第七届青年地学论坛

大量实验研究已表明低硅碱性玄武岩与CO₂存在密切的成因联系，且利用非传统金属同位素（如Mg，Zn，Ca）手段已成功在一些大陆板内碱性玄武岩（例如，中国东部新生代碱性玄武岩）中识别出了许多关键的沉积碳酸盐信号。然而，有关深源成因（如下地幔）洋岛碱性玄武岩（OIB）与沉积碳酸盐组分之间成因联系的研究仍相对薄弱。
本研究针对一套夏威夷造盾期拉斑玄武岩和复苏期碱性玄武岩（样品采自Kauai岛）样品进行矿物学、全岩主微量、Sr-Nd-Pb-Hf-Zn同位素组成分析。与造盾期拉斑玄武岩相比，复苏期碱性碱性玄武岩具有更为亏损的Sr-Nd同位素组成，却展示出更富集的微量元素特征（LILE和LREE明显富集）和高的CaO/Al₂O₃和Zr/Hf比值。它们的δ⁶⁶Zn值从 0.34到0.43‰，明显高于夏威夷造盾期拉斑玄武岩（δ⁶⁶Zn = 0.26–0.3‰）和已发表MORB（δ⁶⁶Zn = 0.28 ± 0.06‰）的δ⁶⁶Zn。本次研究所测试的样品新鲜，且δ⁶⁶Zn与MgO之间无明显相关性，暗示了这些Zn同位素特征能够代表其源区的性质。在具有最高δ⁶⁶Zn黄长岩样品的橄榄石斑晶中，我们还发现了一些含碳酸盐、硫化物相的熔融包裹体。它只包含一些贫硅的矿物相，如碳酸钙、霞石、磷灰石、镍黄铁矿、钙钛矿和镁橄榄石。另外，与中国东部新生代碱性玄武岩相比，夏威夷复苏期碱性玄武岩具有与其相似高的δ⁶⁶Zn、但⁸⁷Sr/⁸⁶Sr更低，且其全岩δ⁶⁶Zn与Zn含量存在明显的正相关，这暗示其源区碳酸盐组分以再循环镁质碳酸盐岩为主。故这些组分特征均表明了夏威夷复苏期碱性玄武岩的地幔源区存在一个含再循环镁质碳酸盐的组分端元。
复苏期碱性玄武岩的一些元素比值（如CaO/Al₂O₃、Sm/Yb和Zr/Hf）和同位素（Nd-Hf-Pb同位素）比值与全岩SiO₂含量和δ⁶⁶Zn呈明显的相关性。在夏威夷复苏期碱性玄武岩中，Kauai岛最低硅强碱的黄长岩具有最高的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb（可达18.6）。沉积碳酸盐组分的加入主要能够提高源区放射性成因Sr和Pb同位素组成，但对其Nd-Hf同位素组成的影响很小。然而这些碱性玄武岩的δ⁶⁶Zn不仅与²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb呈正相关，且与ε_Nd和ε_Hf均呈负相关。在橄榄石Fo-Ni图中，复苏期碱性玄武岩介于造盾期拉斑玄武岩（辉石岩源区）和MORB（橄榄岩源区）橄榄石组分域之间。同时，其全岩组分也具有轻微高FeO^T和TiO₂的特征。这暗示了其源区存在一个含沉积碳酸盐组分的俯冲板片。因此，本研究支持这样一个深部碳循环模型：一个相对年轻、含沉积碳酸盐组分的俯冲大洋板片，经历俯冲脱碳作用及过渡带碳酸盐熔融作用，导致大部分钙质碳酸盐组分释放，而镁质碳酸盐组分随着板片继续俯冲进入并储存于下地幔，甚至核幔边界；随后，这些再循环组分在夏威夷地幔柱复苏期岩浆活动中扮演着重要的角色，并重新返回到地表。
 

夏威夷海山链,Zn同位素,复苏期碱性玄武岩,Kauai岛,深部碳循环