馬努斯海盆東部裂谷巖漿演化過程——火山巖中斜長石斑晶的啟示

王 雄, 黃 朋, 黃海軍, 胡寧靜

馬努斯海盆東部裂谷巖漿演化過程——火山巖中斜長石斑晶的啟示

王 雄1, 2, 黃 朋1, 3, 4, 黃海軍1, 胡寧靜3, 5

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所 海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 2. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室 海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 4. 中國科學(xué)院 海洋大科學(xué)研究中心, 山東 青島 266071; 5. 自然資源部第一海洋研究所 海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266061)

巖漿巖中斜長石礦物的結(jié)構(gòu)、成分特征記錄了巖漿演化過程的重要信息。本文對馬努斯海盆東部裂谷(East Rift, ER)火山巖中的斜長石斑晶進(jìn)行了詳細(xì)的礦物學(xué)研究, 結(jié)果表明: 在玄武質(zhì)安山巖中, 斜長石斑晶具正環(huán)帶結(jié)構(gòu), 核-幔部屬高An值(斜長石中鈣長石分子百分?jǐn)?shù))斜長石(An值大于80, 最大為87), 而邊緣的An值驟降(最小為63); 而在英安巖中, 大多數(shù)斜長石斑晶的成分從核部到邊部變化較小, An值逐漸緩慢降低, 呈現(xiàn)正環(huán)帶結(jié)構(gòu), 少量為韻律環(huán)帶。結(jié)合火山巖斑晶礦物形成的溫壓條件計(jì)算結(jié)果, ER地區(qū)巖漿演化過程為: 地幔源區(qū)發(fā)生部分熔融產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿(溫度～1 300 ℃); 在巖漿活動早期, 由于巖漿供應(yīng)充足, 巖漿上升過程中速度較快, 僅發(fā)生很小程度的分離結(jié)晶, 形成少量斑晶礦物, 并以較高的速度、溫度(～1 100 ℃)直接噴出海底后形成玄武巖-玄武質(zhì)安山巖; 至巖漿活動晚期, 巖漿供應(yīng)量減少, 巖漿在巖漿房(3～10 km)停留較長時(shí)間, 巖漿溫度已經(jīng)明顯下降(960～1 020 ℃), 發(fā)生強(qiáng)烈的分離結(jié)晶作用, 巖漿噴出海底形成酸性火山巖; 而在整個(gè)巖漿演化過程中, 未有明顯的巖漿混合作用發(fā)生。

馬努斯海盆; 東部裂谷; 斜長石; 礦物學(xué)特征; 巖漿演化

板塊俯沖背景下形成的海溝-島弧-弧后盆地體系在板塊構(gòu)造理論研究中扮演著十分重要的角色。作為溝-弧-盆體系的重要組成部分, 弧后盆地由于其獨(dú)特的地理位置、復(fù)雜的地球動力學(xué)條件等特征, 逐漸成為當(dāng)前地學(xué)界的研究熱點(diǎn)。通過研究弧后盆地的形成與演化, 對于深入認(rèn)識大陸與大洋板塊之間的相互作用過程、殼幔相互作用過程以及大陸邊緣演化過程等, 具有深遠(yuǎn)的科學(xué)意義[1-6]。

弧后盆地產(chǎn)出的海底火山巖, 是記錄上述地質(zhì)過程的重要載體, 而海底火山巖形成過程中結(jié)晶的礦物, 尤其是斜長石, 是指示巖漿起源及巖漿演化過程非常重要的礦物之一[7-11]。在巖漿演化過程中, 巖漿的溫度、壓力、含水量以及氧逸度等物理性質(zhì), 通?？刂浦V物結(jié)晶的時(shí)間, 進(jìn)而導(dǎo)致巖漿成分的變化。而斜長石對巖漿形成演化過程中的熱動力條件非常敏感(溫度、壓力、氧逸度等), 因此, 利用火山巖中斜長石成分可以反演計(jì)算得出巖漿物理性質(zhì)[1, 8]。并且, 作為巖漿巖中最常見的礦物, 斜長石在各類巖漿巖中均可出現(xiàn), 其結(jié)晶過程一般始于巖漿活動早期, 并隨著巖漿演化不斷的生長, 相對于其他礦物, 斜長石具有很低的CaAl-NaSi擴(kuò)散系數(shù)[9, 12], 其成分環(huán)帶更易保存。因此, 對火山巖中斜長石結(jié)構(gòu)、成分特征的研究, 有助于探討較為完整的巖漿演化過程[9-10, 13]。

西太平洋大陸邊緣發(fā)育了全球約75%的弧后盆地[2-3]。其中位于西太平洋中南部, 澳大利亞西北部新幾內(nèi)亞地區(qū)的馬努斯海盆, 是典型的弧后盆地之一。研究表明, 馬努斯海盆的形成與太平洋板塊-印度板塊碰撞俯沖有關(guān), 目前正處于弧后擴(kuò)張初級階段[14]。海盆東部發(fā)育有裂谷區(qū)(即東部裂谷: East Rift, ER), 區(qū)內(nèi)較為罕見地產(chǎn)出了從玄武巖到流紋巖的完整火山巖序列, 是深入研究俯沖帶弧后盆地巖漿作用的理想?yún)^(qū)域。對于ER火山巖特征與成因, 前人已經(jīng)進(jìn)行了一定程度的研究[15-21]。然而, 研究成果大多集中在地球化學(xué)方面, 礦物學(xué)方面的研究相對薄弱。本文旨在通過研究馬努斯海盆ER火山巖中斜長石斑晶礦物形貌特征及化學(xué)組成, 為更深入了解馬努斯海盆火山巖巖漿的形成演化提供證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

馬努斯海盆位于俾斯麥海東部(圖1a), 大地構(gòu)造位置屬俾斯麥海微板塊, 其形成與太平洋-卡洛林板塊和澳大利亞板塊之間的匯聚俯沖密切相關(guān)。約35～40 Ma開始, 太平洋-卡洛林板塊沿著馬努斯海溝向南俯沖, 形成了馬努斯島、新漢諾威島等。但是在10 Ma左右, OntongJava高原和新愛爾蘭島以及北所羅門島弧的碰撞導(dǎo)致太平洋-卡洛林板塊運(yùn)動方向的改變, 以至太平洋-卡洛林板塊運(yùn)動俯沖作用的停止。與此同時(shí), 南部的所羅門海板塊開始沿著新不列顛海溝向北俯沖, 并形成了新不列顛島等一系列島嶼[14]。之后, 俾斯麥海打開(3.5 Ma)[22], 馬努斯海盆形成(0.78 Ma)[14]。海盆內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜, 同時(shí)發(fā)育海底擴(kuò)張區(qū)以及裂解增進(jìn)區(qū), 三條主要的北東向轉(zhuǎn)換斷層橫切盆地。

圖1 馬努斯海盆區(qū)域地質(zhì)圖及東部裂谷地區(qū)地質(zhì)圖

ER地區(qū)毗鄰新不列顛島及新愛爾蘭島, 位于兩條主要的左行轉(zhuǎn)換斷層(Djaul轉(zhuǎn)換斷層和與Weitin轉(zhuǎn)換斷層)之間(圖1b)。ER地區(qū)巖漿作用尤為強(qiáng)烈, 形成一系列雁列式火山脊和海底火山穹窿(例如: Pual Ridge、SuSu Knolls等)。火山巖聲吶反射率較高, 表明ER地區(qū)是馬努斯盆地最年輕的弧后擴(kuò)張區(qū)[15], 擴(kuò)張分布在低角度正斷層與拉張帶相互作用形成的拉張帶上, 擴(kuò)張速度高達(dá)137 mm/a[23]。裂谷海底出露的巖石類型齊全, 包括一套從玄武巖到流紋巖的完整火山巖序列[15, 24]。此外, ER地區(qū)分布著多處熱液活動區(qū), 與火山作用關(guān)系密切, 主要包括Pacmanus、Desmos和SuSu Knolls三個(gè)熱液區(qū)[25]。

2 樣品及分析方法

2.1 樣品特征

本文的樣品均來自“科學(xué)號”考察船201501航次, 樣品取自ER地區(qū)的Pacmanus及Desmos熱液區(qū)(表1)。樣品均為新鮮巖石樣品, 手標(biāo)本呈黑色-灰黑色, 隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu), 氣孔構(gòu)造、致密塊狀構(gòu)造, 按巖性可分為玄武質(zhì)安山巖及英安巖。顯微觀察中: 玄武質(zhì)安山巖為少斑狀結(jié)構(gòu)(～2%), 間粒、間隱結(jié)構(gòu), 氣孔構(gòu)造(～10%), 斑晶主要為斜長石(～2%)、少量單斜輝石(<1%)以及極少量的橄欖石斑晶, 基質(zhì)主要為微晶斜長石, 其間充填單斜輝石、橄欖石或玻璃質(zhì); 英安巖主要為斑狀結(jié)構(gòu)(5%～15%), 氣孔構(gòu)造, 斑晶為單斜輝石(1%～3%)、斜方輝石(1%～2%)及斜長石(3%～10%)?；|(zhì)主要為褐色玻璃質(zhì), 局部發(fā)生脫?；? 變?yōu)樾遍L石、輝石雛晶。

火山巖樣品的主微量元素組成詳見Wang等[6], 本文僅將其主量元素測試結(jié)果置于表1, 其地球化學(xué)特征概括為: 樣品均屬中鉀鈣堿性系列, 不同巖石類型間主量-微量元素協(xié)變特征表明火山巖巖漿演化程度較高, 可能發(fā)生了橄欖石、輝石、斜長石、磷灰石以及Fe-Ti氧化物等的分離結(jié)晶作用; ER火山巖相對虧損高場強(qiáng)元素(HFSE), 而富集Pb、U以及大離子親石元素(LILE), 表現(xiàn)出島弧火山巖的特征; 火山巖一些微量元素比值(如: Nd/Pb、Ba/La等)顯示大量俯沖組分混入火山巖地幔源區(qū); 玄武質(zhì)安山巖與英安巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解均為右傾型(LaN/YbN)且近似平行, 表明兩者巖漿源區(qū)類似[6]。

表1 樣品位置及其主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)

2.2 分析方法

斜長石斑晶的顯微觀察鑒定工作在中國科學(xué)院海洋研究所巖石與礦物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行, 采用德國Zeiss AX10偏光顯微鏡, 對斜長石斑晶內(nèi)部結(jié)構(gòu)及巖石總體礦物間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)觀察及拍照。

斜長石斑晶主量元素電子探針測試(EPMA)在中國海洋大學(xué)電子探針顯微分析實(shí)驗(yàn)室完成, 使用的儀器型號為JXA-8230。工作環(huán)境: 加速電壓為15 kV, 加速電流為2×10–8A, 束斑直徑為2 μm。校正標(biāo)樣為: 透輝石(Si、Mg、Ca)、硬玉(Al、Na)、透長石(K)、金紅石(Ti)、鐵石榴石(Fe)、薔薇輝石(Mn)、綠泥石(Cr)。元素分析精度優(yōu)于1%, 測試結(jié)果經(jīng)原子序數(shù)校正、吸收校正和熒光校正(ZAF)。

3 結(jié)果及討論

3.1 斜長石斑晶的結(jié)構(gòu)及成分特征

在偏光顯微鏡下(圖2a, b), 玄武質(zhì)安山巖中的斜長石斑晶形貌多呈自形-半自形長柱狀、板狀, 粒徑100～500 μm, 部分可見聚片雙晶、卡鈉復(fù)合雙晶, 少量斜長石具環(huán)帶結(jié)構(gòu), 與前人觀察結(jié)果一致[19]。而背散射照片(圖2c)顯示斜長石斑晶的核部、幔部、邊部界限較為明顯, 其核部形態(tài)也較為規(guī)則, 各樣品中斜長石斑晶的核-幔-邊部平均主量元素組成(wt. %)見表2。斜長石斑晶的Na2O為1.38%～4.23%, 平均2.27%; CaO 為13.37%～17.97%, 平均13.23%; An值為63.07～87.51, 平均值為79.52; Ab值為12.39～36.07, 平均值為20.07。斜長石斑晶核部到邊部An值逐漸降低, 且核部An顯著大于邊部, 核部An值為82.98～ 87.51, 屬培長石, 幔部An值為80.07～85.25, 亦屬培長石, 而邊部An值驟降, 為63.07～76.85, 部分已屬于拉長石。

英安巖中的斜長石斑晶(圖2d, e, f)表面新鮮干凈, 可見聚片雙晶, 少見卡鈉復(fù)合雙晶、穿插雙晶, 粒徑200～1 000 μm, 大部分200～500 μm, 具明顯環(huán)帶結(jié)構(gòu), 最多10環(huán)。各英安巖樣品中斜長石斑晶不同部位的平均主量元素組成見表3: 大部分斜長石斑晶從核部到邊部成分變化不明顯, 其Na2O為5.37%～ 6.80%, 平均6.14%; CaO 為9.07%～10.82%, 平均9.94%; FeO為0.39%～0.72%, 平均為0.5%; MgO為0.03%～0.07%, 平均為0.05%; An值為41.95～51.09, 平均值為46.84; Ab值為48.00～56.92, 平均值為52.28; 僅少量斜長石核部可達(dá)拉長石成分, 大部分斜長石從核部到邊部均屬中長石。大部分斜長石斑晶的環(huán)帶結(jié)構(gòu)為輕微的正環(huán)帶, 另有少量斜長石具韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)。

圖2 東部裂谷火山巖斜長石斑晶鏡下照片及背散射照片

表2 玄武質(zhì)安山巖中斜長石斑晶平均主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)及其結(jié)晶溫度T(℃)、結(jié)晶壓力P(kbar)

3.2 斜長石斑晶形成的溫壓條件

斜長石的結(jié)晶與巖漿的巖漿溫度壓力條件關(guān)系密切, 因此斜長石成分的變化可反映其結(jié)晶時(shí)巖漿溫壓條件的變化[8, 11, 26]。Putirka[11]利用斜長石與熔體平衡原理, 總結(jié)出了斜長石-熔體平衡溫壓計(jì)公式:

本公式所計(jì)算得到的斜長石結(jié)晶溫度(K)和壓力(kbar)的誤差分別為36 K、2.5 kbar。

運(yùn)用此公式前, 需先判斷斜長石與熔體是否平衡, 判別公式為:

熔體成分通?？梢杂没鹕綆r全巖組分代替, 具體詳見表1。經(jīng)判別, 在玄武質(zhì)安山巖中, 斜長石斑晶的邊部與熔體達(dá)到平衡條件, 而斜長石斑晶的核部及幔部不滿足平衡公式, 說明斜長石斑晶核部及幔部可能是早先結(jié)晶的; 而在英安巖中, 斜長石斑晶核部到邊部全都滿足平衡條件。因此玄武質(zhì)安山巖斜長石邊部以及英安巖斜長石斑晶可以使用斜長石-熔體溫壓計(jì)。而對于玄武質(zhì)安山巖中的斜長石斑晶, 其核部-幔部形成的溫度、壓力需使用僅根據(jù)斜長石成分模型來計(jì)算。目前, 沒有可靠的僅根據(jù)斜長石成分來計(jì)算其形成壓力的計(jì)算公式, 但其形成的溫度, 我們可以選用Kudo等[27]提出的斜長石溫度公式:

斜長石溫度(K)計(jì)算結(jié)果表明(表1, 2): 玄武質(zhì)安山巖斜長石斑晶核部及幔部形成溫度為1 208～1 314 ℃; 邊部形成溫度為1 110～1 124 ℃, 形成壓力為0.1～1.2 kbar,平均形成壓力為0.44 kbar; 英安巖中斜長石斑晶形成溫度為970～1 002 ℃, 壓力為0.6～2.5 kbar, 絕大多數(shù)(～90%)形成于1～2 kbar, 平均形成壓力為1.45 kbar。

3.3 對巖漿演化的啟示

ER玄武質(zhì)安山巖中, 斜長石斑晶的核部-幔部屬高An值斜長石(An>80)。Sisson等[28]的研究表明, 高An值斜長石通常是巖漿早期結(jié)晶的產(chǎn)物, 且高含水率有利于高An值斜長石的形成。典型具環(huán)帶結(jié)構(gòu)的斜長石斑晶的電子探針分析結(jié)果顯示(表4): 斜長石環(huán)帶均為正環(huán)帶, 從核部到邊部An值逐漸降低(圖3a, b), 表明巖漿演化過程中, 分離結(jié)晶作用導(dǎo)致巖漿成分向酸性發(fā)展, 邊緣部An驟降則反映巖漿噴出過程的快速冷卻階段[29]。相對于玄武質(zhì)安山巖, 英安巖中具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)的斜長石數(shù)量明顯要多很多, 且斜長石環(huán)帶的環(huán)數(shù)也更高, 意味著英安巖形成過程中有可能經(jīng)歷了巖漿混合過程[5]。然而, 英安巖中具有典型環(huán)帶結(jié)構(gòu)的斜長石斑晶的電子探針分析結(jié)果顯示(表4): 大多數(shù)斜長石斑晶的成分從核部到邊部變化較小, 其環(huán)帶結(jié)構(gòu)多為正環(huán)帶, An值逐漸緩慢降低(圖3c), 僅有少量斜長石發(fā)育小尺度韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖3d)。斜長石斑晶中未見反環(huán)帶結(jié)構(gòu), 基本表明未有明顯的巖漿混合作用的發(fā)生。因此, 英安巖中少量斜長石斑晶發(fā)育的小尺度韻律環(huán)帶, 可能與巖漿房中存在小尺度的巖漿對流有關(guān)[30]。

在玄武質(zhì)安山巖中, 斜長石斑晶核部-幔部的成分與熔體成分無法達(dá)到平衡, 因此其形成的壓力無法通過計(jì)算得出。根據(jù)其較高的形成溫度以及An值, 我們推測玄武質(zhì)安山巖中斜長石斑晶的核部及幔部形成于巖漿演化過程早期, 尤其是斜長石核部, 可能形成于巖漿地幔源區(qū), 其形成溫度反映源區(qū)巖漿的溫度(～1 300 ℃)。而斜長石斑晶邊部形成的壓力較小(0.1～1.2 kbar, 平均0.44 kbar), 與其An值驟降對應(yīng), 說明其可能形成于巖漿上升噴出過程中而非形成于巖漿房中。在英安巖中, 斜長石斑晶的結(jié)晶溫度為970～1 002 ℃, 多形成于1～2 kbar, 其結(jié)晶溫度壓力計(jì)算結(jié)果與斜方輝石斑晶的結(jié)晶溫度壓力計(jì)算結(jié)果一致(959～1 017 ℃, 多形成于1～3 kbar)[31], 亦與Beier等[17]中使用MELTS-rhyolite對ER酸性巖石主量元素模擬結(jié)果(0.2 GPa)相符合。

英安巖中斑晶多形成于1～3 kbar壓力區(qū)間內(nèi), 說明在深度3～10 km(1 GPa=33 km)[32]可能存在一個(gè)巖漿房, 而斑晶形成的溫度(960～1 020 ℃)則代表了巖漿房的溫度。Finlayson等[33-34]的地球物理研究表明: 俾斯麥海的Moho面深度在10～20 km(包含水深)之間, 多為14～16 km, 且由北西到南東方向越接近新不列顛島弧, Moho面深度越大; 而在深度5 km左右(普遍小于5 km), 俾斯麥海洋殼成分也有明顯變化, 存在地殼內(nèi)部分層結(jié)構(gòu)。我們假定ER地區(qū)的Moho面深度約為15 km, 地殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)面深度約為5 km, 因此, 位于深度3～10 km的巖漿房處于中下地殼位置。綜合ER火山巖斑晶形成溫壓條件計(jì)算結(jié)果, 我們認(rèn)為ER地區(qū)巖漿演化過程如下: 地幔源區(qū)發(fā)生部分熔融產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿(溫度～1 300 ℃), 在巖漿活動早期, 由于巖漿供應(yīng)充足, 巖漿上升過程中速度較快, 僅發(fā)生很小程度的分離結(jié)晶, 形成少量斑晶礦物, 在淺部未形成巖漿房, 并以較高的速度、溫度直接噴出海底后形成玄武巖-玄武質(zhì)安山巖; 之后, 到了巖漿活動晚期, 由于巖漿供應(yīng)量減少, 巖漿上升速度減慢, 巖漿上升過程中, 當(dāng)巖漿密度和圍巖密度相差不大時(shí), 巖漿滯留在中下地殼(3～ 10 km)形成巖漿房, 巖漿房溫度約為960～1 020 ℃,巖漿在巖漿房停留較長時(shí)間, 發(fā)生強(qiáng)烈的分離結(jié)晶作用, 大量斑晶礦物形成, 最終巖漿噴出海底形成英安巖。

表4 典型環(huán)帶斜長石主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)

注: r代表斑晶邊部, m代表斑晶幔部, c代表斑晶核部

4 結(jié)論

本文對ER火山巖樣品(玄武質(zhì)安山巖及英安巖)中的斜長石斑晶進(jìn)行了詳細(xì)的礦物學(xué)研究, 主要取得以下認(rèn)識:

1)ER玄武質(zhì)安山巖中的斜長石斑晶屬培長石, 具正環(huán)帶結(jié)構(gòu), 斑晶核-幔部An值較高(>80), 結(jié)晶溫度較高(核部平均1 300 ℃, 幔部平均1 284 ℃), 是巖漿早期結(jié)晶形成; 斑晶邊部An值驟降(最低為63), 平均結(jié)晶溫度為1 124 ℃, 壓力為0.44 kbar, 代表了巖漿噴出過程的快速冷卻階段。ER英安巖中斜長石斑晶成分變化不大, 均屬中長石, 個(gè)別核部可達(dá)拉長石; 具明顯環(huán)帶結(jié)構(gòu), 多為輕微正環(huán)帶, 未見反環(huán)帶, 說明沒有明顯的巖漿混合作用發(fā)生, 少量斜長石斑晶韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu), 可能與巖漿房中存在小尺度的巖漿對流有關(guān); 斑晶大多形成于在1～3 kbar壓力區(qū)間, 說明在深度3～10 km的中下地殼位置可能存在一個(gè)巖漿房, 巖漿房的溫度大約為960～1 020 ℃。

2)巖漿演化過程可能為: 地幔源區(qū)發(fā)生部分熔融產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿(溫度～1 300 ℃), 在巖漿活動早期, 由于巖漿供應(yīng)充足, 巖漿上升過程中速度較快, 僅發(fā)生很小程度的分離結(jié)晶, 形成少量斑晶礦物, 在淺部未形成巖漿房, 并以較高的速度、溫度(～1 100 ℃)直接噴出海底后形成玄武巖-玄武質(zhì)安山巖; 之后, 到了巖漿活動晚期, 由于巖漿供應(yīng)量減少, 巖漿上升速度減慢, 巖漿上升過程中, 當(dāng)巖漿密度和圍巖密度相差不大時(shí), 巖漿滯留在中下地殼(3～10 km)形成巖漿房, 巖漿房溫度為960～1 020 ℃, 巖漿在巖漿房停留較長時(shí)間, 發(fā)生強(qiáng)烈的分離結(jié)晶作用, 大量斑晶礦物形成, 最終巖漿噴出海底形成英安巖等酸性火山巖。

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Magma evolution process in the East Rift, Manus Basin: evidence from plagioclase phenocrysts in lavas

WANG Xiong1, 2, HUANG Peng1, 3, 4, HUANG Hai-jun1, HU Ning-jing3, 5

(1. Key Laboratory of Marine Geology and Environment, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Laboratory for Marine Geology, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, China; 4. Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 5. Key Laboratory of Marine Sedimentary and Environmental Geology, the First Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266061, China)

The structure and composition of plagioclase in volcanic rocks provide important information regarding magmatic evolution. In this study, we systematically analyzed the mineralogy of plagioclase phenocrysts in lavas from the East Rift (ER), Manus Basin. Results show that the plagioclase phenocrysts in basaltic andesites have normal zoning, the An values for the core–mantle (An=80–87) of plagioclase belong to high-An plagioclase, and the An values decrease sharply for the rim. In dacites, the composition of plagioclase phenocrysts slightly changes from the core to the rim, most plagioclases have normal zoning with the An value decreasing gradually, and few plagioclases have oscillatory zoning. The calculation results of crystallizing temperature and pressure for phenocrysts show that the magma evolution process in ER involved the following phenomena: 1) Magma originated via partial melting of the mantle at～1300℃; 2) In the early age, magma had a high ascend rate owing to the large magma supply. 3) After a small degree of fractional crystallization, magma eventually ejected at a high velocity and temperature and formed basalt-basaltic andesites. In the late stage of the ER lavas, the magma underwent strong fractional crystallization owing to the low supply rate of magma and long stay of magma in the chamber (3–10 km; 960℃–1020℃) and finally formed acidic lavas. Moreover, we argue that magma mixing did not playan important role in the magmatic evolution process.

Manus Basin; East Rift; plagioclase; mineralogicalcharacteristics; magmatic evolution process

May 27, 2020

[Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences, Nos. XDB42020303, XDA1103030204; National Key Basic Research Programme of China, No. 2013CB429702; National Natural Science Foundation of China, No. 41576055]

P736.3

A

1000-3096(2023)9-0001-11

10.11759/hykx20200527001

2020-05-27;

2020-07-22

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項(xiàng)(XDB42020303, XDA1103030204); 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2013CB429702); 國家自然科學(xué)基金(41576055)

王雄(1992—), 男, 山東青島人, 博士研究生, 研究方向?yàn)楹Ｑ髱r石學(xué), E-mail: 877275252@qq.com; 黃朋(1972—), 通信作者, 男, 浙江臨海人, 博士, 副研究員, 從事海洋地質(zhì)學(xué)研究, E-mail: huangpeng@qdio.ac.cn

(本文編輯: 楊 悅)