日本Setouchi岛高镁安山岩的岩石成因

高镁安山质岩石（包括sanukitoid和高镁adakite）与大陆地壳的平均成分接近，其成因对理解地壳演化意义重大，但是，这些岩石的成因目前仍存在很大争议。上世纪80年代，Tatsumi等人提出日本Setouchi岛高镁安山岩由富集地幔部分熔融形成，该模式被广泛用于解释其它一些高镁安山岩（如晚太古代sanukitoid）的形成。通过对橄榄石斑晶及具有正、反环带的辉石和角闪石的成分环带的细致分析，我们发现华北中生代邯邢高镁闪长岩可能由来自下地壳的中酸性熔体与橄榄岩在中-上地壳深度发生反应形成。Setouchi高镁安山岩的岩石学、地球化学特征与邯邢高镁闪长岩有很多相似之处，其现有的成因模式值得怀疑。本项目拟重点剖析Setouchi高镁安山岩中具有生长或扩散成分环带的矿物（橄榄石、辉石等）微区所保存的岩浆形成、演化信息，与邯邢高镁闪长岩进行对比研究，查明Setouchi高镁安山岩的岩石成因。

安山质岩石主要形成于板块俯冲带，与玄武岩和花岗岩相比，安山质岩石的成因更复杂也更具争议。在日本濑户内海一带，发育中新世高镁安山岩（sanukitoid，赞岐岩），东西延伸数百公里，具有独特的地球化学成分：MgO、Cr、Ni含量高且同时富SiO2，LREE相对HREE富集，Nb、Ta、Ti等高场强元素亏损，Sr具正异常，无明显的Eu负异常。其成因存在多种模式：含水富集地幔发生部分熔融、俯冲洋壳的熔浆与地幔楔反应、玄武质岩浆与幔源sanukitoid岩浆的重熔产物等多个端元混合等。在Superior, Pilbara等克拉通，广泛发育晚太古代高镁安山质岩石，亦被称为sanukitoid，这些太古代sanukitoid也普遍被认为由富集地幔部分熔融形成。然而，我们发现具有类似岩石地球化学特征的华北中生代高镁闪长岩是由来自下地壳的中酸性熔体与橄榄岩在地壳深度发生反应形成（Qian and Hermann，2010）。为追本溯源，本项目对九州大分、大坂、小豆岛的高镁安山岩进行了岩石学、地球化学研究，获得如下关键数据：（a）日本sanukitoid中的橄榄石斑晶为自形-半自形，具扩散成分环带，核部CaO含量较高（0.10-0.15 wt%），边部具溶蚀港湾，周围被斜方辉石反应环边包裹。个别橄榄石斑晶中发现钾长石、方解石、菱铁矿的包裹体。扩散数值模拟计算表明形成橄榄石扩散环带的时间尺度为101-102年。（b）斜长石具正环带，斜长石格架之间的玻璃质富硅（SiO2=72-73 wt%），含石英。（c）单斜辉石具有正环带或反环带。（d）MgO含量（11.6-1.5 wt%）迥异的安山岩具有相似的不相容元素的含量和特征。项目取得如下重要结果：日本高镁安山岩中的橄榄石为捕虏晶，属其它幔源岩浆的堆晶产物；初始熔浆为壳源酸性岩浆；日本sanukitoid为壳源岩浆与橄榄岩反应形成，与我们提出的邯邢高镁闪长岩的成因一致。本项目研究结果有重要科学意义：查明了日本高镁安山岩的成因，其它显生宙岛弧地区以及太古代高镁安山质岩石的成因也需要重新解释。由于大陆地壳平均成分为安山质，查明安山岩成因有助于理解大陆形成和演化。