智利中部（南纬33°）早中新世火山系统的长期成分变化与喷发活动演变

《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：Long-term compositional and eruptive transitions in an early Miocene volcanic system, Central Chile (33°S)

火山弧岩浆演化与构造耦合关系研究：以智利中安第斯山区解体Miocene火山系统为例，通过火山地层学、全岩地球化学及锆石U-Pb年代学，揭示了约6百万年尺度的岩浆组成与活动模式转变，证实了 crustal thickening事件（22-18Ma）与火山岩过渡（安山质→流纹质→复合安山质）及构造体制转换（伸展→挤压）的时空耦合关系。

　　这篇文章探讨了智利中部安第斯山脉中一个被侵蚀的中新世火山弧系统，详细分析了其长期的岩浆演化和喷发模式。研究团队通过详细的地层分析、全岩地球化学和铀-铅锆石年代学等方法，重建了这一火山系统长达约600万年的演化历史。文章指出，由于活跃构造区域中火山地层的频繁变形和侵蚀，长期岩浆演化的研究往往受到限制。然而，该研究区域的火山地层保存较为完整，提供了重要的线索，用于理解弧状构造中的岩浆系统如何随时间变化。

研究区的火山地层被划分为三个地层单元，每个单元都记录了不同的喷发样式和岩浆成分变化。下部单元主要由安山质岩浆构成，包括熔岩流和火山碎屑岩，表明在约2260万年前，该地区经历了爆炸性与溢流性喷发交替的火山活动。这一阶段的岩浆活动可能与地壳较薄的构造环境有关，使得岩浆能够较为迅速地上升并喷发。随着构造环境的变化，中上部单元的岩浆成分逐渐转变为流纹岩和晚期安山岩，喷发活动也呈现出更加复杂的模式。流纹岩的出现通常与岩浆房的演化和地壳的增厚有关，而晚期安山岩则可能反映出地壳物质的加入或岩浆的混合。

研究发现，流纹岩和晚期安山岩中不相容元素的富集，以及同位素证据显示的地壳物质吸收和俯冲沉积物输入的增加，表明岩浆系统在22至18百万年前发生了显著的演化。这一时期，智利中部地区记录了地壳增厚的明确证据，可能与纳兹卡板块与南美板块的汇聚速度加快有关。这种构造变化导致了地壳物质的参与，从而改变了岩浆的成分和喷发模式。地壳增厚通常会增加岩浆房的压力，促进不同类型的岩浆活动，如从爆炸性喷发向溢流性喷发的转变。

文章还提到，岩浆系统的演化不仅受到地壳厚度变化的影响，还可能与地壳内部的多种过程有关。例如，岩浆在地壳不同深度的演化，可能导致成分的多样性。在地壳较薄的阶段，岩浆可能更容易通过快速的上升路径喷发，而在地壳增厚的阶段，岩浆的上升速度可能减缓，导致更多的地壳物质与岩浆发生相互作用。这种相互作用可能在岩浆房中形成复杂的混合过程，进而影响最终喷发的岩浆成分。

此外，研究还指出，地壳厚度的变化可能与俯冲带的动态调整有关。俯冲板块的运动速度变化会影响上覆地壳的应力状态，从而改变岩浆的生成和演化路径。例如，俯冲速度的增加可能导致更多的地壳物质被吸入岩浆房，或者促进岩浆房的熔融和混合，形成更复杂的岩浆成分。这种变化在中新世时期智利中部的地质记录中得到了体现，表明构造环境的调整对岩浆系统的演化具有深远的影响。

研究团队通过整合新的地质、地层和岩石学观测数据，结合36个全岩样品的地球化学数据和三个样品的锆石年代学分析，系统地重建了该火山系统在数百万年尺度上的岩浆演化和喷发模式。这种方法不仅有助于理解单一火山弧段的演化过程，也为研究全球范围内类似地质环境下的火山活动提供了重要的参考。通过对地层单元的划分和不同岩浆成分的识别，研究揭示了火山活动如何与构造环境的变化相协调，特别是在从伸展到挤压构造环境的过渡阶段。

研究还强调了火山活动与地壳厚度变化之间的紧密联系。在地壳较薄的阶段，火山活动可能以较为频繁的爆炸性喷发为主，而在地壳增厚的阶段，喷发活动可能变得更加温和，表现为大规模的熔岩流。这种变化可能与岩浆房的压力变化、岩浆的上升路径以及地壳物质的参与程度有关。通过分析这些因素，研究团队能够更好地理解岩浆系统如何响应构造环境的变化，从而形成不同的火山地貌和岩浆成分。

研究区域的火山地层保存状况良好，提供了丰富的地质证据。这些证据不仅包括不同岩浆成分的岩石，还包括喷发样式和地层结构的变化。通过对这些地层的详细研究，科学家们能够识别出火山活动的阶段性变化，并将其与构造环境的变化联系起来。例如，下部单元的安山质岩浆可能反映了早期的伸展构造环境，而中上部单元的流纹岩和晚期安山岩则可能与挤压构造环境的形成有关。这种从伸展到挤压的构造转变，可能对岩浆的生成、演化和喷发模式产生重要影响。

文章还讨论了岩浆系统的复杂性，特别是在垂直方向上延伸的岩浆通道中，可能有多种机制在起作用。这些机制可能包括深部地壳的熔融、岩浆的上升和混合，以及地壳物质的吸收。通过分析这些过程，科学家们能够更全面地理解火山活动的驱动因素，以及不同地质条件下岩浆成分的变化规律。这种理解对于预测未来的火山活动和评估地质灾害风险具有重要意义。

最后，研究团队总结了他们的发现，指出该火山系统的演化过程不仅反映了岩浆成分的变化，还揭示了构造环境调整对火山活动的影响。通过对中新世时期智利中部火山活动的详细研究，他们为理解弧状构造中的长期火山演化提供了新的视角，并强调了地壳厚度变化在岩浆系统演化中的关键作用。这些研究结果有助于深化我们对火山活动与构造动力学之间关系的认识，也为未来的地质研究提供了重要的基础。