巴布亚半岛拉明顿火山开放体系岩浆过程和挥发份演化的矿物学制约

Volcanism on the Papuan Peninsula is of particular interest because it represents arc-like magmatism decoupled from active subduction. The origin is inferred to be related to delayed partial melting of subduction-modified mantle, an upwelling asthenosphere triggered by the westward propagation of the Woodlark Sea Basin. The 1951-1956 eruption of Mt. Lamington is the latest volcanic activity occurred on the Papuan Peninsula, which devastated an area over 100 km2 and caused around 3000 deaths, making it as one of the most hazardous volcanoes on earth. However, mechanisms that shaped this important eruption are still poorly understood. This project targets on deciphering pre-eruption open-system magmatic processes and volatile evolution paths, which fundamentally determine the explosivity and scale of this eruption. Plagioclase and amphibole phenocrysts from andesites and magmatic enclaves produced during this eruption and shoshonites collected from crater-walls will be investigated. Through careful textural and in situ geochemical analyses of the crystals, the magmatic pressure-temperature-chemical composition (P-T-X) paths will be reconstructed to reveal open-system magmatic processes. Volatile and other chemical compositions of apatites and melt inclusions in plagioclase and amphibole phenocrysts will be analysed, in terms of providing insights into the relationship between volatile contents and magmatic processes. This study will contribute to better understanding of the trigger of the past eruption of Mt. Lamington, and a regional volcanic risk management procedure in the future.

巴布亚半岛新生代火山活动产物普遍具有与俯冲作用成因有关的岩石地球化学特征，据推测其成因与受俯冲作用改造的交代地幔在板块俯冲结束之后发生延迟熔融有关。1951-1956年拉明顿火山喷发，这是是巴布亚半岛上最近的一次火山活动，本次喷发也造成了巨大的人员伤亡。然而，对于本次火山喷发活动机制还缺乏相应的研究，限制了对该区域火山活动规律的认识。本项目拟从以下两个方面开展研究：（1）以本次喷发形成的安山岩和暗色包体、以及火山口粗面岩围岩中的斜长石和角闪石斑晶为研究对象，通过矿物结构与原位微区化学成分分析，反演喷发前岩浆演化P-T-X轨迹，构建开放体系岩浆过程；（2）以斜长石和角闪石中的熔体包裹体和磷灰石副矿物为研究对象，通过挥发份和化学成分分析，探讨岩浆中挥发份组分演化与岩浆过程之间的关系。这一研究将提高对拉明顿火山1951-1956年喷发驱动机制的认识，为建立该区域火山灾害预测预警体系提供科学依据。

本项目选取了巴布亚半岛拉明顿火山1951年喷发产物作为研究对象，主要对其中三类喷发产物（安山岩、安山岩中包体、钾玄岩）的斜长石斑晶与安山岩中的角闪石斑晶进行了研究，主要取得了以下进展与结果：（1）在三类产物中识别出了振荡环带、扩散环带、筛状结构和补丁状结构的斜长石斑晶，在安山岩中识别出了振荡环带、简单环带以及扩散环带的角闪石斑晶。（2）获得了三类喷发产物的斜长石原位元素与同位素变化特征以及角闪石的原位主量线剖面特征。结合斑晶结构与地球化学特征，我们认为在包体岩浆与安山岩岩浆房界面上存在一个成分扩散区（扩散环带形成区域）与温度扩散区（振荡环带形成区域）。安山岩与包体斜长石早期结晶时可能继承了钾玄岩同位素特征，并且可能存在一个更低87Sr/86Sr岩浆；而安山岩中高的斜长石原位87Sr/86Sr则可能来自于后期高87Sr/86Sr源的混染。（3）结合分析的斜长石原位Sr同位素与邻近区域火山岩的全岩87Sr/86Sr与143Nd/144Nd，我们认为拉明顿火山可能存在三个类型的岩浆来源：Woodlark洋盆打开后的亏损地幔、俯冲交代的富集地幔以及巴布亚半岛下的岛弧地壳。（4）收集的全岩同位素数据表明从东（Woodlark 洋盆）到西（拉明顿火山），火山岩的全岩143Nd/144Nd降低，岩浆源区逐渐从亏损地幔转变到地壳混染后的富集地幔。因此我们认为Woodlark洋盆在向西延展，并有逐渐登陆到巴布亚半岛上的趋势，同时这一延展受到了北部Trobriand Trough俯冲系统的控制。