1982年至2018年间普乌奥奥火山喷发前后氧同位素的变化：基拉韦厄火山反复出现的地壳污染现象

《Journal of Petrology》：Oxygen isotope variations before and during the Pu‘u‘ō‘ō eruption (1982-2018): A case of recurring crustal contamination at Kīlauea Volcano

氧同位素分析揭示基拉韦厄Pu‘u‘ō‘ō火山1983-2018年岩浆混合过程，发现橄榄石δ1?O稳定（4.7±0.1‰），基质值递增（4.6-5.7‰）反映地壳污染，历史喷发显示约200年周期性污染， Mantle来源氧同位素均一（5.6±0.1‰）。

　　

摘要

“普乌奥奥”（Pu‘u‘ō‘ō）是基拉韦厄火山持续时间最长（1983-2018年）且喷发物体积最大（约4.4立方千米）的历史性喷发事件。本文提供了2006-2018年喷发岩浆的基质物质、1997-2018年喷发橄榄石、2013-2018年喷发单斜辉石（这是基拉韦厄火山首次获得此类数据）以及1982年两次山顶喷发基质的氧同位素分析结果。这些数据与我们之前发布的关于“普乌奥奥”喷发前期（1983-1997年）及19世纪基拉韦厄山顶喷发的氧同位素研究结果进行了整合，并与已发表的全岩XRF和锶同位素数据进行了对比。本研究基于我们之前的研究（利用全岩和矿物化学方法），发现已有证据表明：经过浅层储存、晶体分异和地壳污染的演化岩浆与新的地幔源岩浆发生了混合。“普乌奥奥”喷发中橄榄石的δ¹⁸O值范围为4.4-4.9‰，基质岩浆的δ¹⁸O值范围为4.6-5.7‰，两者均比典型的地幔δ¹⁸O值低约0.1至0.9‰。橄榄石的δ¹⁸O值在喷发过程中相对稳定（4.7 ±0.1‰），而基质岩浆的δ¹⁸O值逐渐升高，这反映了受污染岩浆从供岩系统中的排出过程。“普乌奥奥”及其他基拉韦厄历史岩浆的δ¹⁸O分析结果表明，火山内部存在约200年的地壳污染循环。在“普乌奥奥”喷发及后续山顶喷发过程中，基质岩浆与共存橄榄石之间的氧同位素达到平衡状态。新的地幔源岩浆在多次大规模塌陷（超过100米）和喷发间歇期后，在山顶储层中受到污染；同时，在东裂谷带，岩浆在储存数周至数十年期间也发生了污染。对于达到氧同位素平衡状态的“普乌奥奥”及基拉韦厄历史岩浆样本，橄榄石与基质岩浆的δ¹⁸O值与Nb/Y和Sr同位素之间的相关性较差（R² ≤0.1）。因此，基拉韦厄历史岩浆中橄榄石和基质岩浆的δ¹⁸O值变化并不能说明其地幔源区的δ¹⁸O成分存在异质性。基拉韦厄火山的地幔源区δ¹⁸O值范围较窄（5.6 ± 0.1‰），这一点从其较原始的山顶岩浆及“普乌奥奥”喷发后期的基质岩浆氧同位素数据中可以得到证实。来自年轻夏威夷盾状火山的橄榄石（包括基拉韦厄和莫纳克亚火山）以及来自洛阿火山群（Kama'ehuakanaloa和莫纳罗亚火山）的橄榄石具有几乎相同的δ¹⁸O值（5.0-5.1），这表明近期夏威夷火山活动的岩浆源在δ¹⁸O成分上基本均匀。