Igneous Rock Associations 8. Arc Magmatism II: Geochemical and Isotopic Characteristics
Igneous Rock Associations 8. Arc Magmatism II: Geochemical and Isotopic Characteristics
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作者：
J. Murphy
地球化学和同位素数据提供了在破坏性板块边缘发现的岩浆活动的起源和演化的见解。在海洋岛弧成因的早期阶段，拉斑岩岩浆占主导地位，而在成熟的海洋弧和大陆弧中，钙碱性岩浆最为常见，其成分从玄武岩到流纹岩不等，包括体积较大的中间（安山岩）岩。实验表明，钙质基性岩浆是由水合地幔楔熔融形成的，在接近h2o饱和的条件下经历了低压分馏结晶。中长英质岩浆的形成方式多种多样，包括基性岩浆的分选、基性岩浆和长英质岩浆的混合（在许多情况下，这一过程得到了磁场和结构证据的支持）、地壳污染或地壳的部分熔融。在某种程度上，所有这些过程似乎都发生在电弧系统中，尽管在任何给定的电弧系统中，一种机制可能占主导地位。弧缘钙碱玄武岩和拉斑玄武岩一般表现出中等程度的轻稀土元素（LREE）富集和平坦的重稀土元素（HREE）剖面，表明其成因为浅层（尖晶石-辉橄榄岩）地幔。较演化的岩浆呈现Eu异常，与低压斜长石分馏一致。与板块内相比，拉斑岩和钙碱弧岩浆具有较低的高场强元素丰度，可能是因为这些元素在地幔楔的附属阶段被束缚，并且在部分熔融过程中是稳定的。与弧拉斑岩相比，钙碱性岩浆具有更高的不相容大离子亲石元素丰度，反映了地幔楔源的富集。弧岩浆中HFS的耗竭和LIL元素的富集是各种判别图的基础。这些图约束了在现代和古代弧系统中运行的过程，包括球粒陨石归一化、morb归一化和地幔归一化的蜘蛛图，其特征是微量元素丰度的锯齿状图案（与板内套相对光滑的图案相反）。部分弧套的143Nd/144Nd初始含量较低，87Sr/86Sr初始含量较低，与MORB相似。其他套层具有丰富的同位素模式，与俯冲的海洋沉积物对岩浆组成的影响相一致。钐- nd和铷- sr同位素研究可以用来区分长英质岩浆是由基性更强的母岩的分离结晶形成的（它们的值相似），还是由古地壳的熔融形成的。苏梅尔：地球化学特征和同位素特征表明了岩浆岩、俯冲边缘、板块构造的起源和演化。岩浆岩的主要成分是岩浆岩，主要成分是岩浆岩，主要成分是岩浆岩，主要成分是岩浆岩，主要成分是岩浆岩，主要成分是岩浆岩，主要成分是岩浆岩，主要成分是岩石，主要成分是岩浆岩。在准饱和条件下，钙钙酸盐在岩浆中经历渗透，在岩浆中形成钙钙酸盐水合物，在水的准饱和条件下形成低密度的结晶分馏，形成低密度的岩浆水合物。岩浆的组成、介质、构造、结果、机制各不相同；岩浆的分块、构造和构造（构造和构造）、污染地壳和融合颗粒。我们的机制包括：生产、运动、粒子、结构、结构、结构、结构、结构、结构和结构，特别是结构和结构。玄武岩富集模式典型、钙钙化模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型、陆相沉积模式典型。Les岩浆+演化与Eu异常密切相关，在斜长石基底温度和分馏作用下具有相当的一致性。比较了a ceux des contextes - intra斑块、les magmas tholiitiques et calco- calcalins和'arc insulaires affent des contenus mores en elements a grande intensite de champ、peute - trece ce elements sonlies pendant les phases accessoires dans le biseau mantelique、et sables pendant la phase de fusion particle。比较了三种不同类型的岩浆岩、三种不同类型的岩浆岩、三种不同类型的岩浆岩和三种不同类型的岩浆岩、三种不同类型的岩浆岩、三种不同类型的岩浆岩、三种不同类型的岩浆岩、三种不同类型的岩浆岩。这些评价特征包括：大强度岩石（HFS）、大强度岩石（LIL）、大强度岩石（LIL）、岩浆岩（arcs insulaires）、地层（base d’une variety de diagmes de discrimination）等。这些图解包括：精确的渗透图解、现代和古代的沉积过程图解、球粒陨石图解、海洋玄武岩图解和地幔图解、特征图解、不规则剖面图解、元素痕迹图解（对比图解）、克拉通内部组合体的关系调节图解)。某些套房d'arcs insulaires监测的比率为143Nd/144Nd appauvris和87Sr/86Sr interinterres的celui de la valeur planetaire actuelle，以及类似的celui des玄武岩de dorsales oceaniques。地层剖面上的同位素富集，对应了沉积、俯冲和岩浆组成的单一影响。研究了钐-钕和铷-锶的同位素组合，并将其应用于不同的岩浆岩中，如结晶分选、结晶分选、结晶分选等，以及古岩浆岩融合的同位素组合。
Geochemical and isotopic data provide insights into the origin and evolution of magmatism found at destructive plate margins. Tholeiitic magmas are dominant in the early stages of oceanic island-arc genesis and calc-alkalic magmas are most common in mature oceanic arcs and in continental arcs where they may range from basalt to rhyolite in composition, including voluminous intermediate (andesitic) rocks. Experiments suggest that calcalkalic mafic magmas are formed by melting of a hydrated mantle wedge and undergo low pressure fractional crystallization under near-H2O saturated conditions. Intermediate to felsic magmas are derived in a wide variety of ways, including the fractionation of a more mafic parent, mixing between mafic and felsic magmas (a process supported, in many cases, by field and textural evidence), crustal contamination, or partial melting of the crust. All these processes appear to take place, to some degree, in arc systems, although in any given arc system, one mechanism may predominate. Arc-related calc-alkalic and tholeiitic basalts typically show moderate degrees of light rare-earth-element (LREE) enrichment, and flat heavy rare-earth-element (HREE) profiles, indicating an origin in a shallow (spinel lherzolite) mantle. More evolved magmas exhibit Eu anomalies, consistent with low pressure plagioclase fractionation. Compared to within-plate settings, tholeiitic and calc-alkalic arc magmas have lower abundances in high-field-strength (HFS) elements, possibly because these elements are bound during the accessory phases in the mantle wedge, and are stable during partial melting. Compared to arc tholeiites, calc-alkalic magmas have higher abundances of incompatible large ion lithophile (LIL) elements reflecting enrichment in the mantle wedge source. This characteristic depletion in HFS, and enrichment in LIL, elements, in arc magmas is the basis for a variety of discrimination diagrams. These diagrams constrain processes operating in modern and ancient arc systems and include chondrite-normalized, MORB-normalized and mantle-normalized spidergrams, which are characterized by jagged patterns of trace-element abundances (in contrast to the relatively smooth patterns of within-plate suites). Some arc suites have depleted initial 143Nd/144Nd and lower initial 87Sr/86Sr than the bulk earth, and are similar to MORB. Other suites have enriched isotopic patterns consistent with the influence of subducted oceanic sediments on the composition of the magma. Samarium-Nd and Rb-Sr isotopic studies can be used to distinguish between felsic magmas derived from fractional crystallization of a more mafic parent (which would have similar values) and those derived from the melting of ancient crust. SOMMAIRE Les donnees geochimiques et isotopiques fournissent des indications quant a l'origine et a l'evolution du magmatisme des marges de subduction des plaques tectoniques. Les magmas sont principalement tholeiitiques dans les premieres phases de formation des arcs insulaires oceaniques, alors qu'ils sont principalement calco-alcalins pendant les phases terminales des arcs insulaires oceaniques ainsi que dans les arcs insulaires continentaux, ou leur composition peut aller du basalte a la rhyolite, dont des volumes considerables de roches de composition inter-mediaire (andesitique). Des experiences permettent de penser que les magmas mafiques calco-alcalins sont formes par la fusion d'un biseau mantelique hydrate qui subit une cristallisation fractionnee a basse pression en des conditions de quasi-saturation en H2O. Les magmas de composition intermediaire a felsique resultent de mecanismes tres varies, dont le fractionnement d'une roche mere plus mafique, le melange de magmas felsiques et mafiques (mecanismes mis en evidence par des donnees de terrain et l'analyse texturale), la contamination crustale, ou la fusion partielle de la croute. Tous ces mecanismes semblent se produire, au moins partiellement, au sein d'arcs insulaires, mais l'un d'eux peut constituer le mecanisme predominant de quelque systeme d'arcs insulaires particulier. L'enrichissement modere typique des basaltes calco-alcalins et tholeiitiques d'arcs insulaires en elements legers des terres (LREE) rares ainsi que le profil plat de leur contenu en elements lourds des terres rares (HREE) sont des indicateurs d'une origine mantelique peu profonde (iherzolithe a spinelle). Les magmas plus evolues affichent des anomalies en Eu, ce qui concorde avec un fraction-nement a basse temperature des plagioclases. Compares a ceux des contextes intra-plaques, les magmas tholeiitiques et calco-alcalins d'arcs insulaires affichent des contenus moindres en elements a grande intensite de champ, peut-etre parce que ces elements sont lies pendant les phases accessoires dans le biseau mantelique, et sont stables pendant la phase de fusion partielle. Compares aux tholeiites d'arcs insulaires, les magmas calco-alcalins ont des contenus plus eleves en elements lithophiles a grands champs ioniques incompatibles, ce qui est le reflet d'un enrichissement au sein du biseau mantelique source. Cet appauvrissement caracteristique en elements a grande intensite de champ (HFS) et cet enrichissement en elements lithophiles a grands champs ioniques (LIL) des magmas d'arcs insulaires forment la base d'une variete de diagrammes de discrimination. Ces diagrammes permettent de preciser les processus en jeu des systemes d'arcs insulaires modernes et anciens et incluent des diagrammes radiaux normalises pour les chondrites, pour les basaltes de dorsales oceaniques (MORB) et pour le manteau, lesquels son caracterises par des profils anguleux irreguliers des courbes de contenus en elements traces (en contraste avec les profils relativement reguliers des suites intra-cratoniques). Certaines suites d'arcs insulaires montrent des ratios initiaux 143Nd/144Nd appauvris et 87Sr/86Sr inferieurs a celui de la valeur planetaire actuelle, et qui sont semblables a celui des basaltes de dorsales oceaniques. D'autres suites ont des profils isotopiques enrichis, ce qui correspond a une influence de sediments oceaniques subductes sur la composition du magma. Les etudes samariumneodymium et rubidium-strontium peuvent etre utilisees pour differencier entre les magmas felsiques issus d'une cristallisation fractionnee d'une roche mere plus mafique (qui montrerait des valeurs similaires) et ceux provenant de la fusion d'une croute ancienne.