沖繩海槽黑色與白色浮巖特征及其對巖漿演化的指示

廖仁強(qiáng)，黃 朋，胡寧靜，李安春

（1.中國科學(xué)院海洋研究所，中國科學(xué)院海洋地質(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.國家海洋局第一研究所，山東 青島 266061）

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沖繩海槽黑色與白色浮巖特征及其對巖漿演化的指示

廖仁強(qiáng)1，2，黃 朋1，胡寧靜3，李安春1

（1.中國科學(xué)院海洋研究所，中國科學(xué)院海洋地質(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.國家海洋局第一研究所，山東 青島 266061）

為了認(rèn)識黑色與白色浮巖的巖石特征及成因，使用人工重砂、元素地球化學(xué)等分析技術(shù)，研究沖繩海槽兩類浮巖中元素及礦物組成特征。研究顯示，沖繩海槽黑色和白色浮巖具有相似全巖化學(xué)組成，都落入流紋巖區(qū)，稀土配分曲線明顯呈右傾，具負(fù)Eu異常，富集不相容元素，巖石物理性質(zhì)差別是導(dǎo)致其顏色差異的主要因素。兩類浮巖巖石學(xué)特征的不同主要體現(xiàn)在：（1）白色浮巖鋯石和輝石都具有兩種類型，黑色浮巖僅具有其中一種；（2）黑色浮巖中發(fā)育鈦鐵礦、鈦磁鐵礦與基質(zhì)構(gòu)成的珠狀構(gòu)造，且基質(zhì)玻璃中密集分布磁鐵礦雛晶，而白色浮巖不具備上述巖石學(xué)特征。綜合分析海槽兩類浮巖巖石學(xué)特征所蘊(yùn)含的巖漿演化信息，推測兩類浮巖具有相同的玄武質(zhì)巖漿源區(qū)，富揮發(fā)組分的玄武質(zhì)母巖漿上升進(jìn)入地殼，形成初級巖漿房，房內(nèi)結(jié)晶分異后殘留的酸性巖漿，沿海槽構(gòu)造薄弱帶向上運(yùn)移，巖漿運(yùn)移過程中有少部分進(jìn)入分支斷裂系統(tǒng)形成次級巖漿房，期間初級巖漿房接受多次基性巖漿注入；初級和次級巖漿房中的酸性巖漿分別獨(dú)立噴出海底，前者形成白色浮巖，后者形成黑色浮巖。此外，演化過程中巖漿性質(zhì)逐漸由氧化性向還原性轉(zhuǎn)變。

沖繩海槽；浮巖；人工重砂；元素地球化學(xué)；巖漿演化

doi：10.11759/hykx20150513001

沖繩海槽作為一個(gè)年輕的弧后盆地，盆內(nèi)巖漿作用強(qiáng)烈，火山巖分布廣泛，是了解洋殼俯沖過程的重要“窗口”。浮巖作為海槽中分布最廣的火山巖，代表了海槽巖漿演化的一個(gè)端元。從外觀上，海槽浮巖可劃分為兩類，一類呈白色，即白色浮巖，質(zhì)地疏松、比重較小，絕大部分浮巖都屬于此類；另一類呈黑色，即黑色浮巖，質(zhì)地相對堅(jiān)硬，比重也遠(yuǎn)大于白色浮巖，產(chǎn)出量少。

巖漿巖礦物組成取決于巖漿的化學(xué)成分和結(jié)晶環(huán)境，礦物成分、結(jié)構(gòu)和礦物組合的變化直接反映了巖漿環(huán)境變化及物質(zhì)組成特征［1］。對于浮巖中斑晶礦物組成，前人已做了大量研究，并以此討論了沖繩海槽巖漿演化的特點(diǎn)，但是前人多集中于白色浮巖，缺乏對黑色浮巖的系統(tǒng)研究。秦蘊(yùn)珊等［2］對黑白浮巖做了對比研究，發(fā)現(xiàn)白色浮巖中存在兩種斑晶礦物組合，分別代表了巖漿結(jié)晶作用的兩個(gè)世代，但由于受限于當(dāng)時(shí)的測試技術(shù)條件，并未對斑晶礦物作進(jìn)一步分析。之后，陸續(xù)有學(xué)者［3-7］針對海槽浮巖中斑晶礦物組合及組成特征開展了一系列的工作，但受制于浮巖極低的斑晶礦物含量，所得成果多限于含量相對豐富的斑晶礦物，如長石、石英、輝石等。

海槽中出露位置相近的浮巖，外貌特征差異卻如此巨大，其成因過程引起了海洋地質(zhì)工作者的廣泛興趣。本文希望通過大體積樣品的人工重砂分析，對沖繩海槽黑白浮巖中斑晶礦物進(jìn)行較為系統(tǒng)的對比研究，加深對黑白浮巖成因差異的理解，并以此推演沖繩海槽巖漿演化、巖漿房結(jié)構(gòu)特征，為將來進(jìn)一步研究積累資料。

1 地質(zhì)背景

沖繩海槽位于我國東海陸架以東、琉球島弧以西、日本九州島和我國臺灣島之間，是菲律賓板塊相對歐亞陸塊俯沖所形成的一個(gè)年輕的新月形弧后盆地［8-9］。海槽內(nèi)巖漿作用非常發(fā)育，并明顯受到構(gòu)造作用的影響。

斷裂構(gòu)造是沖繩海槽最重要、最為發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造類型，主要由一系列北東、北西向斷裂組成。前者與海槽延伸方向一致；后者與海槽延伸方向垂直或斜交。北西向延伸的吐喀喇?dāng)嗔押蛯m古斷裂將沖繩海槽劃分為北、中、南三段（圖1），受區(qū)內(nèi)斷裂格架控制，沿海槽中、南段軸部發(fā)育數(shù)個(gè)雁行式排列的活動地塹。海槽不同區(qū)段地殼厚度也有所差異，地球物理研究顯示，海槽地殼厚度向北變厚，從南部厚約12 km增至北部厚約30 km［10-11］。

沖繩海槽北、中和南段的巖漿活動情況不盡相同，巖漿活動受構(gòu)造作用的影響較為明顯［12-13］。整體上沖繩海槽巖漿巖具明顯的雙峰式特征，主要由基性的玄武巖和酸性的流紋巖構(gòu)成［14-18］。玄武巖主要產(chǎn)出于海槽中、南段的中央地塹區(qū)［14-15］；流紋巖在海槽北、中、南段都有分布［14-16］，多以浮巖形式產(chǎn)出，其比重小、易于搬運(yùn)，在海底沉積物中廣泛分布，常在海底形成特殊火山碎屑沉積層，極大地改變了海底沉積物物理學(xué)、力學(xué)性質(zhì)。

圖1 沖繩海槽概貌與取樣站位圖Fig.1 Geographic frame of the Okinawa Trough and sampling positions

2 樣品與測試方法

2.1 樣品特征

研究涉及的浮巖來自1994年拖網(wǎng)采樣（HD4，HD13），都產(chǎn)出黑色和白色浮巖，共4個(gè)樣品，即HD4-W、HD4-B、HD13-W和HD13-B。樣品站位位于吐喀喇?dāng)嗔褍蓚?cè)，分屬海槽北段和中段（圖1）。黑色浮巖和白色浮巖外觀特征差異很大（圖2），黑色浮巖質(zhì)地較硬、氣孔少、密度大（1.51 g/cm3）；白色浮巖氣孔發(fā)育、疏松易碎、密度?。?.53 g/cm3）。氣孔的分布和形態(tài)是兩類浮巖除顏色外另一個(gè)重要的差異，體現(xiàn)在：白色浮巖氣孔極為發(fā)育，且氣孔直徑變化大（＜2 cm），浮巖破碎成＜0.5 mm的顆粒后，仍有完整氣孔存在，使浮巖呈現(xiàn)泡沫狀（圖4a）；黑色浮巖氣孔少，且大小相對均勻。

2.2 測試方法

沖繩海槽浮巖絕大部分由非晶態(tài)的基質(zhì)構(gòu)成，斑晶礦物含量極低，鏡下鑒定或X射線衍射的方法都難以全面確定浮巖斑晶礦物組成。本次研究選擇人工重砂的方法，以全面了解海槽浮巖結(jié)晶礦物組成。樣品重砂分析在河北省地質(zhì)礦產(chǎn)局廊坊實(shí)驗(yàn)室完成，分析流程如下：樣品稱重后破碎，過40目篩；對過篩的樣品進(jìn)行初步淘洗，將樣品分為輕、重兩個(gè)子樣；雙目鏡下鑒定較輕子樣的礦物組成，對重子樣進(jìn)行磁選，分為弱磁部分和強(qiáng)磁部分；強(qiáng)磁部分進(jìn)行鏡下鑒定，弱磁部分進(jìn)行電磁選，分為無磁部分和電磁部分；無磁部分進(jìn)行精淘后再分為輕、重兩部分，并分別進(jìn)行鏡下鑒定；電磁部分按磁化率進(jìn)一步劃分為強(qiáng)電、電、弱電3組，分別進(jìn)行鏡下鑒定；統(tǒng)計(jì)所有鏡下鑒定結(jié)果，并對單礦物拍照、稱重。

圖2 沖繩海槽HD4站位的黑色（HD4-B）與白色浮巖（HD4-W）Fig.2 Black（HD4-B）and white（HD4-W）pumice at site HD4 from the Okinawa Trough

本次樣品分析包括全巖常量、微量和稀土元素組成以及單礦物常量元素組成兩部分。全巖常量元素的X射線熒光分析在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成，儀器型號：XRF1500，標(biāo)樣為中國國家一級巖石標(biāo)準(zhǔn) GBW07101-07114；常量元素的ICP-OES分析在中國科學(xué)院海洋研究所完成，標(biāo)樣為中國國家一級巖石標(biāo)準(zhǔn)GBW07315，GBW07316；全巖微量元素（包括稀土元素）使用ICP-MS分析，分別在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所和海洋研究所，前者使用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為中國國家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)：GSR-2和GSR-3；后者使用中國國家一級巖石標(biāo)準(zhǔn)：GBW07315，GBW07316。由于樣品氣孔發(fā)育，易受海水和沉積物影響，在進(jìn)行化學(xué)測試前，需作預(yù)處理，以去除這些外來影響，具體處理步驟見［18］。單礦物常量元素組成在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，使用JEOLJXA-8100型電子探針分析儀，測試條件：加速電壓15 kV，加速電流20 nA，束斑直徑2μm。

3 結(jié)果

3.1 浮巖地球化學(xué)組成

為獲得海槽浮巖可靠的元素地球化學(xué)組成，巖石樣品先后在中科院地質(zhì)與地球物理研究所和海洋研究所實(shí)驗(yàn)室中，使用不同儀器進(jìn)行測試，結(jié)果見表1。同一樣品經(jīng)不同儀器分析獲得的元素組成數(shù)據(jù)差異較小，體現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠性。表1數(shù)據(jù)顯示，黑色與白色浮巖全巖常量元素組成非常相似，在全堿-硅圖中都落入流紋巖區(qū)（圖略）。相對于我國流紋巖平均組成［19］，海槽浮巖富集Si、Ca、Na，虧損Al、Ti、K、P和Fe。4個(gè)浮巖稀土元素組成間的差異也非常微弱（表1），經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后稀土分布呈現(xiàn)出顯著的右傾模式［20］，并有明顯負(fù)Eu異常。浮巖微量元素?cái)?shù)據(jù)用球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化［21］，蛛網(wǎng)圖解顯示，4個(gè)浮巖微量元素分布模式總體非常相似，都表現(xiàn)為相容元素Cr、Co、Ni的含量相對虧損，不相容元素富集，表明海槽巖漿演化過程中存在強(qiáng)烈的分異作用［18］。

3.2 浮巖礦物學(xué)特征

3.2.1 礦物組合

來自2個(gè)站位的4個(gè)浮巖樣品進(jìn)行人工重砂分析，其中3個(gè)樣品（HD4-W，HD4-B，HD13-B）完成分析，而HD13-W由于單塊樣品重量不足，人工重砂分析未能完成。重砂分析結(jié)果顯示，沖繩海槽浮巖斑晶礦物含量極低，且黑色浮巖的斑晶礦物含量要低于白色浮巖，具體礦物組成及含量見表2。浮巖中氣孔極為發(fā)育，沾染的海底沉積物難以徹底去除，但鏡下觀察顯示，鋯石、黃鐵礦、輝石、角閃石、鈦鐵礦、鈦磁鐵礦都存在被石英或火山玻璃包裹、連生的現(xiàn)象，且具良好的晶形，基本可以確定上述六種重礦物是海槽浮巖本身所含礦物。

浮巖斑晶礦物可分成輕礦物（如石英、火山玻璃）和重礦物（如鋯石、黃鐵礦、輝石、角閃石、綠簾石、赤褐鐵礦、鈦鐵礦、鈦磁鐵礦），表2顯示沖繩海槽黑色和白色浮巖具有相似的輕、重礦物組成。其中，輕礦物組成相對簡單，主要為石英，還有少量長石和蝕變礦物；重礦物組成復(fù)雜，除綠簾石在HD13-B樣品中未出現(xiàn)外，鋯石、輝石、角閃石、黃鐵礦、鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、赤褐鐵礦在3個(gè)浮巖樣品中均有出現(xiàn)，僅是含量上有差異。

海槽兩類浮巖礦物組成總體相似，但鋯石和輝石類型組成存在差異。鋯石差異表現(xiàn)為：黑色浮巖中鋯石僅有1種，即黃粉色，自形、半自形柱狀，弱金剛光澤，裂紋發(fā)育、易碎；白色浮巖中鋯石有2種，除黑色浮巖中所含鋯石類型外，還有一種玫瑰色鋯石，次圓、粒狀，弱金剛-玻璃光澤，裂紋不發(fā)育。前者占鋯石總量的80%，顆粒較大；后者占20%，顆粒較小。而輝石在3個(gè)巖石樣品中都有出現(xiàn)，并常被石英包裹或連生，但不同在于黑色浮巖中僅存在褐色輝石，白色浮巖樣品中包含兩種輝石，即褐色輝石和綠色輝石。兩種浮巖中的角閃石晶體都存在被石英包裹的現(xiàn)象。此外，黑色浮巖礦物中還存在一種特殊的構(gòu)造，即鈦磁鐵礦外包裹一層硅酸鹽，形成近于渾圓狀的珠狀構(gòu)造（圖3），鈦鐵礦中也存在這種構(gòu)造，但珠狀形態(tài)不如鈦磁鐵礦明顯；鈦鐵礦和鈦磁鐵礦還以包體形式存在于輝石中。綜合上述礦物的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征，可初步確定浮巖中部分礦物出現(xiàn)順序，即從早到晚依次為：鈦鐵礦-鈦磁鐵礦＞輝石＞角閃石＞石英。

表1 沖繩海槽浮巖全巖地球化學(xué)組成Tab.1 Whole-rock compositions of pumice from the Okinawa Trough

表2 沖繩海槽浮巖礦物組成Tab.2 Mineral assemblages of pumice from the Okinawa Trough

除斑晶礦物外，黑、白浮巖中火山玻璃也具有不同的特征。黑色浮巖的玻璃基質(zhì)中氣泡含量遠(yuǎn)小于白色浮巖，且個(gè)體大，顯微鏡下基質(zhì)呈透明玻璃狀；在偏光顯微鏡下放大500倍，發(fā)現(xiàn)黑色浮巖火山玻璃中存在大量針狀雛晶，且具較強(qiáng)的電磁性；而白色浮巖玻璃中遍布大小不一的氣孔使火山玻璃呈泡沫狀，未見雛晶分布（圖4）。

圖3 沖繩海槽黑色浮巖鈦磁鐵礦珠狀構(gòu)造（偏光顯微鏡下）Fig.3 Pearlitic structure in titanium magnetite of black pumice from the Okinawa Trough（under POM）

圖4 沖繩海槽HD4站浮巖基質(zhì)（火山玻璃）鏡下照片F(xiàn)ig.4 Images of the matrix（volcanic glass）of pumice at site HD4 from the Okinawa Trougha.白色浮巖火山玻璃；b.黑色浮巖火山玻璃a.white pumice；b.black pumice

3.2.2 礦物常量元素組成

為更深入的了解沖繩海槽浮巖間的差異，本次研究運(yùn)用電子探針分析斑晶礦物及其基質(zhì)（火山玻璃）的化學(xué)組成。由于篇幅所限，無法對斑晶礦物和基質(zhì)逐一討論，僅對性質(zhì)差異顯著的礦物進(jìn)行對比，例如，兩種浮巖所含輝石、鈦磁鐵礦。獲得它們的化學(xué)組成，將有助于了解不同類型浮巖的成因及其巖漿演化過程。

對浮巖中輝石、鈦磁鐵礦電子探針分析數(shù)目如下：HD4-W、HD4-B和HD13-B站浮巖完成斜方輝石探針測試點(diǎn)數(shù)分別為9、10和6點(diǎn)，單斜輝石完成7點(diǎn)；HD4-B和HD13-B浮巖中鈦磁鐵礦分析點(diǎn)數(shù)為4和3點(diǎn)，單礦物分析結(jié)果見表3。黑色、白色浮巖中輝石、鈦磁鐵礦電子探針分析所得氧化物總量分布在 94.092%～100.747%，平均值分布在95.142%～100.22%，數(shù)據(jù)質(zhì)量基本合乎要求。從探針分析數(shù)據(jù)來看，白色浮巖（HD4-W）不同于黑色浮巖（HD4-B，HD13-B），不僅有褐色斜方輝石，還有綠色單斜輝石的存在。根據(jù)Morimoto［22］判定浮巖中斜方輝石屬紫蘇輝石和鐵紫蘇輝石，單斜輝石為普通輝石（圖5）。

圖5 輝石分類圖解［22］Fig.5 Diagram of pyroxene classification［22］Wo-硅灰石；En-頑火輝石；Fs-鐵輝石；Di-透輝石；Hd-鈣鐵輝石；Aug-普通輝石；Pgt-易變輝石Wo：wollastonite；En：enstatite；Fs：ferrositite；Di：diopside；Hd：hedenbergite；Aug：augite；Pgt：pigeonite

4 討論

4.1 浮巖巖石學(xué)特征的地質(zhì)意義

沖繩海槽兩類浮巖的全巖地球化學(xué)分析表明，它們的常量元素組成非常相似，巖石類型都屬于流紋巖（表2）。4個(gè)浮巖樣品SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在74.68%～75.39%變化，明顯高于海槽上地殼的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)（70.9%［23］；69.4%［24］），表明形成海槽浮巖的巖漿主要是結(jié)晶分異作用的產(chǎn)物，同化混染作用在海槽巖漿演化過程中應(yīng)居于次要地位。浮巖稀土和微量元素組成差異也非常微弱（表2），暗示兩類浮巖可能擁有相同的巖漿源區(qū)，結(jié)合浮巖結(jié)晶礦物中輝石、角閃石相對豐富的特征，推斷形成浮巖的酸性巖漿應(yīng)來自基性玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異作用，上述觀點(diǎn)受到浮巖Sr-Nd同位素?cái)?shù)據(jù)的支持［17，24-25］。

來源相同的巖漿卻形成了特征明顯不同的最終產(chǎn)物，且兩類浮巖的氣孔發(fā)育特征表明，形成兩類浮巖的巖漿揮發(fā)組分含量存在顯著差異，推斷同源的玄武質(zhì)母巖漿經(jīng)歷了不同的演化過程。

斑晶礦物形成于巖漿演化的不同階段，解譯礦物攜帶的地質(zhì)信息，有助于揭示海槽酸性巖漿演化過程。海槽黑色、白色浮巖斑晶礦物組成大致相似，但在輝石、鋯石組成方面存在一定的差異。巖漿成因的鋯石多產(chǎn)出于中、酸性巖漿體系中，基性、超基性巖石中雖可能產(chǎn)出（如金伯利巖），但數(shù)量相對較少［26］；相對于火山巖或淺成巖體，深成巖體中鋯石個(gè)體大、晶形更為完整［27］，推測白色浮巖中黃粉色鋯石應(yīng)是巖漿房捕獲的圍巖鋯石，玫瑰色鋯石則為浮巖巖漿體系自生的鋯石。兩類浮巖中鋯石組成的差異，暗示形成白色和黑色浮巖的巖漿來源雖然相似，但前者巖漿房深度要大于后者。輝石是浮巖中最重要的斑晶礦物之一，隨巖漿系統(tǒng)演化，晶出的斜方輝石Mg、Ca含量逐漸降低［28］。海槽白色浮巖斜方輝石中CaO含量要大于黑色浮巖（表3），表明白色浮巖中斜方輝石晶出時(shí)間要早于黑色浮巖；此外，上地幔部分熔融形成的玄武質(zhì)巖漿，通常會攜帶單斜輝石［28-29］。上述輝石組合的差異支持白色浮巖巖漿所處的演化階段要早于黑色浮巖，為兩類浮巖的巖漿房深度不同的論點(diǎn)提供了新的證據(jù)。

鈦磁鐵礦、鈦鐵礦與基質(zhì)間構(gòu)成珠狀構(gòu)造是黑色浮巖中存在的一種特殊礦物構(gòu)造（圖3），表明巖漿演化過程中巖漿房接受多次源區(qū)巖漿的注入，且注入巖漿的溫度要高于巖漿房內(nèi)巖漿溫度，使高溫巖漿在溫度較低的鈦磁鐵礦表面冷卻，形成珠狀構(gòu)造；白色浮巖，應(yīng)是氣孔過于發(fā)育，珠狀構(gòu)造難以保存。此外，浮巖礦物組成顯示，磁鐵礦和黃鐵礦在海槽兩類浮巖中共存，表明浮巖巖漿在演化過程中存在由氧化向還原性質(zhì)轉(zhuǎn)變。

火山玻璃是黑、白浮巖最主要的組成部分。黑色浮巖的火山玻璃具明顯電磁性，而白色浮巖不具電磁性是它們的重要差異之一。對本次研究發(fā)現(xiàn)黑色浮巖火山玻璃中存在大量針狀雛晶進(jìn)行電子探針分析，顯示雛晶FeO*質(zhì)量分?jǐn)?shù)為66.8%，SiO2為24.2%，推測雛晶為磁鐵礦；而雛晶粒度極小，電子束可能無法完全照射在晶體上，造成了相對數(shù)量的SiO2的出現(xiàn)。黑色浮巖玻璃中大量存在磁鐵礦雛晶從礦物學(xué)的角度解釋了其具有電磁性的原因。除巖漿快速上升外，巖漿由氧化向還原演化也是磁鐵礦雛晶停止發(fā)育的一個(gè)重要因素。兩類浮巖火山玻璃中另一差異就是氣孔特征。根據(jù)Adrian等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在相同初始巖漿的條件下，多階段減壓過程較連續(xù)減壓過程形成的氣泡數(shù)量多［30］。結(jié)合黑白浮巖氣孔特征，我們認(rèn)為多次巖漿的補(bǔ)充可合理的解釋兩類浮巖氣孔發(fā)育程度與形態(tài)特征的差異，浮巖氣孔特征差異為浮巖巖漿房接受多次巖漿注入的推斷提供了間接的證據(jù)。

在上述黑色和白色浮巖巖石學(xué)特征分析的基礎(chǔ)上，可以確定兩類浮巖顏色上的差異主要是浮巖物理性質(zhì)差異所造成的。白色浮巖氣孔極為發(fā)育且尺寸差異較大，對外部光線產(chǎn)生漫反射，使巖石呈白色；黑色浮巖氣孔含量少，且相對大而均勻，基質(zhì)玻璃內(nèi)含豐富的深色雛晶，對外部光線有較高的吸收率，使巖石整體呈黑色（圖2）。

4.2 浮巖巖漿演化過程

與成熟溝—弧—盆體系中主要產(chǎn)出鈣堿性安山巖不同，沖繩海槽產(chǎn)出的火山巖具雙峰式特征，其中浮巖分布最廣，類型劃分上屬于酸性流紋巖，所代表的巖漿演化過程是海槽巖漿活動的重要組成部分。根據(jù)上述對海槽黑、白浮巖巖石學(xué)特征及其所代表地質(zhì)意義的解析，可以初步認(rèn)識其成因和演化過程：

沖繩海槽黑、白色浮巖具有相同的巖漿源區(qū)，俯沖板片脫水產(chǎn)生揮發(fā)組分進(jìn)入上覆地幔楔，觸發(fā)部分熔融形成的富含揮發(fā)組分玄武質(zhì)巖漿。玄武質(zhì)巖漿經(jīng)地殼薄弱帶上升進(jìn)入地殼，形成初級巖漿房，并在其中發(fā)生結(jié)晶分異作用，期間有多次的巖漿注入，分異后殘留的酸性巖漿混合了少量地殼物質(zhì)，同時(shí)攜帶少量早期形成的礦物，如輝石、角閃石等沿海槽斷裂系統(tǒng)向上運(yùn)移，揮發(fā)組分逐漸分離。巖漿運(yùn)移過程中有部分進(jìn)入分支斷裂系統(tǒng)形成次級巖漿房，次級巖漿房規(guī)模較?。缓笃谧⑷氲膸r漿在初級巖漿房內(nèi)已進(jìn)行結(jié)晶及揮發(fā)份分異，其影響多體現(xiàn)在物理?xiàng)l件（如溫度、壓力）的改變，在揮發(fā)組分和其他化學(xué)組分方面影響較小，導(dǎo)致次級巖漿房的巖漿快速上升噴出海底，大量礦物以雛晶形式存在，形成黑色浮巖；另一部分巖漿從初級巖漿房沿?cái)嗔严到y(tǒng)上升，期間經(jīng)歷時(shí)間較長，揮發(fā)分和礦物分離程度均高于次級巖漿房系統(tǒng)，形成氣孔極為發(fā)育、結(jié)晶礦物含量相對較高的白色浮巖。此外，黑、白浮巖巖漿系統(tǒng)在上升過程中，均呈現(xiàn)由氧化向還原性演化的趨勢，形成巖石中磁鐵礦和黃鐵礦共存現(xiàn)象。

5 結(jié)論

根據(jù)所獲得的沖繩海槽黑色和白色浮巖礦物組合以及全巖、礦物地球化學(xué)組成數(shù)據(jù)，本次研究初步對比了兩類浮巖的巖石學(xué)特征，并進(jìn)一步分析了其中所蘊(yùn)含的巖漿演化信息，認(rèn)為：

研究涉及的黑色和白色浮巖具有相似全巖化學(xué)組成和礦物組合，斑晶礦物組合主要包括石英、長石、鋯石、輝石、角閃石、黃鐵礦、鈦鐵礦、鈦磁鐵礦等，浮巖顏色上的差異是巖石物理性質(zhì)差別所造成的。兩類浮巖巖石學(xué)差異主要體現(xiàn)在，白色浮巖鋯石和輝石都具有兩種類型，黑色浮巖僅具有其中一種；黑色浮巖中發(fā)育鈦鐵礦、鈦磁鐵礦與基質(zhì)構(gòu)成的珠狀構(gòu)造，基質(zhì)玻璃中密集分布礦物雛晶，而白色浮巖不具備上述巖石學(xué)特征。

海槽之下地幔楔中形成的富揮發(fā)組分玄武質(zhì)巖漿經(jīng)地殼薄弱帶上升進(jìn)入地殼，形成初級巖漿房。房內(nèi)巖漿結(jié)晶分異，殘留的酸性巖漿攜帶少量早期形成的礦物，沿海槽斷裂系統(tǒng)向上運(yùn)移，揮發(fā)組分逐漸分離，運(yùn)移過程中有少部分巖漿進(jìn)入分支斷裂形成次級巖漿房，期間初級巖漿房有多次基性巖漿注入，初級和次級巖漿房中的酸性巖漿分別獨(dú)立噴出海底，前者形成白色浮巖，后者形成黑色浮巖。此外，巖漿系統(tǒng)在上升過程中性質(zhì)逐漸由氧化性向還原性轉(zhuǎn)變。

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（本文編輯：劉珊珊）

Petrological characteristics of black and white pumice from the Okinawa Trough:Implications for magmatic evolution

LIAO Ren-qiang1,2,HUANG Peng1,HU Ning-jing3,LI An-chun1

（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.The First Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Qingdao 266061，China）

May 13，2015

the Okinawa Trough；pumice；artificial panning；geochemical composition；magmatic evolution

Pumice is the most widely distributed volcanic rock in the Okinawa Trough and includes black and white pumice.To better understand the black and white rock characteristics and genesis of this pumice，we employed artificial sand and element geochemistry analysis techniques to investigate the two types of pumice elements and mineral composition characteristics.Specifically，we used artificial panning and element geochemical data to determine the characteristics and genesis of the black and white pumice.The element compositions of these two pumice species are nearly uniform and belong to the rhyolite category.On the basis of the chondrite-normalized rare earth element（REE）abundances，we observed light REE enrichment in all samples with negative abnormal Eu.All samples were rich in incompatible elements.The physical features of the pumice led to their color differences.The petrology of the pumices displayed only minor variances，such as（1）white pumice contained two species of zircon and pyroxene and black pumice only zircon and pyroxene；（2）bead-shaped structures were only distributed in the black pumice wherein titanium magnetite and ilmenite surrounded by glass were distributed.Based on the above petrological characteristics of the pumice，we could depict the evolution process of the plumbing system.The magma plumbing systems producing the white and black pumice share the same mantle source that generated parental basaltic magma.Primary and deeper magma chambers that formed the white pumice developed while the parental magma was plumbed into the crust.The shallow magma chamber that produced the black pumice was connected to a branch of the magma conduit of a deeper chamber.During the evolution of these two plumbing systems，magma was repeatedly added to the chambers.In addition，the redox feature of the magma gradually transformed from oxidative to reductive during the evolutionary process.

P736

A

1000-3096（2016）05-0121-10

2015-05-13；

2015-07-30

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（2013CB429702）；中國科學(xué)院戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項(xiàng)（XDA11030302）；國家自然科學(xué)基金（40606021）

［Foundation：National Key Basic Research Programme of China，2013CB429702；Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences，No.XDA11030302；NationalNaturalScienceFoundation ofChina，No.40606021］

廖仁強(qiáng)（1990-），男，江西九江人，碩士研究生，研究方向?yàn)楹Ｑ蟮刭|(zhì)學(xué)，E-mail：liao_renqiang@163.com； 黃朋，通信作者，E-mail：huangpeng@qdio.ac.cn