东非裂谷系统(EARS)地幔柱成因的新生代火山作用地球化学标志

本文应用岩浆岩地球化学图解对东非裂谷系统(EARS)火山岩的岩石地球化学数据进行处理,重点回顾和讨论埃塞俄比亚大裂谷(MER)、阿法(Afar)盆地及肯尼亚裂谷火山作用的构造环境和地幔柱成因.MER火山岩的岩石类型具双峰式火山岩套特征,以高Ti的大陆溢流玄武岩(CFB)-大陆洋岛玄武岩(OIB)-流纹岩系列为主,缺少中性岩,是来自地幔柱岩浆分异的结果,与板块俯冲作用无关.阿法(Afar)盆地和红海为CFB-MORB系列.肯尼亚裂谷(KR)及埃塞俄比亚大裂谷最南端图尔卡纳盆地只见以大陆OIB,缺乏流纹岩.EARS是一个主动型地幔柱,由地幔上涌冲击地壳底部而成,其火山岩以富集常量元素Ti、Fe和Mg,富集高场强元素Nb、Ta和相容元素V、Cr、Co和Ni为特征.绝大多数EARS火山岩的Nb/Zr>0.04和Ta/Hf比值>0.1,在地球化学-构造环境判别图上落在板内火山岩的范围内(大洋板内和地幔柱),集中在Nb/Zr>0.15和Ta/Hf比值>0.3范围内的火山岩样品可能为主动地幔柱成因.根据La/Nb、Ce/Pb和Ba/La比值,地幔柱成因的MER火山岩可分为受地壳混染地幔和未受地壳混染的原始地幔两种类型.La/Nb(≤1)、Ce/Pb(30～50)、Ba/Nb比值(>10)和La/Yb≤12是来源于未受地壳混染原始地幔的重要判别标志.地球化学证据(微量元素,Sr-Nd-Pb-He同位素)表明,MER-阿拉伯-也门地幔柱起源于深部核-幔边界的HIMU.MER-Afar的前裂谷和同裂谷火山岩(50-12 Ma)具有高的3He同位素标志(R/Ra比值>16.4)说明其非洲板块之下存在一个深藏的地幔岩浆源深度大于670 km,位于石榴子石-尖晶石橄榄岩过渡带(图6b、c、d).MER-Afar大火山岩省及其最南端图尔卡纳湖和肯尼亚地体(克拉通,改造的克拉通边缘和活动带)深部地壳底部之下的HIMU地幔可能是导致裂谷型的OIB和CFB异常发育的岩浆源区,而Afar洼地(吉布提)、红海和亚丁湾形成于后裂谷期(5～0 Ma)的MORB和亏损LREE玄武岩则归因于HIMU、富集地幔(EM1-EM2)与DM混合地幔源的熔融,其岩浆源区位地壳拉张减薄带之下的尖晶石橄榄岩区.