1161 / 2019-08-03 09:27:58

堪察加岛弧火山岩中铊同位素组成特征研究

2、地球化学 > 专题12：岩石地球化学

铊（Tl）是一个高度不相容的微量金属元素，有两个稳定同位素（203Tl和205Tl）。在地表环境下，Tl的两个稳定同位素分馏程度较大：1）经历低温热液蚀变的洋壳具有较轻的Tl同位素组成（低至Ɛ205Tl ~ -15）；2）远洋沉积物具有较重的Tl同位素组成（Ɛ205Tl > +2）。上述研究表明，相对于亏损洋中脊地幔（DMM，Ɛ205Tl ~ -2），低温热液蚀变洋壳和远洋沉积物具有各不相同的Tl同位素组成特征。并且Tl在地幔楔中含量极低（~ 0.5 ng/g），而在远洋沉积物（～1000 ng/g）和低温热液蚀变洋壳（~50 ng/g）中含量很高。因此Tl同位素体系对地幔中俯冲物质的加入非常敏感，可以有效示踪岛弧岩浆中的俯冲组分。由于俯冲沉积物中Tl含量远高于俯冲洋壳，因此近几年的研究揭示Tl同位素可以有效示踪俯冲沉积物对不同岛弧火山岩的影响，然而还没有明确观察到俯冲洋壳对岛弧火山岩的影响。堪察加岛弧火山岩中俯冲沉积物的影响并不明显，而主要受到俯冲洋壳流体或熔体影响，因此本文对堪察加岛弧火山岩中Tl同位素组成特征进行了研究。
本文分析了堪察加岛弧不同位置火山岩样品，以及堪察加海沟外侧位于夏威夷－帝王海山链DSDP 192站位沉积物和海山玄武岩样品中的Tl同位素组成和Tl含量特征。测量研究在伍兹霍尔海洋研究所NIRVANA实验室完成，数据误差小于0.05 ‰。堪察加岛弧火山岩样品中的Tl含量和87Sr/86Sr比值与MgO含量无关，表明结晶分异作用不是堪察加岛弧火山岩中Tl含量变化的主要控制因素，本文中的堪察加岛弧火山岩样品也没有受到同化混染作用的影响。该地区沉积物的Tl同位素组成与地幔楔一致，海山玄武岩和堪察加岛弧火山岩中的Tl同位素组成都较重，揭示堪察加岛弧火山岩中Tl同位素组成反应了俯冲海山的影响。少数几个堪察加岛弧火山岩样品具有较高的Ce/Tl（和Th/Tl）比值，以及较重的Tl同位素组成特征，但是Th/Rb比值与其它样品一致，揭示这几个样品受到了岩浆脱气作用的影响。沿岛弧方向，堪察加岛弧不同位置的火山岩样品具有相似的Tl同位素组成特征；垂直岛弧方向，堪察加岛弧和弧后地区不同位置的火山岩样品同样具有相似Tl同位素组成特征，研究结果揭示形成堪察加岛弧不同位置火山岩的源区物质具有均一的Tl同位素组成特征，这一结论与壳幔混合机制中的混杂岩模型一致，表明混杂岩物质对不同位置堪察加岛弧岩浆的贡献量并不存在差异。