2020, Vol. 36
2. 中国地震局地震与火山灾害重点实验室, 北京 100029
2. Key Laboratory of Seismic and Volcanic Hazards, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
俯冲带火山岩的成分是多种岩浆过程共同作用的结果，主岩浆从源区分离之后开始不断地结晶，然后可能会发生晶体生长、地壳混染、挥发分的变化、不同成分的岩浆的补给及其之后的混合作用等(Viccaro et al., 2012)，这些过程的发生最终对岩浆成分的影响很难确定。对火山岩及其内部斑晶进行成分和结构的分析，可以了解岩浆喷发前关于这些作用过程的信息。例如，斜长石是火山岩中最普遍的矿物，一些研究中通过对火山岩中斜长石进行结构和成分特征的分析来获取岩浆动力学信息(Anderson, 1984; Costa et al., 2003; Davidson and Tepley Ⅲ, 1997; Ginibre et al., 2002a, b ; Izbekov et al., 2002; Ruprecht and Wrner, 2007; Shcherbakov et al., 2011; Singer et al., 1995)。
定量统计晶体的大小分布可以探究岩浆结晶时的环境，即晶体大小分布(Crystal Size distribution, CSD)理论。该理论最初由Marsh (1988)、Cashman and Marsh (1988)引进地球科学，其研究晶体密度的对数(单位体积内某粒度范围的晶体数量除以粒度间隔宽度)与晶体长度之间的关系，不同的岩浆环境产生不同的CSD曲线。例如如果环境相对稳定，CSD曲线应该为线性；两种岩浆的混合会使得CSD曲线呈上凹型，粗化或成熟会使小尺寸晶体数量减少，大尺寸晶体数量增多。某一岩石的CSD曲线与密度或成分一样，是岩石的内在性质决定的(Higgins, 2006)。目前该方法已经应用到了较多火山研究中(Brugger and Hammer, 2010; Fornaciai et al., 2009, 2015; Innocenti et al., 2013a, b ; Morgan and Jerram, 2006; Noguchi et al., 2006; Pourkhorsandi et al., 2015; Yu et al., 2012)。
尼加拉瓜火山带位于中美洲火山弧，由科科斯板块向加勒比板块俯冲作用产生(Kutterolf et al., 2007)，在尼加拉瓜南俯冲速率达8cm/y(Saginor et al., 2011)。尼加拉瓜境内共有19座活动火山，空间上紧密相连(图 1a)。多数火山还在高度活跃中，具有很高的喷发危险性，但还未进行深入的研究。本次对尼加拉瓜火山带上的康塞普西(Concepción)火山、马德拉斯(Maderas)火山和马萨亚(Masaya)火山采集的样品进行岩石学和地球化学研究，分析内部斑晶的结构，并统计熔岩内斜长石斑晶CSD特征，讨论三座火山岩浆演化过程及岩浆活动特征。
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图 1 尼加拉瓜火山分布及三座火山采样点 (a)尼加拉瓜火山分布(底图来自http://srtm.csi.cgiar.org/srtmdata/)；(b)马萨亚火山采样点(底图来自Google Earth)；(c)康塞普西火山和马德拉斯火山采样点(底图来自Google Earth) Fig. 1 The distribution of volcanoes in Nicaragua and sample locations in three volcanoes |
康塞普西火山地理坐标11°32′16.8″N、85°37′19.2″W，海拔高度1700m，坐落于尼加拉瓜湖中，是尼加拉瓜最高，也是最活跃的一座火山。它形成于湖相沉积之上，是一座由玄武质和英安质岩组成的复式火山。该火山最初喷发于早更新世，经过一段很长时间的休眠之后，于1880年12月恢复喷发，大部分喷发发生在1883年至1977年(Simkin and Siebert, 1994)。现在的锥体生长于一个大破火口之上。最新喷发于2010年，喷发强度较大，为斯通博利式或亚布里尼式喷发(Borgia and Van Wyk de Vries, 2003)。该火山是一座高度危险的火山。
马德拉斯火山地理坐标11°26′46″N、85°30′54″W，海拔高度1394m，规模比康塞普西火山小，火山口形成火山口湖。它通过一条狭窄的地峡连接康塞普西火山。康塞普西火山和马德拉斯火山共同组成了地球上位于淡水湖内的最大火山岛——奥梅特佩(Ometepe)岛。火山岩的40Ar/39Ar年龄为179.2±16.4ka到70.5±6.1ka(Kapelanczyk et al., 2012)。该火山目前处于休眠状态。
马萨亚火山地理坐标11°58′58″N、86°9′43″W，海拔635m。位于尼加拉瓜首都马那瓜南20km，距离康塞普西火山约70km。马萨亚火山机构复杂，由一系列嵌套的火山口和破火山口组成。马萨亚主破火口形成于2500年前的一次玄武质造伊格尼姆岩喷发，喷发体积达8km3。两条主要的熔岩流喷发于1670和1772年。该火山有历史记录的喷发就达31次，最近的喷发主要为射汽式喷发，最近50年内有过几个不连续的爆炸式喷发，其中2001年4月23日火山口爆炸，喷出的火山碎屑最大直径60cm，喷出高度到500m。目前该火山还在持续活动中。
在三座火山不同位置上共采集13个样品，采样位置见图 1和表 1。
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表 1 采集样品位置与岩性 Table 1 Sampling locations and lithology |
对采集的13个样品进行了全岩主量元素成分测试，分析是在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成的，分析仪器为AxiosmaxX射线荧光光谱仪，相对误差≤5%。利用X等离子体质谱仪(Thermo X-series Ⅱ ICP-MS)进行了全岩微量元素成分测试，分析在中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室完成，测试数据误差≤5%。主微量测试标准物质为GBW07104(GSR-2)和GBW07105(GSR-3)。Sr、Nd、Pb同位素在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室测试完成。测试仪器为英国Nu公司生产的多接收电感耦合等离子质谱仪Nu Plasma Ⅱ。标样为BCR-2，同位素分馏矫正参数分别为88Sr/86Sr=0.1194、146Nd/144Nd=0.7219和205Tl/203Tl=2.3875。
2.2 光学显微镜下分析和斑晶成分测试把采集的熔岩样品切制成薄片，在显微镜下观察样品的结构和斑晶类型，用线截距法统计样品中气孔和各种斑晶百分含量。对熔岩中的辉石和斜长石斑晶进行了电子探针测试，部分测试是在中国地质科学院地质研究所大陆构造与动力学实验室完成的，所用仪器为日本JEOL公司JXA8100型电子探针。部分在中国科学院大陆碰撞与高原隆升重点实验室完成，所用仪器为日本电子JEOL公司的JXA-8230型电子探针。实验条件均为：电压15kV，束流20nA，束斑直径5μm。
2.3 晶体大小分布统计晶体大小分布分析需要统计晶体的长短轴长度、晶体的三轴比、晶体的“圆度”和统计的样品面积。在显微镜下统计熔岩样品内晶体的长轴和短轴大小，利用Morgan and Jerram (2006)给出的CSD Slice软件，可以获得斑晶和微晶的三轴比，晶体的“圆度”根据显微镜下观察的晶体形状确定，统计面积为去除气孔后的面积。把不同样品中的斑晶尺寸导入到CSD Corrections软件(Higgins, 2002)中获得各样品中斜长石斑晶CSD图。详细的CSD理论和统计方法参考于红梅等(2012)。
2.4 温压条件计算基于Putirka (2008)单斜辉石-熔体温压计和斜方辉石-熔体温压计，利用斑晶和基质的平衡，计算岩浆的平衡温度和压力。晶体与熔体之间的平衡利用辉石和熔体之间的Fe-Mg交换系数KD来确定，若KD(Fe-Mg)cpx-liq介于0.27±0.03之间，KD(Fe-Mg)opx-liq介于0.29±0.06之间，说明辉石与熔体之间是平衡的(Putirka, 2008)。
3 火山岩地球化学特征全岩主量元素测试结果显示，样品成分变化范围很大，SiO2含量为47.60%~61.39%，Al2O3含量为14.92%~19.83%，CaO含量为4.28%~10.52%，MgO含量为1.52%~5.50%(表 2)。样品投点在TAS图中处于亚碱性系列，其成分包括了玄武岩、玄武安山岩、安山岩和粗安岩(图 2a)。康塞普西火山熔岩样品成分为玄武安山岩和粗安岩，2个空降浮岩样品成分为安山质。2个马德拉斯火山熔岩样品为玄武岩，空降浮岩样品投点为粗安岩。马萨亚火山样品均为玄武岩。在SiO2-FeOT/MgO图中火山岩样品投点在拉斑玄武岩系列(图 2b)。
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表 2 样品全岩主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)含量 Table 2 Whole rock major element (wt%) and trace element contents (×10-6) of volcanic rocks |
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图 2 样品全岩成分TAS图(a, 底图据Le Maitre et al., 2002)和SiO2-FeOT/MgO图(a, 底图据Miyashiro, 1974) Fig. 2 TAS diagram (a, base map after Le Maitre et al., 2002) and SiO2 vs. FeOT/MgO diagram (b, base map after Miyashiro, 1974) of volcanic rocks |
球粒陨石标准化稀土元素配分图显示火山岩均具有轻度轻稀土富集的特征，而重稀土较平坦，康塞普西和马德拉斯火山岩比马萨亚火山岩轻稀土富集更明显(图 3a)。康塞普西和马德拉斯火山岩(La/Yb)N值为5.19~6.23，马萨亚火山岩(La/Yb)N值为2.54~2.61，指示了马萨亚火山部分熔融程度相对更高。三座火山火山岩的δEu值在0.76~1.02之间，在马德拉斯酸性岩中δEu最低为0.76。原始地幔标准化微量元素蛛网图显示较一致的变化趋势，亏损高场强元素Nb、Ta、Ti，富集U和大离子亲石元素Ba和K，显示岛弧火山岩微量元素特征。在马萨亚火山岩中这些特征更明显，Nb和Ta显示强烈负异常，Sr和Pb明显正异常(图 3b)。
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图 3 样品球粒陨石标准化稀土元素配分图(a, 标准化值据Boynton, 1984)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b, 标准化值据Sun and McDonough, 1989) OIB、E-MORB和N-MORB值来自Sun and McDonough (1989) Fig. 3 Chondrite-normalized REE patterns (a, normalization values after Boynton, 1984) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b, normalization values after Sun and McDonough, 1989) of volcanic rocks |
三座火山岩Sr-Nd-Pb同位素变化范围较小，同位素比值接近，但略有不同(表 3、图 4)。康普塞西火山和马德拉斯火山岩87Sr/86Sr同位素比值范围为0.703387~0.703980，马萨亚火山岩87Sr/86Sr同位素比值范围略高，为0.704155~0.704167。143Nd/144Nd比值范围比较集中，为0.513021~0.513081。在Sr-Nd同位素图中位于原始地幔(PREMA)和科科斯板块沉积物(CPS)之间，靠近原始地幔的位置(图 4a)。火山岩的206Pb/204Pb变化范围为18.601~18.669，207Pb/204Pb变化范围为15.544~15.557，208Pb/204Pb变化范围为38.30~38.36。在207Pb/204Pb和206Pb/204Pb同位素图中略高于NHRL，同样处于PREMA和CPS交汇处(图 4b)。Sr、Nd和Pb同位素值均落于前人得到的尼加拉瓜西部火山岩同位素比值范围内。
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表 3 三座火山岩样品Sr-Nd-Pb同位素 Table 3 Sr-Nd-Pb isotopic compositions of volcanic rocks in three volcanoes, Nicaraguan |
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图 4 三座火山岩样品Sr-Nd-Pb同位素分布图 亏损地幔(DM)、富集地幔Ⅰ(EMⅠ)、富集地幔Ⅱ(EMⅡ)、高U/Pb比值的地幔(HIMU)、硅酸盐地球(BSE)、原始地幔(PREMA)范围据Zindler and Hart (1986).北半球参考线(NHRL)来自Hart(1984). CPS为科科斯板块沉积物同位素比值，范围来自Heydolph et al. (2012).空心圆数据为尼加拉瓜西部火山岩同位素比值，来自Feigenson et al. (2004)和Heydolph et al. (2012) Fig. 4 Sr-Nd-Pb diagrams for volcanic rocks in three volcanoes, Nicaraguan |
康塞普西火山样品7-1和7-5及马德拉斯火山样品13-1为爆炸喷发产生的空降浮岩碎屑，其它采集的样品均为熔岩。本次研究仅对熔岩样品进行了岩相学观察和内部斑晶成分的分析。
4.1 康塞普西火山粗安岩样品6-1，黑色致密块状，气孔含量少。显微镜下呈斑状结构，斑晶主要为斜长石和辉石。斜长石斑晶含量8%，长板状，自形，无熔蚀特征，长轴在0.3~1mm之间，多数与辉石斑晶组成聚晶(图 5a)。斜长石端元组分An53.87-57.61Ab41.1-44.58Or1.29-1.59，为拉长石(表 4、图 6)。辉石斑晶含量约3%，柱状、短柱状，自形、半自形，轴长0.3~0.7mm。辉石Mg#=67.47~72.41，包括了普通辉石、古铜辉石和紫苏辉石(表 5、图 7)，主要为古铜辉石。另外含有少量含铁矿物。基质含有长石微晶，并见不同颜色基质的流动特征。
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图 5 三座火山熔岩显微结构照片 (a)样品6-1，斜长石和辉石聚晶，斜长石自形，无熔蚀，单偏光；(b)样品10-1，内部熔蚀严重的斜长石，单偏光；(c)样品9-1，斜长石和辉石斑晶，单偏光；(d)样品9-1，钙长石质斜长石，边部拉长石，背散射图像；(e)样品11-1，斜长石和辉石斑晶，内部熔蚀，单偏光；(f)样品12-1，斜长石和辉石斑晶，单偏光；(g)样品11-1，钙长石质斜长石，自形，具有生长边，单偏光；(h)为图g的背散射图像，钙长石质斜长石，边部为拉长石；(i)样品16-1，半自形橄榄石，周围斜长石和辉石微晶，正交偏光；(j)样品17-1，内部熔蚀严重的斜长石斑晶，边部轮廓清晰，单偏光；(k)样品17-1，辉石和斜长石斑晶，斜长石内部熔蚀，单偏光；(l)为图k背散射图像，边部和核部成分相近. Ol-橄榄石；Cpx-单斜辉石；Opx-斜方辉石；Pl-斜长石；G-玻璃基质；V-气孔 Fig. 5 Microphotographs of volcanic rocks in three volcanoes, Nicaraguan |
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表 4 斜长石斑晶电子探针成分表(wt%) Table 4 Electron microprobe analyses of plagioclase phenocrysts (wt%) |
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图 6 长石分类图(底图据Smith, 1974) Fig. 6 Classification of plagioclase (base map after Smith, 1974) |
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表 5 辉石斑晶电子探针成分表(wt%) Table 5 Electron microprobe analyses of pyroxene phenocrysts (wt%) |
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图 7 辉石分类图(底图据Poldervaart and Hess, 1951) Fig. 7 Classification of pyroxene (base map after Poldervaart and Hess, 1951) |
样品9-1和10-1为气孔状玄武安山岩，气孔发育，气孔含量10%~15%，大小0.4~2mm之间，呈不规则状。斑晶主要为斜长石和辉石，斜长石含量12%，长板状，自形，大小0.1~2mm之间，内部熔蚀，边界清晰(图 5b, c)。大部分斜长石端元组分An62.07-88.25Ab11.45-36.39Or0.11-1.55，为倍长石和拉长石(表 4、图 6)。少量斜长石CaO和Al2O3含量高，An值达92.28~93.8之间，成分投点于钙长石，自形。这类钙长石具有几十微米到上百微米的低An值边(An=60~75)(图 5d)。辉石斑晶含量约3%，呈柱状，尺寸0.5~1.5mm之间，熔蚀程度相对弱些。辉石Mg#=71.39~75.43，为普通辉石(表 5、图 7)。极少量橄榄石斑晶(< 1%)，Fo=64.7~72(表 6)。基质为黑色玻璃质，很少微晶。
4.2 马德拉斯火山样品11-1和12-1为黑色块状玄武质熔岩，气孔含量5%左右，不规则状，尺寸在0.1~1mm之间。斑晶蚀变严重，含量高，主要为斜长石(15%~20%)、辉石(8%左右)和少量的橄榄石(1%)(图 5e, f)。斜长石，板状，半自形，长轴在0.3~3mm之间(图 5e, f)。斜长石斑晶端元组分集中在An54.28-66.07Ab32.55-42.61Or1.38-3.11，为拉长石，个别为倍长石(表 4、图 6)。与康塞普西火山岩类似也存在一些钙长石质斜长石，在边部CaO成分明显下降为拉长石(图 5g, h、表 4)。辉石斑晶，柱状，大小在0.3~1mm之间。辉石Mg#=65.81~77.29，为普通辉石、少量的古铜辉石和紫苏辉石(表 5、图 7)。橄榄石呈他形，大小在1mm左右，Fo=57.06~78.55(表 6)。基质为黑色玻璃质，无微晶。
4.3 马萨亚火山马萨亚火山岩样品均为黑色气孔状玄武岩，气孔含量10%~45%，大小在0.3~5mm之间，圆状、椭圆状。显微镜下呈斑状结构，样品18-1和20-1中斑晶含量很低，1%左右，样品16-1和17-1中斑晶含量高10%~20%之间，斑晶类型主要为斜长石，少量橄榄石和辉石(图 5i-l)。斜长石斑晶较大，0.3~3.5mm之间，发育简单双晶、聚片双晶，板状，自形，大部分内部熔蚀严重，形成筛状结构(图 5j)。其端元组分为An65.8-89.17Ab10.52-32.37Or0.14-1.95，为倍长石和少量的拉长石(表 4、图 6)。橄榄石斑晶较小，0.1~0.7mm，半自形，无熔蚀特征(图 5i)。橄榄石Fo=73~79，为贵橄榄石(表 6)。个别样品中含有辉石斑晶，半自形，无熔蚀，其成为均为普通辉石(图 5k)。黑色玻璃基质中可见大量的针状长石微晶和粒状辉石微晶，长石微晶一般小于100μm，辉石微晶几个微米到十几微米。
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表 6 橄榄石斑晶电子探针成分表(wt%) Table 6 Electron microprobe analyses of olivine phenocrysts (wt%) |
本次研究对样品中的斜长石斑晶进行CSD统计。为了得到可靠的CSD分析结果，每个样品至少测定250个晶体(Morgan and Jerram, 2006)。本次测量的6个样品里面斜长石斑晶的数目在343~1402个之间(表 7)，达到统计要求的数目。CSD分布曲线如图 8所示。由于样品取自不同火山的不同流动单元，所以CSD曲线的斜率和截距均不同。但是除了样品6-1和16-1具有明显的线性关系，其余样品的斜长石在直径1~2mm之间存在转折，CSD曲线呈现上凹型。
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表 7 样品中斜长石斑晶CSD测量参数 Table 7 CSD parameters of plagioclase crystals in samples |
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图 8 三座火山熔岩样品中斜长石CSD分布曲线 Fig. 8 CSD curves of plagioclase crystals in rocks from three volcanoes |
6-1样品中辉石多为斜方辉石，对此样品利用斜方辉石-熔体温压计计算岩浆平衡温度和压力，其他样品利用单斜辉石-熔体温压计进行计算，选取交换系数KD处于平衡范围的值进行统计，结果见表 8。
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表 8 岩浆平衡温度和压力计算结果 Table 8 Calculated equilibrium temperatures and pressures |
康塞普西火山中酸性样品6-1的平衡温度和压力相对低，温度1048~1066℃，压力1.8~2.6kbar，如果地壳密度按2.8g/cm3计算，其对应岩浆深度约6.6~9.5km。10-1样品平衡压力增加，深度范围6.7~18.7km。9-1样品岩浆深度更深13.7~22.2km。马德拉斯火山中，11-1样品与9-1样品的平衡温度和压力相近，而相对偏基性的12-1样品的压力明显增加(5.9~9.7kbar；表 8)，岩浆深度为21.6~35.4km。可见随着岩浆SiO2含量的降低，岩浆深度具有增加趋势，平衡温度也有一定的增加，但不如深度变化明显(图 9)。
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图 9 岩浆平衡温度和SiO2含量与计算的岩浆深度关系图 Fig. 9 Diagrams of relationship between magma equilibrium temperatures and SiO2 contents and the calculated depths |
马萨亚火山岩浆温度略高1134~1149℃，但是由于单斜辉石含量很低，只获得几个处于平衡状态的数据，平衡压力为3.4~4.9kbar，其对应岩浆深度约12.5~17.9km。
7 讨论 7.1 岩浆源区与演化三座火山岩Sr-Nd-Pb同位素比较集中(图 4)，说明具有相似的岩浆源区。它们在Sr-Nd和Pb同位素图解中均落在原始地幔和科科斯板块之间，靠近原始地幔的区域，表明其主要来自于MORB型亏损地幔的部分熔融。与此同时，这些样品的Sr同位素特征明显比原始地幔更加富集，而207Pb/204Pb和206Pb/204Pb比值也略高于原始地幔，显示其岩浆源区很可能受到科科斯板块沉积物的影响。Ba/La、Ba/Th、Ba/Nd和U/Th比值和Sr同位素高，应该是受来自俯冲板片的流体影响(Heydolph et al., 2012)。但是Pb同位素并不很富集，代表俯冲的洋壳板片携带的放射性成因Pb含量偏低，可能因为俯冲的科科斯板块发生了蚀变作用(Feigenson et al., 2004; Heydolph et al., 2012)。因此，三座火山的同位素特征说明它们来自受到科科斯板块流体交代的MORB型亏损地幔的部分熔融。
康塞普西和马德拉斯两座火山在地理位置上相近，采集的样品的氧化物关系图显示很好的线性关系(图 10)。CaO、Al2O3、MgO、FeOT、TiO2含量与SiO2含量呈负相关，K2O和Na2O含量与SiO2含量呈正相关，指示岩浆的演化与辉石、斜长石、钛铁矿等分离结晶有关。两座火山熔岩的稀土和微量元素标准化图一致，范围基本重叠(图 3)。从样品的岩相上，其内部的斑晶类型和化学成分相近，均存在钙长石质斜长石，并且钙长石边部具有低An值。这些均反映了两座火山相同的岩浆源区。
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图 10 样品全岩主量元素氧化物关系图 Fig. 10 Diagrams of major oxides of rocks from three volcanoes |
马萨亚火山岩与以上两座火山岩略有不同，自3万年以来成分变化范围较小(Walker et al., 1993; Zurek et al., 2019; Bamber et al., 2020)，包括玄武质和玄武安山质(Pérez et al., 2009)，本次所采样品属于玄武质。与其它两座火山岩样品氧化物呈非线性关系，在Al2O3、TiO2、FeOT含量与SiO2含量关系图中更为明显(图 10)。马萨亚火山岩中熔蚀的斑晶一般为较大的斜长石，其成分An值(65.8~89.17)很高，主要为倍长石。其FeO含量明显高(0.79%~1.55%)，其它两座火山岩中斜长石的FeO含量为0.4%~0.83%(图 11)，另外全岩的FeO含量也高于其它两座火山岩。马萨亚火山岩Sr同位素比其他两座火山岩Sr同位素略高，并且轻稀土不如其它两火山富集，(La/Yb)N明显低，Nb、Ta、La和Ce相比其它两座火山岩的值负异常更强烈，Ba/La、Ba/Th、Ba/Nd和U/Th比值比其它两座火山岩的值更高，说明马萨亚火山有更多俯冲板片产生的流体加入到地幔楔中，造成了更强烈的部分熔融。
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图 11 三座火山岩样品中斜长石FeO与SiO2含量关系 Fig. 11 Diagram of FeO vs. SiO2 contents in plagioclase of rocks from three volcanoes |
马萨亚熔岩中斜长石斑晶较自形，但内部熔蚀严重(如图 5j)，这种现象称为“筛状结构”，一般为岩浆解压作用(Nelson and Montana, 1992)或者与更热的、更富Ca的岩浆反应(Tsuchiyama, 1985)产生。电子探针结果显示斜长石晶体内部成分并无明显变化(图 5l)，未发现更富Ca的成分。所以推测是岩浆上升时的解压作用造成的斜长石内部熔蚀严重。Viccaro et al. (2012)研究显示解压速率不同产生不同的筛状结构，粗筛结构一般反映岩浆上升较慢，细筛结构反映较快的岩浆上升速率。马萨亚熔岩中斜长石为较细的筛状结构，所以反映了较快的岩浆上升速率。
7.2 钙长石质斜长石晶体来源讨论康塞普西和马德拉斯火山样品中存在钙长石质斜长石，在显微镜下和背散射图中界限清晰，成分变化ΔAn≥20。一般ΔAn≥20并伴有不平衡结构时反映了岩浆系统发了重要的物理和化学特征的变化(Davidson and Tepley Ⅲ, 1997; Nicotra et al., 2014; Singer et al., 1995; Streck, 2008)。斜长石成分主要受岩浆成分、温度和水逸度的影响，而受压力变化影响较小(Almeev and Ariskin, 1996; Ariskin et al., 1993; Housh and Luhr, 1991; Pletchov and Gerya, 1998; Lange et al., 2009; Putirka, 2005)。所以，样品中如此大的成分变化应该与岩浆成分变化有关。
本次研究中发现康塞普西和马德拉斯火山熔岩样品中除了粗安岩(样品号6-1)外斜长石斑晶CSD曲线呈现上凹形(图 8)。在岩浆稳定状态下，晶体群体密度的自然对数与晶体长度呈直线性的关系，而在非稳定状态下在CSD曲线上会有一定的变化反映(Higgins, 2006; Higgins and Roberge, 2007)。Higgins and Roberge (2007)总结了影响CSD曲线形状的过程，这种上凹形的CSD曲线应该与岩浆混合作用有关。
钙长石质斜长石在自然界少见，主要产于岛弧或活动大陆边缘的深成堆晶辉长岩中，可作为活动大陆边缘的标志性矿物(周新民等, 1994; Beard, 1986; Beard and Borgia, 1989; Wilson, 1989)。康塞普西和马德拉斯火山样品中的钙长石质斜长石可能是来自捕获的堆晶辉长岩中的钙长石。捕获后处于新的岩浆环境，在边部继续结晶了低An值的斜长石。由于采集的样品并非同一喷发期次，捕获的时间和程度存在不同，结晶的斜长石大小不同，所以统计的斜长石CSD曲线的斜率和截距不同。在CSD图中小于转折点的斜长石斑晶CSD曲线呈线性关系(图 8)，说明其结晶在相对稳定的岩浆环境下。样品6-1中并未观察到钙长石质斜长石，电子探针测试也未测试到，所以CSD曲线呈线性关系。如果假设合理的生长速率，生长边的宽度可以用来估算钙长石混入的时间。测量具有钙长石晶体的生长边从几十到220μm不等，一般大约100μm。对于玄武质岩浆，斜长石生长速率为10-9~10-10mm/s，安山质岩浆一般10-10mm/s(Cashman, 1990; Higgins, 1996)，在增加过冷度时生长速率会增加(10-7~10-8mm/s; Cashman, 1990)。在本次研究中基性斜长石混入更为演化的温度更低的岩浆中，造成过冷度增加，所以按10-7~10-8mm/s计算，那么最长生长时间约25.5天~8.5个月，一般在2周到4个月左右。
8 结论尼加拉瓜康塞普西、马德拉斯和马萨亚三座火山显示了典型的岛弧火山岩特征，岩浆来自受到科科斯板块流体交代的MORB型亏损地幔的部分熔融。
康塞普西和马德拉斯火山岩浆成分相似，范围很大，从玄武质演化到了粗安质。它们的稀土和微量元素标准化曲线相似，Sr-Nd-Pb同位素比值接近。两个火山熔岩的岩相学特征相近，在中、基性岩中均含有钙长石质斜长石，推测为捕获的堆晶辉长岩，钙长石的混入导致统计的斜长石斑晶CSD曲线呈上凹形。计算它们的岩浆平衡温度和压力与岩浆SiO2成分呈负相关，岩浆平衡温度1039~1138℃，平衡压力1.8~9.7kbar，对应岩浆深度6.6~35.4km。
马萨亚火山样品均为玄武岩，其全岩和斑晶内的FeO含量明显比康塞普西和马德拉斯火山中的FeO含量高，未见钙长石质斜长石，其轻稀土元素含量低，Nb和Ta强烈负异常，87Sr/86Sr同位素比值略高于其他两座火山，源区部分熔融程度更高。
致谢 感谢中国地质科学院地质研究所电子探针实验室的戎合老师在电子探针分析过程中的热情支持和帮助。衷心感谢审稿人对本文提出的宝贵意见和建议。
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