Trace element composition of peridotites from the southern Mariana forearc:Insights into the geochemical effects of serpentinization and/or seafloor weathering

Peridotites from the southern Mariana forearc were sampled on the landward trench slope of the Izu-Bonin-Mariana (IBM) subduction zone by dredging.These mantle wedge peridotites underwent hydration by fluid derived from a dehydrated descending slab,and later interacted with seawater after emplacement at or near the seafloor.This study investigates how these two different rock-fluid interaction processes influenced trace element distribution in the southern Mariana forearc peridotites.We measured trace element concentrations of peridotites from the southern Mariana forearc.The southern Mariana forearc peridotites are characterized by a distinct seawater-like REE pattern with an obvious negative Ce anomaly,and La shows good correlation with other REEs (except Ce).In addition,there is a great enrichment of U,Pb,Sr and Li elements,which show a distinct positive anomaly relative to adjacent elements in the multi-element diagram.For the seawater-like REE pattern,we infer that REEs are mainly influenced by seawater during peridotite-seawater interactions after their emplacement at or near the seafloor,by serpentinization or by marine weathering.Furthermore,the anomalous behavior of Ce,compared with other rare earth elements in these samples,may indicate that they have undergone reactions involving Ce (IV) when the peridotites interacted with seawater.Positive U,Pb,Sr and Li anomalies are inferred to be related to seawater and/or fluids released during dehydration of the subducting slab.

马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山角砾蛇纹岩流体流动性元素富集特征及影响因素

马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山被认为是认识俯冲作用的直接窗口,其发育的角砾状蛇纹岩富含的流体流动性元素(FMEs)记录了引起蛇纹石化作用的流体和俯冲带的流体-岩石相互作用及元素循环等信息。本文整理了马里亚纳弧前物源深度逐渐增加的5座蛇纹岩泥火山(Yinazao、Fantangis?a、Asùt Tesoru、South Chamorro和Conical)发育角砾蛇纹岩的FMEs数据,通过不同泥火山、同一泥火山不同深度样品及同一块状样微区子样品间的FMEs特征对比,分析了蛇纹岩泥火山引起的蛇纹石化作用的流体性质、来源和形成机制。5座蛇纹岩泥火山角砾蛇纹岩的FMEs均较亏损地幔(DM)显示富集特征:B、Cs、As强烈富集(常>100×DM),Li、Rb、Sb中等富集(>10×DM),Ba、Sr、Pb弱富集(<10×DM)。浅源泥火山角砾蛇纹岩中B、Sr、Ba、Pb含量最高,且由浅源至深源泥火山其含量呈逐渐减少的趋势。而Li、Rb、Cs、As、Sb含量显示相反特征,浅源泥火山的角砾蛇纹岩中含量最低,且从浅源到深源泥火山其含量逐渐增加。不同泥火山角砾蛇纹岩FMEs具有系统性变化特征,反映了俯冲板片衍生流体是其发生蛇纹石化作用的主要流体。离海沟较近的泥火山下部俯冲板片成岩作用以蛋白石脱水为主,形成的板片衍生流体极富B,略富Li、Ba、Sr、Pb;离海沟较远的泥火山下部俯冲板片成岩或进变质作用主要为碳酸盐矿物分解和少量蚀变洋壳脱水及黏土矿物转化,板片衍生流体富Ba、Sr、Li、Rb、Cs;居于上述2类泥火山之间的泥火山,下部俯冲板片主要成岩作用为黏土矿物脱水及转化,板片衍生流体以富集B、Li、Rb、Cs、Ba为特征。海底以下深度<50 m的样品FMEs含量最高,指示海水风化对FMEs含量有一定影响,尤其是B、Sr。同一块角砾蛇纹岩不同微区结构的FMEs含量不同,纯蛇纹石区域其含量最高,指示蛇纹石化产物对FMEs有一定影响;绢石结构中Li、Rb、Cs含量高于橄榄石蚀变的蛇纹石,说明原始矿物类型也对部分FMEs富集有一定影响。

马里亚纳弧前Quaker蛇纹岩泥火山自生烟囱生长模式

马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山顶发育烟囱状自生沉积,由海底低温碱性流体渗漏形成,它对示踪蛇纹石化流体渗漏有重要意义,但烟囱生长模式仍未明确。本文选取马里亚纳弧前Quaker蛇纹岩泥火山烟囱状自生碳酸盐岩,进行岩石学、矿物学和元素地球化学研究,查明不同生长阶段烟囱元素组成、矿物类型及演化规律,提出烟囱生长模式。幼年烟囱具有高MgO(18.5%~37.5%)和低CaO含量(12.2%~32.1%),由方解石(52.0%~77.6%)及以水镁石为主的富镁碱性矿物组成;成熟烟囱MgO含量显著降低(1.5%~23.6%),CaO含量显著升高(18.6%~53.3%),除发育方解石(59.8%)和少量富镁矿物外,还发育文石(23.4%);死亡烟囱不含富镁矿物,文石含量最高(33.2%),显微镜和扫描电镜下均观察到文石交代富镁矿物。不同类型烟囱间元素和矿物组成差异以及岩石学特征,说明渗漏流体导致方解石和水镁石沉淀,而文石为交代产物,在烟囱成熟过程中亚稳定的水镁石最终被文石交代,文石及CaO和MgO含量可指示烟囱的成熟程度。同一烟囱横截面由内向外微区样品的MgO含量依次降低,CaO含量依次升高,说明烟囱内侧较新,外侧较老,烟囱由外向内生长。同一烟囱下部横截面MgO含量低于上部横截面,CaO含量则相反,说明下部先形成,指示烟囱自下而上生长。

马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山无机成因甲烷–氢气水合物形成条件与稳定带发育特征

海洋水合物的成藏不仅需要合适的温度、压力条件,而且需要充足的气源。一般认为大洋区海底沉积物缺乏丰富的有机质,不具备天然气水合物发育的气源条件。然而最近研究表明洋壳广泛的蛇纹岩化作用可以产生大量的无机成因甲烷,并找到了与蛇纹岩化有关的水合物发育证据。蛇纹岩化过程中不仅有甲烷生成,还生成大量的氢气,很可能形成甲烷–氢气水合物。本文根据IODP 366航次钻探资料,应用甲烷–氢气水合物的热力学模型,计算了马里亚纳弧前三个蛇纹岩泥火山钻探实测获得的不同氢气含量条件下的甲烷–氢气水合物稳定带分布特征。结果显示氢气比例越高,计算获得的甲烷–氢气水合物稳定带底界深度越浅。研究的6个马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山站位中, IODP 1491、1492、1496、1498四个站位可能具备甲烷–氢气水合物发育温压和气体成分组成条件;IODP 1493、1497站位几乎不具备甲烷–氢气水合物的温压和气体组成条件。

马里亚纳弧前Conical蛇纹岩泥火山顶自生沉积物特征及其对渗漏流体的指示

马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山顶部海底发育由低温碱性流体渗漏形成的自生沉积物,记录了渗漏流体特征,对俯冲带的物质循环研究有重要意义。但目前对复杂矿物组成的自生沉积物及其所指示的渗漏流体信息仍不清楚。对采自马里亚纳弧前Conical蛇纹岩泥火山的自生沉积物进行了岩石学、矿物学及主量和微量元素分析。结果表明,Conical蛇纹岩泥火山自生沉积物呈疏松多孔状,极易碎,碎块主要呈薄片状和球粒状。薄片状碎块呈白色,主要由针状文石和棱柱状方解石组成,CaO含量较高(49.3%~53.3%),MgO含量较低(2.3%~4.5%)。球粒状碎块呈黄色或白色,为无定形镁硅酸盐,MgO含量较高(25.5%~29.1%),CaO含量较低(0.5%~2.9%)。碳酸盐岩碎块的总稀土含量(ΣREE)为227.2~4136.6 ng/g;无定形镁硅酸盐碎块的ΣREE为115.4~364.9 ng/g,均显示轻微重稀土富集的平坦型配分模式。自生沉积物的稀土配分模式显示,除两个稀土含量相对较高的碳酸盐岩样品外,渗漏流体的贡献高于90%,说明两类样品均形成于较强的渗漏环境,并且碳酸盐及镁硅酸盐可能分别形成于“低硅型”和“高硅型”不同的流体活跃期。

马里亚纳南部弧内坡橄榄岩的岩石学及地球化学特征：对弧前地幔流体交代作用的指示

马里亚纳俯冲带弧内坡由于俯冲的太平洋板片的侵蚀而出露了相当于弧下地幔成分的橄榄岩,这些橄榄岩是研究岛弧岩浆作用及弧下地幔流体交代作用难得的样品。报道了马里亚纳南部关岛以南的弧内坡橄榄岩的矿物组成、主量元素以及微量元素地球化学特征。这些岩石具有非常难熔的矿物组成:橄榄石具有很高的Mg,斜方辉石中的Al2O3含量极低,尖晶石具有很高的Cr。滑石、蛇纹石和角闪石(透闪石为主,有少量镁角闪石和浅闪石)则指示了流体在中低温度下对橄榄岩的交代作用,并表明流体可能含有较高的SiO2、Al2O3和Na2O。全岩的主量元素中,CaO和Al2O3的质量百分比含量很低,而MgO的含量较高(干体系下多在43%左右),显示岩石经历了高度熔融。微量元素中,U和Sr的含量较高,相对富集,可能是来源较浅的板片流体化学特点的反映。