初期俯冲带火山岩浆的形成与演化：以西太平洋伊豆-小笠原-马里亚纳岛弧为例

The Izu-Bonin-Mariana forearc regions proserve and expose varied volcanic rocks associated with the initiation of an intra-oceanic subduction zone. From oldest to youngest, forearc basalts (spreading forearc, 52-50 Ma)，boninites (infant arc, 48-44 Ma), high-Mg andesites (transition arc, 45-44 Ma) and normal arc tholeiites (mature arc, 44-25 Ma ) were dredged from Bonin forearc seamounts. Why did the magmatisms change the chemical composition following the evolution of subduction? How did the transition occur from one magma type to the next? What were characteristic geophysical and geochemical conditions corresponding to the evolutional stages of subduction zone? Our proposal will be mineralogical, petrological and geochronological (40Ar/39Ar, laser stepwise heating of the crystalline groundmass) studies on varied volcanic rocks of Bonin forearc seamounts. We will apply a geochemical mass balance model to examine the genetic conditions of decompression mantle melting, slab dehydration-melting and slab fluid- or melt-fluxed mantle melting associated with the generation of forearc basalts, boninites and arc tholeiitic basalts. These results will be information on how mantle circulation and melting processes evolve during subduction initiation from early decompression melting of fertile asthenosphere to late slab liquid-flux melting of depleted mantle, and useful to understand the slab material recycling across subduction zone, the chemical species of arc magmatisms and a test for the hypothesis of primary arc crust produced by the subduction initiation in early Earth.

西太平洋伊豆-小笠原-马利亚纳弧前海域出露有洋壳相互俯冲最初期形成的海岭型玄武岩，俯冲带初期产生的玻安岩，俯冲带发展期形成的高镁钙碱性安山岩和俯冲带成熟期产生的拉斑玄武岩。为什么随着时间的推移，俯冲带的火山岩浆的化学成分有多样的变化？不同类型的火山岩，反映了当时的俯冲带怎样的地球物理和化学环境？本申请计划利用高精度激光阶段加热40Ar/39Ar同位素定年技术，对小笠原前弧海域采集的火山岩的新鲜基质进行分析, 测定俯冲带发生, 发展等不同时期的火山岩的准确年代。对不同年代的代表性火山岩的化学成分进行分析，运用 Mass Balance Simulation 数值模拟解析一系列不同地化特征的火山岩所对应的当时的俯冲带的 (a) 地球物理条件P-T；（b）地壳-地幔之间物质循环；（c）火山岩浆和地幔楔残留橄榄岩之间的物质平衡，进而探讨原始岛弧安山质地壳起源于早期地球的洋壳相互俯冲的假说。

西太平洋伊豆-小笠原-马里亚纳前弧的火山岩，岩性包括前弧玄武岩，玻安岩，岛弧钙碱性安山岩和岛弧拉斑玄武岩-安山岩等。前弧玄武岩（52 ~ 50 Ma）略早和等同于玻安岩（50 ~ 44 Ma），岛弧钙碱性安山岩介于中间年代（44 ~ 43 Ma），岛弧拉斑玄武岩-安山岩比较年轻 (43 ~ 40 Ma)。前弧玄武岩的地球化学特征没有任何俯冲带火山岩浆的特征，成因类似于中央海岭玄武岩。 玻安岩的地球化学特征只能代表玻安质岩浆是一种在高温俯冲带环境下所产生的特殊的高镁质岛弧火山岩浆。在异常高温高的俯冲带地幔楔，俯冲板块由来的脱水流体/部分熔融硅酸盐熔体与以前多次发生过部分熔融后残留的高枯竭度地幔橄榄岩发生反应，生成的一种特殊的高镁/低硅/低钛/富水的火山岩浆。与高温的玻安岩浆相比，岛弧拉斑质玄武岩起源一种低温的俯冲带。主要是由于俯冲板块物质的脱水作用，上升的水流体引起上部地幔楔的枯竭地幔橄榄岩的部分熔融，产生岛弧拉斑玄武岩浆。岛弧钙碱性安山岩是玻安岩与岛弧玄武岩浆的混合作用而产生。玻安岩的出现代表初始俯冲带的开始这一观点不正确。因为玻安岩的地球化学特征只代表一种异常高温的俯冲带的岩浆产物。这种异常高温可能是由于海岭俯冲，地幔柱热点俯冲，或者可能的前弧海盆扩张等不同的地质原因产生。中央海岭型前弧玄武岩与高温俯冲带成因的玻安岩几乎在同一空间，同一时间带出现在IBM前弧, 可能除了前弧海盆扩张模式以外，由于板块运动方向的突然改变，从中央海岭的转换断层转化为初期俯冲带的成因模式也有可能。此外，如果在Bonin 前弧IODP 352 的钻探样品中分离的164-165 Ma的锆石来自岩浆上升过程中捕获的中上部地壳的锆石，预示这些地壳物质可能是岛弧下伏的大陆地壳基底物质。也就是说，IBM可能围绕着一个古老的大陆地壳的边缘开始发生和发展；或者可能是围绕着古太平洋中一些先存的古老岛弧的边缘（微大陆）开始发生。