洋中脊和洋岛玄武岩过剩<sup>230</sup>Th成因: 全球铀系同位素数据库、常量和稀土元素地球化学制约
摘要
通过洋中脊和洋岛玄武岩<sup>230</sup>Th-<sup>238</sup>U不平衡和常量元素数据, 进行地幔熔融参数计算, 并分析了过剩<sup>230</sup>Th的成因. 快速和慢速洋中脊玄武岩(<sup>230</sup>Th/<sup>238</sup>U)在整体上与初始熔融深度(Fe<sub>8</sub>, <italic>P</italic><sub>0</sub>)和平均熔融程度(Na<sub>8</sub>, <italic>F</italic><sub>melt</sub>)明显呈正相关; 洋岛玄武岩过剩<sup>230</sup>Th与地幔初始熔融深度和平均熔融程度没有明显的相关性, 且与洋中脊玄武岩相比, 其较高的(<sup>230</sup>Th/<sup>238</sup>U)反而对应更低的部分熔融程度. 这表明洋中脊玄武岩过剩<sup>230</sup>Th受地幔熔融条件的控制, 洋岛玄武岩过剩<sup>230</sup>Th更像是受深部难熔石榴子石相的控制, 而不直接受控于地幔熔融条件. 计算获得绝大多数<sup>230</sup>Th过剩的洋中脊玄武岩初始熔融压力介于1.0~2.5 GPa之间, 与近年来实验在压力>1.0 GPa时单斜辉石相中出现<italic>D</italic><sub>U</sub>><italic>D</italic><sub>Th</sub>的结论相符; 洋岛玄武岩的初始熔融压力多介于2.2~3.5 GPa, 大约在尖晶石-石榴子石转换带附近, 其相对洋中脊玄武岩较低的过剩226Ra也暗示更深的地幔源区. 据此, 洋中脊和洋岛玄武岩过剩<sup>230</sup>Th可能分别形成于尖晶石-和石榴子石-二辉橄榄岩源区. 另外, 洋中脊玄武岩的K<sub>2</sub>O/TiO<sub>2</sub>与(<sup>230</sup>Th/<sup>238</sup>U)和初始熔融压力(<italic>P</italic><sub>0</sub>)相关性不明显, 因此形成过剩<sup>230</sup>Th的地幔深度范围内不存在明显的尖晶石-石榴子石相转换. 洋岛与洋中脊玄武岩在(<sup>230</sup>Th/<sup>238</sup>U)-K<sub>2</sub>O/TiO<sub>2</sub>和(<sup>230</sup>Th/<sup>238</sup>U)-<italic>P</italic><sub>0</sub>图解上位于两个明显分割的区域内, 说明控制洋岛和洋中脊玄武岩过剩<sup>230</sup>Th的矿物相不同. 快速和慢速扩张洋中脊Ce/Yb-Ce曲线相似, 甚至快速扩张洋中脊的Ce/Yb比值略低, 相比之下, 洋岛玄武岩Ce/Yb-Ce曲线显示其受石榴子石影响较为明显. 因此, 洋中脊与洋岛玄武岩过剩<sup>230</sup>Th的控制因素存在明显的差异性, 而过剩<sup>230</sup>Th形成于石榴子石源区的机制只适合于洋岛而不适合于洋中脊玄武岩.