土耳其东南部蛇绿岩套中超基性岩之地球化学特性及其隐没带特徵摘要
Guleman和Kizildağ两蛇绿岩套出露於土耳其东南方,为晚白垩纪特提斯造山带 (Tethys orogenic belt) 中残留的新特提斯洋(Neoethyan ocean) 海洋岩石圈残块。前人分析此蛇绿岩套中岩浆岩的地球化学特性,认为形成於隐没起始 (subduction initiation) 时的岩浆活动;然而超基性岩的铁同位素研究结果则支持海洋地壳应形成於中洋脊 (mid-ocean ridge, MOR) 的环境,显示此区蛇绿岩套在成因上仍存在许多争议。本研究分析两套蛇绿岩套中超基性岩的地球化学特性,包括岩象学、主量元素、微量元素、矿物化学、铼-锇同位素和铂族金属元素组成,藉以探讨此蛇绿岩套的岩石成因。透过岩象学观察,Guleman 和Kizildağ的超基性岩均为方辉橄榄岩(harzburgite),但在组织 (texture) 上略有不同:(1) Guleman的样本多呈残碎斑状组织,较未受蛇纹岩化,其斜辉石晶型为半自形 - 他形,粒径偏小 ( < 0.2mm);尖晶石则属於高铬尖晶石。Kizildağ的样本均为等粒状组织,且受到十分严重的蛇纹岩化作用 (烧失量 ~ 11wt%),当中的橄榄石多遭受严重的热水换质而转变成蛇纹石,仅存少数的残晶保有原始橄榄石特性;斜辉石含量极少,在光学显微镜下不易辨认,多生长在直辉石外围,可能是直辉石和岩浆反应的产物;尖晶石的铬含量则较Guleman的尖晶石低,在光学显微镜平行偏光下透光度较高。上述岩象学证据指出两地曾遭受不同程度的应力挤压及後期热水换质作用(hydrothermal alteration)。将Guleman和Kizildağ橄榄岩样本与现今中洋脊的深海橄榄岩 (abyssal peridotite) 及Izu-Bonin Mariana 弧前之橄榄岩进行全岩及矿物主量元素对比发现:Guleman橄榄岩的亏损程度大於所有的深海橄榄岩,而Kizildağ橄榄岩则是和最亏损的深海橄榄岩具有相近的化学成分。进一步透过微量元素模拟计算样本所经历的部分熔融程度,本研究认为以玻安岩 (Boninite) 的源区和形成条件作为计算参数的模拟结果最符合测量到的化学组成,计算结果得Guleman橄榄岩为约经历25~30%部分熔融的残余,Kizildağ橄榄岩则是18~21%部分熔融的残余。於微量元素结果上,Guleman和Kizildağ的样本都有大离子半径元素 (U, Th, Pb) 和轻稀土元素 (LREE) 的富集,且铂族金属元素中较不相容的Pd, Re都较原始上部地函富集,且Pd/Ir和Yb皆呈现负相关,显示二者曾在隐没带经历过交代换质作用 (metasomatism)。由於上述证据均和玻安岩的岩石成因十分吻合,故本研究认为此二区域之方辉橄榄岩为隐没起始时玻安岩岩浆活动的残余。从铼锇同位素结果来看,所有Guleman 和Kizildağ橄榄岩的187Os/188Os均小於球富集粒陨石质地函 (chondritic mantle, 0.1278),从0.11679~0.12706不等;全岩Re含量和187Re/188Os则多小於上部地函平均值 ( ~ 0.4),可得知Guleman和Kizildağ橄榄岩均保有原始的锇同位素讯号。其模式年龄主要分成三群,分别为100~200Ma、400~700Ma和1594Ma,其中200Ma左右的年龄可对应到新特提斯洋张裂的事件 (~125Ma),其余前寒武纪的年龄可能记录着当地新生地壳生成的岩浆事件,亦有可能反应上部地函锇同位素的不均值性。
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