日本海钻孔火山岩岩石地球化学特征及其地质意义

Japan Sea, one of the most typical marginal seas and back-arc basins of Western Pacific, composes a completed tectonic system together with Western Pacific subduction zone (Mariana Trench), Japan Arc and continental margin rift zone of East Asian. Although the investigation of this system is in a vitally important position in geodynamics system and marine geology field, a comprehensive marine geology investigation is absent due to dilemma of obtaining systematic samples from Japan Sea. This research primarily relys on Integrated Ocean Drilling Program (IODP: Site 794, 795, 797) to acquire systematic and completed volcanic samples in the drill hole from Japan Sea. By means of the high-precision analysis of petrology, geochemistry and geochronology of these volcanic rock, this investigation is to discuss magmatic evolutionary trend, the characteristics of volcanic activity, the development of back-arc basin and the formation of Japan Sea. Ultimately, combine with the feature of volcanic activity in northeast China and Korean peninsula which have been studied by our group, we also try to determine the geodynamic model of the integral northeast Asian tectonic plate, and provide scientific evidences for the genesis of the occurrence of earthquake and volcanism.

日本海处于东北亚大陆边缘与日本列岛之间，是太平洋西岸典型的边缘海和弧后盆地，它与太平洋板块俯冲带（马里亚纳海沟）、日本岛弧及东亚大陆边缘裂谷带组成一个完整的板块体系，在地球动力学系统及海洋地质研究中处于非常重要的地位。由于日本海底岩石样品难于获取，以往对于海洋地质研究相对薄弱。本项目以大洋钻探（IODP）为依托，幸运地获取了位于日本海深海三个钻孔（794、795、797）连续完整的火山岩样品，通过对这些岩石样品的岩石学、地球化学和年代学分析，研究海底岩浆演化及火山活动特征，探讨弧后扩张和日本海形成过程；进而，结合近年来本课题组在中国东北和朝鲜半岛所做的工作和他人的研究成果，建立东北亚板块构造体系的地球动力学模型，为揭示该地区地震、火山发生机理提供科学依据。

综合性的研究日本海Site 79钻孔和Site 797钻孔的火山岩。并根据Site794和Site 797钻孔的岩石层位分布，将Site 794钻孔火山岩分为上部玄武岩 US794 和下部玄武岩 LS794 两部分，Site 797钻孔火山岩分为上部玄武岩US797和下部玄武岩LS797两部分。年代学数据显示LS797、US794和LS794火山岩的年龄范围在17.7±0.5 Ma至21.2±0.8 Ma之间，而US797火山岩的年龄范围在15.1±0.9 Ma 至17.2±0.7 Ma之间，表明LS797、US794和LS794火山岩的年龄数据要明显老于US797火山岩的年龄。此外，US794、LS794、LS797 火山岩的微量元素和同位素成分相对较高，与富集洋中脊玄武岩 E-MORB的地球化学成分相似，而 US797火山岩的微量元素和同位素成分则相对较低，与亏损洋中脊玄武岩 N-MORB 具有较为相似的地球化学成分。综合了远东锡霍特阿林、日本海、东北日本岛弧西侧、北海道西南部、北海道北部的Sr、Nd同位素成分以及年龄数据，并且建立起它们的Sr、Nd同位素与年龄的模式图，结果发现锡霍特阿林玄武岩、日本海玄武岩、东北日本岛弧弧后和北海道西南部玄武岩、北海道北部玄武岩分别在23–24 Ma、17±2 Ma (15–19 Ma)、15 Ma、>12 Ma期间发生同位素成分从富集到亏损的巨大变化。导致同位素成分巨大变化的原因很有可能是由于软流圈地幔的上涌以及上覆次大陆岩石圈SCLM的扩张减薄。因此综上所述，我们提出在整个东北亚地区下方可能存在着一个向东流动的软流圈地幔。