马里亚纳南部前弧橄榄岩铈(Ce)负异常成因
摘要
Ce是REE中唯一能由3价氧化成4价的元素,因此其地球化学性质取决于氧化-还原状态.大洋海水中可溶性Ce3+可氧化成不溶性的Ce4+(主要被铁锰结核吸附),因此海水中可形成Ce负异常(De Baar等,1985;Fleet,1984),海洋沉积物和蚀变玄武岩中的Ce负异常也较普遍(Humphris,1984;Lin,1992),在俯冲带岛弧玄武岩(Hole等,1984)以及地幔橄榄岩(Neal和Tay-lor,1989)中也发现了Ce负异常.海洋沉积物和蚀变玄武岩中的Ce负异常通常归结为是其与海水发生相互作用的结果,对于岛弧岩浆岩中ce负异常,由于岩浆体系中有大量的Fe2+,由于Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+这一反应,因此岩浆过程中不可能有Ce4+的出现(Schreiber等,1980).通常认为岛弧玄武岩中Ce负异常是地壳物质(海洋沉积物、蚀变玄武岩以及变质流体)参与地幔重熔融的结果.而对地幔橄榄岩的Ce负异常的成因有多种观点,如蛇纹岩化和海底风化(Niu,2004;Terrell等,1979)、俯冲环境下的地幔熔融(Neal和Taylor,1989)等. 本文所研究的橄榄岩样品来自日本东京大学海洋研究所Hakuho R/V KH03一航次。样品是通过拖网方法采集于马里亚纳海沟南部的陆侧斜坡,采样水深为3500一4900 m。橄榄岩样品的主要组成矿物是橄榄石、辉石、角闪石和尖晶石,其中橄榄石含量约80%左右。电子探针分析表明这些矿物主要是磁铁矿和铁一镍硫化物集合体。尖晶石呈半透明的深褐色至不透明的黑色,大多呈次圆状,少数呈不规则形状或较自形的次棱角状(图4)。 橄榄岩经历了地慢重熔融和地幢交代作用(陈俊兵等,2007 ),同时也与海水发生相互作用。鉴于其所经历的地质作用过程和所出露的环境(暴露于海水),研究认为,马里亚纳南部前弧橄榄岩Ce负异常可能有如下几个成因: ①地慢熔融,俯冲导致橄榄岩发生部分熔融,深海沉积物和蚀变玄武岩以及变质流体参与部分熔融,导致橄榄岩产生Ce负异常。 ②地慢交代,来自俯冲板片脱水的流体上升交代其上覆橄榄岩,使其产生Ce负异常特征。 ③与海水相互作用,包括海洋风化和蛇纹岩化,使得橄榄岩具与海水相似的负Ce异常。