航次介绍

IODP 352航次报告

        1.  航次的科学目标

        IODP 352航次的主要科学目标是通过对伊豆-小笠原-马里亚纳弧前(Izu-Bonin-Mariana fore arc)钻探取芯,验证板块俯冲开始的蛇绿岩模型,具体概括为以下三部分:

        1)获取该岛弧代表俯冲开始至初期发展阶段的高保真岩浆记录;

        2)验证弧前玄武岩(Fore-arc basalt,FAB)位于玻安岩之下,通过地球化学研究制约FAB到玻安岩的渐变演化过程;

        3)利用钻探岩芯的地球化学研究来解读地幔在俯冲开始及初期演化过程中的熔融行为;

        4)验证俯冲带之上的蛇绿岩形成于俯冲开始阶段形成的岩石圈之上。

        2.  航次的执行情况

        352航次成功进行了四个站位的钻孔取芯:U1439,U1440,U1441,和U1442。共获得了1220米的火成岩和460米的沉积物岩芯,获得了俯冲开始阶段由海底扩张至初期岛弧发育连续的、多样性的岩石记录。FAB产出于水深较深的U1440和U1441两个站位,玻安岩产出于水深较浅的U1439和U1442站。ICP-AES和手持XRF结果显示,FAB相对于洋中脊玄武岩亏损高场强元素(例如Ti、Zr),具有不同丰度的微量元素,表明受控于不同的熔融程度以及源区可能存在不同程度的俯冲流体加入。FAB表现出明显的结晶分异,并且可能来源于一个统一的岩浆房。U1439和U1442站获得了完整的玻安岩序列,船上科学家根据全岩MgO,SiO2和TiO2含量将玻安岩划分为三种不同的类型:高Si玻安岩,低Si玻安岩和玄武玻安岩。三种不同的玻安岩可能代表了不同程度的流体、熔体成分加入,以及不同的温度、压力条件。具体的科学意义需要进一步的研究。U1439和U1440两站底部都出现了岩墙,并且两个钻孔岩墙的地球化学性质具有明显的区别,总体上与被侵入岩石具有亲缘性,说明FAB和玻安岩都具有各自独立的岩浆通道系统,这也说明玻安岩与FAB并不是渐变的演化关系,仅仅是存在水平接触关系,可能是俯冲过程中构造作用的结果。

        此外,本航次还获得了始新世至今的海洋沉积物,可能记录了气候变化、岛弧构造演化等方面的信息。共发现渐新世,晚中新世至早上新世,晚上新世至更新世三个阶段为主的火山灰夹层132层。岩芯中的微构造结合地震资料揭示该区域经历了周期性的正断层、逆断层和走滑断层活动。此外还发现岩石的P波速度要低于正常的洋壳。

        本次航次共获取个人样品195件,包括FAB 60件,玻安岩114件和海洋沉积物21件。此外还参加了共同研究(POOL sample)工作,将获得大约50件左右的粉末样品。航次后的研究主要包括全岩的Sr-Nd-Hf-Pb-B同位素研究,以及沉积物碎屑锆石的U-Pb-Hf-O同位素研究。

        3.  个人船上工作介绍

        本人在船上被分配到岩石学组,工作时间为晚上12:00至中午12:00。主要工作为:火成岩的宏观和微观岩性描述;岩石单元的划分;基本图件的编制;周报告、钻孔报告的编写;已知地球化学数据的初步解释;岩芯图像采集与扫描等。

     

        4.  航次后的研究计划

        通过航次申请阶段的调研以及航次进行阶段与船上科学家的交流,最终制定了以下研究计划:

        (1)火成岩:全岩Sr-Nd-Hf-Pb-B同位素研究

        本研究的主要目的是计算俯冲过程中俯冲盘对仰冲盘的流体、熔体的贡献。B元素、同位素对海水特别敏感,海洋沉积物、蚀变洋壳和未蚀变洋壳具有不同的B同位素组成,并且与上地幔的B同位素组成对比鲜明。Sr-Hf-Nd-Pb同位素的协调关系可以用来识别洋壳、沉积物的贡献,所以这些同位素的联合应用能够为俯冲过程中俯冲盘向仰冲盘的物质输送提供有效的制约。

        由于重力分异作用,地表岩石的稳定Sr-Nd同位素组成具有明显的区别,并且稳定Sr-Nd同位素比值对于矫正放射性成因的稳定同位素比值具有十分重要的意义,所以研究过程中还会涉及到稳定Sr-Nd同位素的研究。

        (2)沉积物:碎屑锆石U-Pb-Hf-O同位素研究

        目前对伊豆-小笠原-马里亚纳弧前(Izu-Bonin-Mariana fore arc)沉积物碎屑锆石的研究程度很低,此研究具有重要意义。一方面因为火成岩中锆石的含量较少,同时火成岩岩石取样比较困难,造成了目前仅有少量的锆石U-Pb-Hf-O同位素数据发表。本航次取得了0.46千米的沉积物,这些沉积物中可能含有来自该岛弧的碎屑锆石。通过岩相观察,选取了粒度较粗的沉积物样品21件,期望通过其中碎屑锆石的研究,为该岛弧体系的岩浆活动时限、岩浆性质提供制约。

 

中国科学院广州地球化学研究所,李洪颜

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