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Element and Sr isotope zoning in plagioclase in the dacites from the southwestern Okinawa Trough: Insights into magma mixing processes and time scales

对采自西太平洋弧后盆地热液区附近的英安岩及其基性岩浆包体内的斜长石进行了详细的矿物学及微区主量、微量元素和Sr同位素分析。结果显示:英安岩中斜长石斑晶表现出明显的成分环带:核部具有高An值和高Sr/Ba比值,边部具有低An值和低Sr/Ba比值,且从核部到边部An值与Sr/Ba比值骤降。斜长石斑晶边部具有低Sr/Ba比值且87Sr/86Sr比值与英安岩全岩Sr同位素相似,表明斜长石边部是在寄主英安质岩浆中结晶的。相比之下,斜长石核部Sr同位素具有两种类型:一种是富集放射性成因Sr同位素(0.70724-0.70791);另一种具有非放射性成因Sr同位素(0.70535-0.70595),但两种类型的核均具有高An值和高Sr/Ba比值的特征。

此外,斜长石核部高Ca/Na比值及其平衡熔体高Sr含量均表明它们与寄主英安质岩浆不平衡,因而来自于深部不同的铁镁质岩浆系统,被上升岩浆夹带进入浅层岩浆房。

进一步,研究人员利用Mg元素在斜长石中的扩散速率结合扩散方程(菲克第二定律;∂C/∂t=D (∂^2 C)/(∂X^2 )),利用有限差分的数值方法模拟计算出钙质斜长石核部进入浅层岩浆房后经历了很长的滞留时间(可达600年),说明热液区浅部岩浆房具有较长的持续时间。而包体和寄主英安岩中斜长石不同的Sr同位素,尤其是钛磁铁矿成分的显著差异(钛磁铁矿晶体内阳离子扩散速率快,易达到扩散平衡),反映了基性岩浆注入浅层岩浆房中形成包体到岩浆喷发必须发生在很短的时间内(几十天),从而抑制包体与寄主英安岩发生完全化学平衡。因而,基性岩浆的注入很可能触发了英安质岩浆的喷发。