墨西哥圣路易斯波托西州Ventura-Espiritu Santo火山岩区镁铁质火山岩的主量、微量元素地球化学和Sr-Nd同位素约束：盆岭省新生代火山作用的岩石成因和构造意义

《Geochemistry》：Major and trace element geochemistry and Sr–Nd isotopic constraints on mafic volcanic rocks from the Ventura-Espiritu Santo Volcanic Field, San Luis Potosi, Mexico: Petrogenesis and tectonic implications of Cenozoic volcanism in the Basin and Range Province

　　

Ventura Espiritu Santo火山岩区（VESVF）位于墨西哥Mesa Central（MC）中部，是一个以晚更新世镁铁质火山作用为主的单成因火山岩区。该区面积约100公里，位于Cúcamo和Santa Lucia之间，基底由Sierra de Salinas的变质岩和三叠纪海相序列组成，构造上被Guerrero地体所覆盖。本研究提供了来自Cúcamo、El Rosario和Santa Lucía地区的镁铁质岩石的新岩相学观察、全岩主量元素和微量元素地球化学以及Sr-Nd同位素数据，以约束其起源和演化所涉及的岩浆过程。球粒陨石标准化稀土元素（REE）模式显示轻稀土元素（LREE）中等富集，伴有重稀土元素（HREE）轻微亏损，且无Eu异常。原始地幔标准化图解显示K、P和Ti显著正异常，以及Pb负异常。Nb-Ta亏损槽的缺失，结合多维判别图解，表明其具有板内地球化学亲缘性。同位素组成（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_i = [0.70307–0.70353, ε_Nd = +5.8 to +6.3]）表明其来源于富集地幔源区。微量元素行为，在地球化学建模支持下，进一步表明镁铁质岩石是由富集二辉橄榄岩上部岩石圈地幔源区低程度部分熔融产生的，指向以岩石圈伸展和软流圈上涌为主的构造环境。

盆岭省（Basin and Range Province, BRP）是覆盖美国西部和墨西哥西北部的地貌区，形成于新生代伸展变形，其南部墨西哥的Mesa Central（MC）省是BRP的一部分。在MC内，San Luis Potosi火山杂岩（San Luis Potosi Volcanic Complex, SLPVC）包含多个火山岩区，如Ventura-Espiritu Santo火山岩区（VESVF）。前人研究（如Luhr等，1989；Luhr和Aranda-Gómez，1997）提供了矿物学和地球化学分析，但未充分探讨VESVF西北部（Cúcamo和El Zacatón地区，包括El Rosario和Santa Lucía）的岩浆成因和演化。因此，研究人员开展这项研究，旨在通过新岩相学观察、全岩主量和微量元素地球化学以及Sr-Nd同位素数据，约束这些镁铁质岩石的岩浆生成过程，并评估其地球动力学意义。研究结果表明，VESVF镁铁质岩石由富集二辉橄榄岩上部岩石圈地幔源区低程度（1–2%）部分熔融产生，形成于伸展构造环境，强调小程度部分熔融在板内岩浆作用中的作用。论文发表在《Geochemistry》。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：样本采集自墨西哥圣路易斯波托西州VESVF西北部的Cúcamo、El Rosario和Santa Lucía三个地区，共34个代表样品；全岩主量元素分析采用X射线荧光光谱（WDXRF）；微量元素和稀土元素（REE）分析采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）；Sr-Nd同位素分析采用同位素稀释热电离质谱（ID-TIMS），分析在西班牙马德里康普顿斯大学地质年代学单元完成。

研究结果如下：

**4.1 岩相学**：通过偏光显微镜观察，Cúcamo玄武岩（东部）以自形-半自形板状斜长石（57–60%）、橄榄石（17–20%）和单斜辉石（普通辉石，3–5%）为主，具斑状结构，基质为微晶质，含少量气孔，表明岩浆深部缓慢结晶后快速上升。El Rosario玄武岩（中部）含橄榄石（14–20%）、斜长石（53–62%）和辉石（3–7%），发育辉石反应边和氧化现象，指示岩浆热力学条件变化。Santa Lucía玄武岩（西部）含斜长石（53–57%）、橄榄石（7–13%）和辉石（3–7%），并含褐色角闪石（kaersutite/pargasite）斑晶及橄榄岩捕虏体，显示斑状结构，进一步支持岩浆来自上地幔。

**4.2 全岩地球化学**：通过总碱-硅（TAS）图解和CIPW标准矿物计算，岩石分为碧玄岩、玄武岩和粗面玄武岩，属钙碱性-钾玄岩系列。Cúcamo样品（SiO_2adj = 45.76–48.63 wt%）显示球粒陨石标准化REE模式中轻稀土元素（LREE）富集、（La/Yb）_CN = 18.91–29.51，无Eu异常，原始地幔标准化多元素图解显示K、P、Ti正异常和Pb负异常，无Nb-Ta亏损，指示板内亲缘性。El Rosario样品（SiO_2adj = 44.91–48.80 wt%）具类似REE特征，但Mg#较低（41.82–56.18），Harker图解显示负相关趋势，表明橄榄石、辉石和Fe-Ti氧化物的分离结晶。Santa Lucía样品（SiO_2adj = 45.88–49.78 wt%）也显示LREE富集和HREE亏损，微量元素模式与OIB（洋岛玄武岩）相似。

**4.3 全岩Sr-Nd同位素数据**：通过ID-TIMS分析6个样品，初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比为0.703071–0.703525，ε_Nd = +5.7 to +6.3，落入地幔阵列，表明来源于富集地幔源区，且与EMAP（东墨西哥碱性省）和BRP其他地区数据一致。

讨论部分总结了岩浆源区和岩石成因过程。通过微量元素比值图解（如Nb/Yb vs Th/Yb）和批式部分熔融模型，研究人员得出镁铁质岩石由富集二辉橄榄岩（spinel-lherzolite）源区低程度（1–2%）部分熔融形成，而非显著分离结晶。Nb-Ta异常值（Nb/Nb*_PM = 1.42–1.87，Ta/Ta*_PM = 1.79–2.74）接近大陆裂谷区，多维判别图解（Verma等，2006；Agrawal等，2008）将样品判别为大陆裂谷玄武岩（CRB）和洋岛玄武岩（OIB），支持伸展构造背景。

研究结论翻译如下：VESVF镁铁质岩石具板状斜长石，常见振荡环带，反映结晶过程中的化学变化。自形-半自形橄榄石和单斜辉石（普通辉石）也存在，伴有次生矿物如钛磁铁矿和钛铁矿，以及橄榄岩包体，支持其镁铁质特征。这些特征表明碱性-亚碱性、地幔来源的岩浆，典型于单成因火山岩区。地球化学和同位素数据（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_i = 0.703071–0.703525；¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd_i = 0.512932–0.512958）表明镁铁质岩石由富集二辉橄榄岩上部岩石圈地幔源区低程度（1–2%）部分熔融生成。球粒陨石和原始地幔标准化的REE和多元素模式，结合Nb-Ta行为和多维地球化学判别，表明伸展构造背景。这些结果支持VESVF岩浆作用与岩石圈伸展密切相关的解释，强调了小程度部分熔融的作用。