巴布亚新几内亚弗莱平台上的更新世玄武质火山作用

《Minerals》：Pleistocene Basaltic Volcanism on the Fly Platform in Papua New Guinea

　　

巴布亚新几内亚（PNG）仍然是西南太平洋研究最少的地区之一，而弗莱平台（Fly Platform）等广泛区域的构造-岩浆演化仍缺乏约束。本研究基于两个先前未被识别的火山中心——Meahill和Yemsigi（它们沿东北-西南方向排列，相距约13公里）的发现，首次对弗莱平台上的玄武质火山作用进行了调查。综合野外观察和岩石学研究揭示了不同的喷发和侵位历史。Yemsigi以块状斑状玄武岩为特征，而Meahill则由高度多孔的斑状至微斑状玄武岩组成，指示了爆炸性火山作用。矿物化学和全岩地球化学表明，两个玄武岩套源自同一岩浆源。Meahill玄武岩的K-Ar年龄为0.57±0.09 Ma，表明弗莱平台上的火山作用代表了晚期的岩浆事件，晚于PNG大陆上的Maramuni弧（Maramuni Arc）和中央高地（Central Highlands）岩浆作用。这些发现为弗莱平台上的中更新世（Middle Pleistocene）火山作用提供了首个证据，并对南PNG的构造-岩浆演化施加了新的约束。

**论文解读：巴布亚新几内亚弗莱平台中更新世玄武质火山作用——首次岩石学、地球化学与年代学综合研究**

**研究背景、存在问题与开展原因**

巴布亚新几内亚（PNG）位于澳大利亚板块、太平洋板块与加罗林洋底板块的三重交汇处，是全球构造最活跃的区域之一，其快速汇聚速率（~10–11 cm/yr）驱动了地壳变形、隆升与岩浆作用。然而，西南PNG的弗莱平台（Fly Platform）作为新几内亚造山带的前陆区域，其构造-岩浆演化长期缺乏约束。现有认识多基于区域综合分析与油气勘探的地下数据，直接来自野外的岩石学、地球化学与年代学资料极为稀缺。尽管更新世玄武质火山作用曾被提及（Wilmott, 1973）[23]，但近期研究仅确认了达鲁岛（Daru Island）的玄武质喷发活动（Lunge et al., 2026）[24]。因此，本研究旨在通过野外填图、采样、岩石学、矿物化学、全岩地球化学与钾-氩（K-Ar）定年，系统调查弗莱平台上两个新发现的玄武质露头（Meahill与Yemsigi），以揭示其岩石成因与构造意义，填补区域研究的空白。该论文发表在《Minerals》期刊。

**主要关键技术方法**

研究人员采用的主要关键技术方法包括：（1）野外地质填图与采样，样本来源为弗莱平台大陆上的Meahill和Yemsigi两地，距达鲁岛分别约37 km和47 km；（2）岩石学分析，利用Nikon Eclipse LV100 POL偏光显微镜进行薄片观察，并结合扫描电子显微镜（SEM）及背散射电子（BSE）成像验证矿物相；（3）矿物化学分析，使用JEOL JXA-8230电子探针显微分析仪（EPMA）测定橄榄石、辉石、长石和钛磁铁矿的主量元素成分；（4）全岩地球化学分析，采用X射线荧光光谱仪（XRF）测定主量元素，电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定微量元素和稀土元素（REE）；（5）K-Ar定年，对Meahill样品（TM5）进行钾-氩同位素测年，分析在冈山平壤地质年代学研究所完成。

**研究结果**

**5.1 岩石学（Petrography）**
通过偏光显微镜观察，Yemsigi样品显示斑状结构，橄榄石斑晶嵌于细粒斜长石、单斜辉石和钛磁铁矿组成的基质中，气孔稀少（150–600 μm），橄榄石普遍发生伊丁石化。Meahill样品则从微斑状到斑状结构，气孔极为丰富（400–700 μm），常呈拉长或不规则状，边缘衬有微晶斜长石和氧化物，碳酸盐呈次生蚀变出现。这些差异表明Yemsigi为缓慢冷却的熔岩流或浅成侵入体，而Meahill则经历快速上升与爆炸性喷发。

**5.2 矿物化学（Mineral Chemistry）**
利用电子探针分析，橄榄石的镁橄榄石含量（Fo = 100 × Mg/(Mg+Fe)）在Meahill中为Fo₆₃–Fo₈₄，Yemsigi中为Fo₆₇–Fo₈₆，均落入高铁橄榄石至黄橄榄石范围。单斜辉石成分为Wo₄₇–Wo₄₉，属透辉石。斜长石成分为An₃₉–An₆₃，介于中长石与拉长石之间。钛磁铁矿成分位于磁铁矿-钛尖晶石固溶体系列，指示中等氧化条件。

**5.3 全岩地球化学（Whole-Rock Geochemistry）**
XRF与ICP-MS分析显示，Yemsigi玄武岩SiO₂为47.91–48.85 wt%，Meahill为49.41–56.11 wt%。总碱-硅（TAS）图解中，样品落入碱性玄武岩区；K₂O vs SiO₂图解显示中-高钾钙碱性系列。稀土元素（REE）球粒陨石标准化配分模式呈相似形状，Nb/Yb vs Th/Yb图解中样品均落于MORB-OIB地幔阵列，靠近E-MORB与OIB区域，指示来自富集地幔源区，而非俯冲流体交代作用。构造判别图解（Ti/Y vs Zr/Y和Nb vs Th）显示样品落入板内玄武岩场，与东北昆士兰的板内玄武岩省相似。

**5.4 钾-氩年龄测定（K-Ar Age Dating）**
Meahill玄武岩样品（TM7）的K-Ar年龄为0.57±0.09 Ma，表明该火山活动发生于中更新世，明显晚于Maramuni弧（中新世）和中央高地（上新世-更新世）的岩浆作用。

**讨论与结论总结**

**讨论部分**：讨论指出，Yemsigi与Meahill玄武岩具有相似岩浆成分但侵位方式不同，前者为缓慢冷却的熔岩流/浅成侵入，后者为快速上升的爆炸性喷发（可能与水体相互作用有关）。矿物化学记录了从原始岩浆（Fo>80）到分异演化的过程。地球化学特征（弱正Eu异常、负Nb异常与正Ta异常）表明，源区可能经历了高压部分熔融且残留金红石，并涉及再循环地壳组分，与地幔柱或板块撕裂引起的深部地幔上升流有关。区域地震层析成像显示，弗莱平台与东北昆士兰的岩浆作用均与同一深部地幔异常（A8）相关，可能为古老俯冲板片碎片。构造演化模型表明，中更新世弗莱平台火山作用是晚期的板内火山活动，与中央高地地壳拆沉及深部地幔动力学有关。

**结论部分翻译**：本研究记录了巴布亚新几内亚弗莱平台上两个不同火山中心的首次综合野外观察与分析研究。野外观察揭示了两个中心在喷发样式和火山相上的明显差异：Yemsigi以块状斑状玄武岩为主，而Meahill则由高度多孔的斑状至微斑状玄武岩组成。Yemsigi和Meahill玄武岩具有相似的矿物组合，以橄榄石+单斜辉石+斜长石±钛磁铁矿为主。野外和岩石学证据表明Meahill经历了更强烈的爆炸性火山作用，而Yemsigi则为更平静的喷发。橄榄石成分（Fo₆₂–Fo₈₆）支持从富镁岩浆或原始地幔衍生熔体结晶。单斜辉石、斜长石和钛磁铁矿的成分表明岩浆演化主要受分离结晶作用控制，但Meahill地区岩浆再充填、挥发分出溶和浅部地壳过程改变了这一演化趋势，产生了局部不平衡结晶和更爆炸性的喷发行为。全岩主量、微量元素和稀土元素地球化学指示岩浆源自富集、交代的地幔源区。不相容微量元素、REE模式及高场强元素（HFSE）包括Nb-Ta行为和残留金红石特征，表明部分熔融源自继承自早期俯冲交代作用的异质地幔源区。弱Eu异常指示斜长石分离结晶有限。地球化学判别图解将玄武岩归类为板内成分，亲和性从E-MORB到OIB，与东北昆士兰的玄武岩省相似。这些特征表明岩浆是通过富集岩石圈或软流圈地幔的局部减压熔融产生，而非主动的俯冲带岩浆作用。Meahill火山作用发生于中更新世，K-Ar年龄为0.57±0.09 Ma，这确认了它明显晚于中新世Maramuni弧和上新世-更新世中央高地岩浆作用。弗莱平台玄武岩代表了受长期俯冲继承性和深部地幔动力学影响的改造源区所产生的一个晚期板内火山活动事件。