克罗诺茨基火山——堪察加半岛上一种低钾含量的前沿火山：岩石与矿物的地质结构与成分

《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：Kronotsky Volcano – A low-K end-member frontal volcano in Kamchatka: Geological structure and composition of rocks and minerals

低钾拉斑玄武岩首次系统研究揭示Kronotsky火山具有高Fe含量及极端 geochemical zoning特征，矿物分异与岩浆混合主导演化，俯冲带流体作用显著。

　　Kronotsky火山是堪察加弧前火山带中体积最大但研究最少的层状火山之一。该火山的地质结构和岩石矿物组成首次系统地进行了分析，为理解火山活动与地壳-地幔相互作用提供了重要线索。研究结果表明，Kronotsky火山岩主要由低钾、高铁的玄武岩至玄武安山岩组成，其二氧化硅含量在47.0至53.2 wt%之间，钾氧化物（K?O）含量较低，从0.24至0.65 wt%不等，高铁氧化物（FeO*）含量较高，范围在9.1至13.4 wt%之间，镁氧化物（MgO）含量则在3.7至11.2 wt%之间。相比之下，安山岩（二氧化硅含量为59.9至60.5 wt%）较为罕见，仅出现在火山活动的最新阶段，通常出现在熔岩锥和颈状结构中。这些岩石的矿物组成显示，橄榄石（Fo91.9–67）、斜长石（An95–40）和高钙辉石（Mg#89.3–50）是主要的斑晶矿物，而正辉石（Mg#61–67）则在安山岩中以斑晶形式出现，并在部分玄武安山岩中偶尔作为包裹体存在。此外，钛磁铁矿（Fe2?/Fe3? = 0.98–1.51，TiO? = 11.0–16.5 wt%）在安山岩中形成次斑晶，在玄武岩的基质中则表现为微晶。橄榄石斑晶中还含有铬尖晶石（Cr/Cr + Al = 0.19–0.79，TiO? = 0.18–2.81 wt%，Al?O? = 8.7–33.2 wt%）的包裹体，这些特征表明了岩浆演化过程中复杂的结晶分异和混合过程。

Kronotsky火山岩在堪察加半岛的第四纪火山中显示出独特的地球化学特征。与其它火山相比，其钾氧化物（K?O）含量最低，甚至降至0.24 wt%，同时在不相容元素（如钛、锆、铌、大离子亲石元素LILE）方面也表现出显著的贫化。这种贫化趋势在Nb/Zr（≤0.02）和Nb/Yb（≤0.5）比值上尤为明显。然而，Kronotsky火山岩的钡/铌（Ba/Nb）比值（最高可达280）和钡/钍（Ba/Th）比值（最高可达938）则显著高于其他堪察加火山，这表明其岩浆源可能受到较强的流体贡献影响。高镁橄榄石（Fo ≥ 87.5 mol%，Ni ≤ 2500 ppm，Fe/Mn = 56–71）的存在进一步支持了Kronotsky火山岩浆来源于橄榄岩地幔的观点。通过微量元素模型分析发现，地幔熔融程度高达25%，并且比典型洋中脊玄武岩（MORB）和大多数堪察加岩浆源更为贫化。这种极端的熔融程度与流体移动元素的相对富集相结合，暗示了Kronotsky火山下方地幔楔中可能存在大量的水合流体，这些流体可能来自正在俯冲的太平洋板块中的克鲁森斯特伦断裂带。这一断裂带可能为地幔楔提供了丰富的水合物质，从而导致了Kronotsky火山岩浆的特殊地球化学模式。

Kronotsky火山位于堪察加弧前火山带，距离千岛-堪察加海沟约190公里，距离俯冲的太平洋板块约100公里（根据Gorbatov等人1997年的研究）或约80公里（根据Hayes等人2018年的研究）。该火山位于高侵蚀的Schmidt火山（北侧）和具有多个单发喷发口的Krasheninnikov火山（南侧）之间。Kronotsky火山的基底靠近一些地质构造区域，这些区域可能对火山活动有重要影响。火山的岩浆活动特征表明，其岩浆来源可能受到俯冲板块和地幔楔中流体释放的显著影响，这些流体可能富含水和其它挥发性成分，进而改变了地幔的熔融状态和岩浆成分。

为了深入了解Kronotsky火山的岩浆演化过程，研究团队首次对火山岩系列进行了全面的地球化学和岩石学分析。研究结果表明，Kronotsky火山岩属于低钾系列，其地球化学特征在堪察加弧前火山带中具有代表性。与附近火山（如Krasheninnikov火山）和更远处的火山（如Schmidt、Gamchen、Komarov火山）相比，Kronotsky火山岩显示出更极端的不相容元素含量，这可能与其特殊的地幔源和俯冲带条件有关。研究还发现，Kronotsky火山岩的结晶条件（压力、温度和氧逸度）与典型的弧前玄武岩有所不同，这表明其岩浆演化过程可能受到特定的构造和流体条件的制约。

在矿物学研究中，Kronotsky火山岩中的斜长石是主要的矿物相，通常以晶体形式存在，尺寸可达4–5毫米。这些斜长石可能在橄榄石和辉石的结晶共生中形成，并在一些岩浆演化过程中表现出高钙特性（An95）。这种高钙特征与弧前低钾玄武岩的典型矿物学特征相符。此外，研究还发现，Kronotsky火山岩中的橄榄石和辉石可能在结晶过程中经历了不同的分异和混合过程，这些过程可能与岩浆上升、减压和气体逸出有关。

从地球化学角度来看，Kronotsky火山岩的不相容元素含量（如钾、钛、磷、铌、锆）在堪察加东部火山带的第四纪火山岩中处于极端值。这种极端的地球化学特征在与邻近火山（如Krasheninnikov火山）和更远处的火山（如Schmidt、Gamchen、Komarov火山）的对比中尤为明显。研究还发现，Kronotsky火山岩的地球化学特征可能与其所在区域的俯冲带几何结构有关，特别是克鲁森斯特伦断裂带的存在可能促进了更多水合流体的释放，从而影响了地幔的熔融程度和岩浆成分。这种特殊的地球化学模式可能使Kronotsky火山在堪察加弧前火山带中显得独特。

Kronotsky火山的岩石学和地球化学特征表明，其岩浆源可能受到俯冲板块和地幔楔中流体释放的显著影响。研究还发现，Kronotsky火山岩的矿物组成和结晶过程可能与岩浆上升、减压和气体逸出有关，这些过程在岩浆演化过程中起到了关键作用。此外，研究团队还利用X射线荧光光谱仪（XRF）对80个Kronotsky火山岩样、15个Krasheninnikov火山北部火山岩样以及3个Schmidt火山南坡岩样进行了主要和微量元素分析，以获取更全面的地球化学数据。这些数据不仅有助于理解Kronotsky火山的岩浆演化过程，也为研究堪察加弧前火山带的地球化学多样性提供了重要依据。

研究结果还表明，Kronotsky火山的岩浆演化过程可能受到多种因素的影响，包括地幔源的异质性、俯冲带流体的贡献以及岩浆的混合和分异。这些过程在火山岩的矿物组成和地球化学特征中得到了体现，例如橄榄石中的铬尖晶石包裹体和玄武岩基质中的钛磁铁矿微晶。此外，Kronotsky火山的岩浆演化可能与地幔楔中的水合流体释放密切相关，这些流体可能来自俯冲的太平洋板块中的克鲁森斯特伦断裂带。这种断裂带的存在可能解释了Kronotsky火山岩浆中较高的不相容元素含量，以及其在堪察加弧前火山带中的独特地球化学模式。

总的来说，Kronotsky火山的研究为理解堪察加弧前火山带的岩浆演化过程提供了新的视角。通过综合分析岩石学、矿物学和地球化学数据，研究团队揭示了该火山岩浆源的特征及其与俯冲带流体释放之间的关系。这些发现不仅有助于深化对堪察加弧前火山带地球化学多样性的认识，也为研究俯冲带对岩浆演化的影响提供了重要依据。Kronotsky火山作为堪察加弧前火山带中低钾玄武岩的极端代表，其研究结果可能对理解弧前火山的形成机制和地球化学特征具有重要意义。