新生洋盆的形成是地球板塊周期性匯聚和離散旋回（威爾遜旋回）中關(guān)鍵的第一步，而探秘初始洋殼的地球化學(xué)特征及其地幔源區(qū)特性是理解海底擴張初期新生洋盆形成時地幔動力學(xué)過程的重中之重。加利福尼亞灣是東太平洋北部的一個狹長的邊緣海，北部仍以陸殼為主，代表大陸裂解階段，南部以洋殼為主，為海盆擴張階段，中部的瓜伊馬斯盆地記錄著海底擴張早期的初始洋殼組分和洋中脊巖漿作用的關(guān)鍵信息。為了探討瓜伊馬斯盆地新生洋殼的地球化學(xué)特征和地幔源區(qū)組成，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點實驗室地幔地球化學(xué)學(xué)科組博士生葛振敏、黃小龍研究員與河海大學(xué)海洋學(xué)院頡煒副教授及其合作者對國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃（IODP）385航次在加利福尼亞灣中部瓜伊馬斯盆地（Guaymas Basin）Ringvent熱液噴口附近的U1547和U1548站位（圖1）獲得的玄武質(zhì)玻璃樣品進行了原位主微量元素及Sr-B同位素組成特征研究，同時對加利福尼亞灣自北向南的裂陷擴張和地幔演化過程進行了研究，對理解不受地幔柱影響的板塊邊緣大陸裂解及初始海底擴張過程具有重要意義。

圖1. 加利福尼亞灣地質(zhì)背景圖及鉆探位置

　　研究結(jié)果表明，加利福尼亞灣瓜伊馬斯盆地的玄武質(zhì)玻璃樣品主要為拉斑玄武質(zhì)，呈現(xiàn)出E-MORB的稀土和微量元素配分模式，但更為富集流體活動性元素（Ba、K）和虧損流體不活動元素（Nb、Ta、Ti）。此外，這些樣品具有比MORB更高的B含量(3.07 ~ 3.67 ppm)、更為富集的Sr同位素組成（87Sr/86Sr = 0.7032 ~ 0.7037）以及更重的B同位素組成（ 11B = ？ 5.52‰ ~ + 1.20‰）。基于B/Nb和Sr-B同位素比值的混合模型，模擬結(jié)果顯示瓜伊馬斯盆地的新生洋殼可能源自虧損地幔（DMM），同時受部分脫水的蝕變洋殼（AOC）及俯沖沉積物（Sed）熔體交代混染的影響（圖2）。其中，俯沖沉積物可能是造成樣品高B含量及富集的Sr同位素組成的主要原因，而樣品重的B同位素組成則主要受蝕變洋殼的影響。位于熱液噴口邊部的U1548站位樣品比位于熱液噴口內(nèi)部的U1547站位樣品（圖1c）具有更為離散的B同位素組成（圖2），則可能是由于B同位素分餾程度隨著溫度的升高而降低。

圖2. U1547和U1548站位玄武質(zhì)玻璃（a） 11B vs. B/Nb 及（b） 11B vs. 87Sr/86Sr關(guān)系圖

　　對比加利福尼亞灣從北到南第四紀近乎同期的巖石樣品，本研究發(fā)現(xiàn)，從加利福尼亞灣北部（如Isla San Luis火山）？中部（瓜伊馬斯盆地）？南部海灣開口處（如Alarc n盆地），巖漿巖呈現(xiàn)出地球化學(xué)富集程度（富集Ba元素，虧損Nb、Ti元素）逐漸減弱的變化趨勢（圖3a），且Ba/Nb及Th/Nb不斷降低（圖3b），表明加利福尼亞灣的拉張從南到北是漸進式的，且隨著加利福尼亞灣的逐漸拉張，新生洋盆地幔源區(qū)中富集的再循環(huán)組分也逐漸地被耗盡。

圖3. 瓜伊馬斯盆地與Isla San Luis火山及Alarc n盆地（a）微量元素及（b）Ba/Nb vs. Th/Nb對比圖

　　加利福尼亞灣地區(qū)在大陸裂解前，經(jīng)歷了法拉隆板塊長期的俯沖作用（圖4a），地幔源區(qū)中保留了大量的俯沖組分。隨著俯沖板片的斷離以及深部地幔的上涌，在大面積拉伸變薄的大陸地殼和巖石圈地幔下，虧損的軟流圈地幔攜帶著早期俯沖的部分脫水的蝕變洋殼和俯沖沉積物上升并部分熔融（圖4b），從而形成了瓜伊馬斯盆地玄武質(zhì)玻璃樣品獨特的地球化學(xué)特征。加利福尼亞灣的拉張受早期法拉隆板塊傾斜俯沖匯聚的影響，明顯不同于位于大陸內(nèi)部、受地幔柱影響的紅海等新生洋盆（圖5）。

圖4. 瓜伊馬斯盆地地幔演化概念圖

　　該研究主要受國家自然科學(xué)基金（41890812, 42276067）與南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項（GML2022006）資助，已發(fā)表于國際期刊《Chemical Geology》。

　　論文信息：Ge Zhen-Min (葛振敏), Huang Xiao-Long* (黃小龍), Xie Wei* (頡煒), Tobias W. H？fig, Yang Fan (楊帆), Yu Yang (于洋), S. Khogenkumar Singh, 2024. Metasomatized mantle source of nascent oceanic crust in the Guaymas Basin, Gulf of California. Chemical Geology, 643, 121836.

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