屑浸泡在熱的超純水中7天并每天換水, 以去除 Cl離子, 直至取上清液加入 AgNO3無沉淀后將浮巖碎屑烘干, 進 行下一步工作。

圖 1 巖心S9中浮巖碎屑手標(biāo)本照片F(xiàn)ig. 1 Hand specimen photographs of pumice clasts recovered from Core S9

1.2.2 樣品分析方法

隨機選取處理好的浮巖樣品, 制靶鍍碳后用掃描電鏡(SEM)觀察浮巖的微觀結(jié)構(gòu)。掃描電鏡分析在中國科學(xué)院海洋研究所完成, 儀器型號為 VEGA3,生產(chǎn)廠家為捷克TESCAN公司。儀器配備能譜分析儀, 采用工作電壓15～20 kV, 工作電流18～22 mA。

將前處理好的浮巖樣品用瑪瑙研缽研磨到小于200目, 用于主、微量元素分析。主、微量元素分析在澳實分析檢測(廣州)有限公司, 澳實礦物實驗室完成。主量元素分析所使用儀器是電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES), 生產(chǎn)廠家為美國 Agilent公司, 儀器型號為VISTA。微量元素分析所使用的儀器是電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS), 生產(chǎn)廠家為美國Perkin Elmer公司, 儀器型號為Elan 9000。主量及微量元素的分析精度好于5%。

2 結(jié)果與討論

2.1 F1、F2、F3浮巖物理性質(zhì)的差異

浮巖是火山爆發(fā)的常見產(chǎn)物, 一般產(chǎn)自含水較多的硅酸鹽巖漿, 具有密度低、氣孔率高的特點[23]。浮巖的產(chǎn)出形態(tài)不同, 可能與巖漿上升和噴發(fā)的物理過程有關(guān)[14]。浮巖的物理性質(zhì)主要包括: 質(zhì)量、顏色、密度、氣孔孔徑和構(gòu)造特征等。本文研究的浮巖, 質(zhì)輕、比重較小。掃描電鏡觀察結(jié)果如圖2所示, 浮巖均由氣孔和氣孔壁組成, 氣孔壁為玻璃質(zhì),氣孔由氣孔壁相連。背散射圖像可以看出不同類型的浮巖其構(gòu)造特征存在差異。其中, F2a氣孔大小介于 1～160 μm, 似蜂窩狀, 大氣孔中有小氣孔, 不具有流動構(gòu)造(圖 2)。相反, F2b具有明顯的流動構(gòu)造,氣孔及氣孔壁呈定向拉長, 氣孔之間具有連通性(圖2)。這種流動構(gòu)造主要是由于噴出的熔巖在流動過程中冷凝固結(jié)導(dǎo)致的[24-25]。而流動構(gòu)造的產(chǎn)生, 又與巖漿的黏度密切相關(guān), 在黏度較大的酸性巖漿中, 流動構(gòu)造十分發(fā)育[24]。因此, 浮巖的微觀結(jié)構(gòu)特征可能表明F2b浮巖的巖漿黏度較F2a浮巖大。F1浮巖氣孔小而密集, 氣孔大小介于 1～50 μm, 且排列雜亂,具有氣孔構(gòu)造及不太明顯的流動構(gòu)造(圖 2), 說明其巖漿黏度可能較F2b小, 較F2a大。F3樣品的氣孔比其他類型浮巖大, 氣孔大小介于 5～250 μm, 氣孔度最高, 約占浮巖總體積 70%。F3氣孔呈氣泡破裂狀(圖 2), 這主要是巖漿快速上升至地表時, 溫度、壓力驟降, 使得揮發(fā)分膨脹出溶而形成的[25]。這一特征表明F3浮巖的巖漿黏度相對較白色浮巖低, 且?guī)r漿流動性較好。此外, 氣孔特征也可以反映壓力變化,在初始巖漿成分一樣的情況下, 多階段減壓過程,會導(dǎo)致浮巖氣孔數(shù)量少、孔徑大[25]。我們觀察到的白色浮巖氣孔小且密集, 棕色浮巖氣孔大而疏松,這種現(xiàn)象可能說明棕色浮巖巖漿經(jīng)歷過多階段減壓過程, 而白色浮巖巖漿經(jīng)歷了連續(xù)減壓過程, 這一現(xiàn)象也與廖仁強等[8]觀察到的一致。通過觀察浮巖的微觀結(jié)構(gòu), 我們認(rèn)為巖漿的黏度和壓力不僅會影響巖漿上升的速度, 還會對浮巖的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

圖2 巖心S9中浮巖碎屑的微觀結(jié)構(gòu)SEM圖像Fig. 2 SEM images of microstructures of pumice clasts in Core S9

2.2 F1、F2、F3浮巖元素組成的差異

作為海槽中分布最廣的火山巖, 浮巖的地球化學(xué)特征反映了其原始巖漿的物質(zhì)組成及經(jīng)歷的演化過程[5-6]。盡管前人對黑色及白色浮巖的地球化學(xué)特征做了相關(guān)的報道, 但由于沖繩海槽構(gòu)造條件復(fù)雜,樣品具有多樣性, 不同學(xué)者報道的黑色和白色浮巖的元素組成仍存在著較大差異[2,7-9,12]。為了更好地認(rèn)識沖繩海槽不同產(chǎn)出形態(tài)浮巖之間的元素組成差異, 我們對巖心S9中的這幾種浮巖的地球化學(xué)組成進行了對比分析。浮巖的主量元素和微量元素組成見表1。

為了更好地比較巖心S9中不同浮巖碎屑的主量元素差異, 對F1、F2、F3浮巖的主量元素進行上地殼標(biāo)準(zhǔn)化(圖3)。從浮巖的主量元素組成及上地殼標(biāo)準(zhǔn)化圖解可以看出, 巖心S9中棕色浮巖F3的TiO2,Al2O3, Fe2O3, MgO, CaO含量明顯高于白色浮巖F1(表 1, 圖 3), 且這些主量元素含量在浮巖碎屑中的高低為 F3＞F2b＞F2a＞F1。F3浮巖的 Na2O 含量略低于F2浮巖, 略高于F1浮巖。此外, 棕色浮巖的K2O含量明顯低于白色浮巖, 且 4種浮巖的 K2O含量具有 F1＞F2a＞F2b＞F3 的特征(圖 3)。未蝕變的浮巖顏色產(chǎn)生差異的原因, 可能與浮巖的主量元素組成及玻璃基質(zhì)中的微晶有關(guān)[14,26]?；|(zhì)中富 Fe3+氧化物微晶(如: 赤鐵礦, 磁鐵礦等)的分布會影響浮巖碎屑的顏色[23]。廖仁強等[8]曾指出, 黑色浮巖中發(fā)育鈦鐵礦、鈦磁鐵礦, 基質(zhì)玻璃中密集分布著礦物雛晶, 而白色浮巖不具備這些特征。S9浮巖的主量元素也顯示, 棕色浮巖的全鐵含量[w(Fe2O3T) = 6.43%]明顯高于白色浮巖的全鐵含量[w(Fe2O3T) = 3.02%], 這一特征也與 Guo等[9]報道的黑色及白色浮巖一致。這些特征表明, 本文中浮巖的顏色差異可能與全鐵含量及斑晶礦物組成有關(guān)。顏色較深的棕色及黑色浮巖相比白色及灰白色浮巖, 具有更高的全鐵含量, 且斑晶礦物中存在磁鐵礦和鈦鐵礦。

微量元素組成可以很好地反映巖漿源區(qū)的特征,及其形成條件和演化過程[28]。因此, 微量元素可以作為巖漿作用的指示劑。

表1 沖繩海槽中部巖心S9中浮巖的主量及微量元素組成Tab. 1 Major and trace element compositions of pumice clasts in Core S9 from the middle Okinawa Trough

圖 3 巖心S9中浮巖碎屑主量元素上地殼標(biāo)準(zhǔn)化圖解(上地殼主量元素數(shù)值引自Rudnick和Gao [27])Fig. 3 Upper continent crust (UCC)-normalized major element patterns of pumice clasts in Core S9 (major element compositions of UCC are from Rudnick and Gao[27])

為了進一步比較巖心S9中浮巖碎屑的微量元素組成差異, 分別對F1、F2、F3浮巖的微量元素進行洋中脊玄武巖(N-MORB)標(biāo)準(zhǔn)化, 對稀土元素(REE)進行球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化, 結(jié)果如圖4、5所示。F1、F2、F3浮巖的微量元素蛛網(wǎng)圖模式相似, 均表現(xiàn)出大離子親石元素(如: Rb、Ba、K、Th、U)的富集及高場強元素(如: Nb、Ta)的虧損。這一特征表明浮巖巖漿在演化的過程中可能受到了俯沖組分的影響[29], 與島弧火山巖的特征相似。通過比較分析, 發(fā)現(xiàn)白色浮巖 F1 具有最高的w(Rb)、w(Ba)、w(Th)、w(U)、w(Nb)、w(Ta), 而棕色浮巖 F3具有最低的w(Rb)、w(Ba)、w(Th)、w(U)、w(Nb)、w(Ta), 灰白色浮巖 F2a、F2b的這些微量元素含量介于F1和F3之間。此外, 從微量元素蛛網(wǎng)圖可以看出, S9浮巖均表現(xiàn)明顯的Pb元素富集, 以及P、Ti元素的虧損, 且虧損程度表現(xiàn)出F1＞F2a＞F2b＞F3 的特征。與海槽中部玄武巖[6,30]相比,F1、F2、F3浮巖的微量元素分布模式與其相似, 暗示了巖漿的分異作用。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖中, F1、F2、F3浮巖都表現(xiàn)出輕稀土富集, 重稀土分餾不明顯的趨勢(圖5)。其中, F2a具有最高的稀土元素含量[w(ΣREE)=115.3 μg/g]和輕稀土元素含量[w(ΣLREE)=93.1 μg/g], F3 浮巖的ΣREE 和ΣLREE最低[w(ΣREE)=100.6 μg/g,w(ΣLREE)=80.6 μg/g]。F3浮巖具有最低的w(La/Sm)N和最低的w(La/Yb)N。F1浮巖具有最明顯的Eu負(fù)異常[δEu=0.6;δEu=2w(Eu)/w(Sm+Gd)]和最高的w(La/Sm)N。

圖4 巖心S9中浮巖的微量元素N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化圖解[6, 9, 12-13, 30-31]Fig. 4 N-MORB normalized trace element patterns of pumice clasts in Core S9[6, 9, 12-13, 30-31]

圖5 巖心S9中浮巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解[6, 9, 12-13, 30-31]Fig. 5 Chondrite normalized REE patterns of pumice clasts in Core S9[6, 9, 12-13, 30-31]

2.3 F1、F2、F3浮巖對巖漿演化的指示意義

在巖漿固結(jié)成巖過程中及以后, 受地球化學(xué)風(fēng)化作用的影響, 海底巖石會發(fā)生不同程度的蝕變,而蝕變交代作用會使得部分微量元素發(fā)生遷移, 進而導(dǎo)致巖石元素組成的變化[24]。因此, 我們應(yīng)該選擇保守的元素(受風(fēng)化作用影響較小的元素)(例如: Zr、Y、Nb、REE等)研究巖漿的物質(zhì)組成及演化過程[28,32]。在巖漿演化的過程中, Zr、Ti為典型的不相容元素,w(Zr)和w(Zr)/w(Ti)可以用來替代w(Si)作為巖漿演化的指標(biāo)[32]。V與 Ti具有相似的地球化學(xué)特征, 都傾向于進入Fe-Ti氧化物, 而Co為高度相容元素, 主要富存于橄欖石中[28]。在微量元素哈克圖解中(圖6),隨著不相容元素 Zr含量的增加, 同區(qū)玄武巖、安山巖及流紋巖表現(xiàn)出較好的線性相關(guān)關(guān)系。其中, 相容元素V、Co隨著Zr含量的升高而降低, 說明它們在巖漿演化過程中進入到礦物相中, 隨礦物結(jié)晶發(fā)生了分離(圖6)。而不相容元素(如: Rb, La, Ba等)的含量隨著Zr含量升高而增加, 表明不相容元素在殘留巖漿中的含量越來越高。從w(V)-w(Zr),w(Rb)-w(Zr),w(La)-w(Zr)圖中可以看出, F1、F2、F3浮巖的微量元素組成與沖繩海槽玄武巖的微量元素組成表現(xiàn)出有規(guī)律的線性變化關(guān)系, 說明 S9浮巖成因與同區(qū)玄武巖存在一定的聯(lián)系。前人研究發(fā)現(xiàn), 沖繩海槽中部大多數(shù)浮巖在地球化學(xué)組成上主要屬于流紋巖或流紋質(zhì)英安巖[2-3,7-13]。在微量元素哈克圖解中(圖6), F1、F2浮巖與同區(qū)流紋巖落于同一區(qū)域, 具有相似的地球化學(xué)組成, 說明這兩種浮巖在地球化學(xué)組成上也屬于流紋巖或流紋質(zhì)英安巖。而F3浮巖的微量元素組成介于安山巖與流紋巖之間, 說明其演化程度較F1、F2低。

圖6 沖繩海槽中部火山巖微量元素及比值哈克圖解[2, 6, 27, 30]Fig. 6 Harker diagrams of trace elements and their ratios for volcanic rocks from the middle Okinawa Trough[2, 6, 27, 30]

在中-酸性巖漿中Ti為弱不相容元素, P為中等不相容元素, 初始巖漿形成時這些元素較易進入熔體, 在巖漿結(jié)晶作用的早期階段, Ti、P可以形成鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、磷灰石等而發(fā)生分異, 從而導(dǎo)致在巖漿演化后期出現(xiàn)相應(yīng)元素的虧損[2,33]。從N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖(圖4)可以看出, 與同區(qū)基性玄武巖相比, F1、F2、F3浮巖均表現(xiàn)出明顯的P、Ti負(fù)異常, 說明發(fā)生了礦物的分離結(jié)晶。從微量元素蛛網(wǎng)圖可以看出, S9浮巖中的P、Ti的虧損程度具有F1＞F2a＞F2b＞F3的特征, 再一次說明四種浮巖巖漿的演化程度不同, F1浮巖演化程度明顯高于F3浮巖,這與微量元素哈克圖中取得的認(rèn)識一致(圖6)。在角閃石和熔體的平衡體系中, K的分配系數(shù)為0.96, Rb的分配系數(shù)為 0.29[34], 隨著巖漿的演化, 角閃石的結(jié)晶分離會導(dǎo)致殘余巖漿中w(K)/w(Rb)的減小。在w(Zr)/w(Ti)-w(K)/w(Rb)圖解中(圖 7), F1、F2、F3 浮巖與同區(qū)玄武巖隨著w(Zr)/w(Ti)的增大,w(K)/w(Rb)減小,說明巖漿演化的過程發(fā)生了角閃石的結(jié)晶。這與我們觀察到的浮巖含角閃石斑晶一致, 進一步說明本文中的浮巖可能是由基性玄武質(zhì)巖漿通過結(jié)晶分異作用演化而來的。稀土元素中 Eu3+可還原為 Eu2+而取代斜長石及磷灰石中的 Ca2+, 在巖漿分離結(jié)晶過程中, 斜長石的大量晶出將導(dǎo)致殘余熔體出現(xiàn)明顯的 Eu負(fù)異常[35]。F1、F2、F3浮巖均表現(xiàn)出中等程度的 Eu負(fù)異常(圖 5), 說明巖漿演化的過程中有斜長石的晶出, 且相比棕色浮巖F3, 白色浮巖F1演化程度更高, 具有更顯著的Eu負(fù)異常。

圖7 巖心S9中浮巖的w(K)/w(Rb)-w(Zr)/w(Ti)圖解[6, 30]Fig. 7 w(K)/w(Rb)-w(Zr)/w(Ti) diagram of pumice clasts in Core S9[6, 30]

沖繩海槽火山活動頻繁, 巖漿活動具有多期次的特征, 即使是來源于同一巖漿房的巖漿, 其噴發(fā)期次不同, 物理化學(xué)條件的差異, 通常形成具有不同物理性質(zhì)和地球化學(xué)特征的火山巖[15,38]。由于樣品獲取難度較大以及研究方法的不完善, 沖繩海槽火山巖的年齡數(shù)據(jù)十分缺乏?，F(xiàn)有資料顯示, 海槽內(nèi)最老的火山巖年齡小于4 Ma, 大多數(shù)火山活動發(fā)生于1 Ma以內(nèi)[33,36-37]。陳麗蓉等[15]通過鈾系不平衡法測定了海槽中部浮巖的年齡, 表明沖繩海槽最近的一次火山噴發(fā)發(fā)生在距今 13.1 ka左右。黃朋等[38]也通過鈾系不平衡法測定了沖繩海槽浮巖的年齡,認(rèn)為沖繩海槽晚更新世以來發(fā)生了一次廣泛的酸性火山活動。噴發(fā)自海底的浮巖, 即使密度比海水小,仍會很快浸滿水而沉入海底[39-40]。S9浮巖的地球化學(xué)組成與沖繩海槽中部的熔巖[13]及前人報道的浮巖[9,12-13]具有相似性(圖4和圖5), 說明S9浮巖是沖繩海槽中部巖漿作用的產(chǎn)物。此外, F1、F2、F3浮巖表面新鮮, 未見明顯蝕變, F2及F3浮巖磨圓較差,F1浮巖部分顆粒磨圓中等, 表明S9浮巖沒有經(jīng)歷長距離的搬運(圖 1)。因此, 可以利用浮游有孔蟲的放射性碳年齡代表浮巖的噴發(fā)年齡。根據(jù)浮游有孔蟲放射性14C同位素測年得到的229～230 cm的沉積年齡為12.1 ka BP[41]。前人對該柱狀樣243～244 cm 測定的沉積年齡(13.9 ka BP[42])。本文運用線性內(nèi)插法得到的236～237 cm的沉積年齡為13.1 ka BP, 因此S9中浮巖的噴發(fā)年齡可能為13.1 ka BP。這一結(jié)果與前人報道的12.7 ka BP左右的酸性火山活動具有較好的一致性[15,38], 說明巖心S9中的浮巖很有可能是該地質(zhì)時期產(chǎn)生的。由此可見, 即使是同一時期噴發(fā)的巖漿, 物理化學(xué)性質(zhì)也存在著差異, 這也更加說明了沖繩海槽巖漿活動的復(fù)雜性。

3 結(jié)論

本文對從沖繩海槽中部沉積物柱狀樣S9中挑選出來的浮巖進行了微觀特征和地球化學(xué)組成的研究,根據(jù)浮巖的微觀結(jié)構(gòu)、元素組成及年代學(xué)特征, 得到了以下認(rèn)識: 沖繩海槽中部距今13.1 ka左右的酸性火山活動產(chǎn)生的浮巖至少有三種顏色兩種構(gòu)造特征。白色、灰白色及棕色浮巖具有同源性, 但經(jīng)歷了不同的演化過程。這三種顏色的浮巖來源于玄武質(zhì)巖漿經(jīng)過充分的結(jié)晶分異作用形成的流紋質(zhì)及流紋英安質(zhì)巖漿。玄武質(zhì)巖漿在演化的過程中發(fā)生了斜長石、角閃石、輝石、Fe-Ti氧化物、磷灰石等礦物的分離結(jié)晶。演化程度相對較低的棕色浮巖具有比白色浮巖高的TiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, CaO含量,且棕色浮巖具有相對最低的 w(∑REE)和 w(∑LREE)。浮巖的顏色差異可能與富鐵斑晶礦物組成差異有關(guān)。顏色較深的棕色及黑色浮巖相比白色及灰白色浮巖, 具有較高的全鐵含量, 且斑晶礦物中存在磁鐵礦、鈦鐵礦。此外, 我們認(rèn)為浮巖物理性質(zhì)的差異性對分析沖繩海槽酸性火山巖巖漿源性質(zhì)具有重要意義。具有流動構(gòu)造且發(fā)育小而密集氣孔的浮巖巖漿可能具有黏度相對較大, 壓力連續(xù)降低的特點, 而不具有流動構(gòu)造且發(fā)育大而疏松氣孔的浮巖巖漿可能具有黏度相對較小, 壓力階段性降低的特點。

同一地質(zhì)時期, 巖漿源相同, 驅(qū)動巖漿上升和噴發(fā)的物理、化學(xué)條件的差異會形成具有不同物理性質(zhì)的浮巖。未來工作應(yīng)該充分結(jié)合巖石的物理性質(zhì)和地球化學(xué)特征進行綜合全面的分析, 才能對沖繩海槽地區(qū)浮巖的成因、巖漿演化過程及演化規(guī)律取得更深的認(rèn)識。