1.火山巖時空分布
沖繩海槽的火山活動以雙峰式玄武巖-英安巖噴發活動為主要特征。以英安巖為主的長英火山巖系是雙峰巖石組合的主體，同成分的灰白色浮巖和火山碎屑巖覆蓋海槽的大部分地區。巖心剖面揭示，浮巖層多達數層，厚達250余米（翟世奎等，2001）。玄武巖規模顯著減小，僅見於海槽南部與那國海底窪地、八重山海底窪地和海槽中部伊平屋和伊是名等地（圖2-3；李巍然等，1997）。
同位素測年資料表明（表2-1），沖繩海槽的火山活動始於晚更新世，至今仍處在活動之中。特別是自70ka以來，至少還發生了3次較大規模的火山噴發，第1次在7萬年前左右，第2次在3萬年前，最近的1次噴發距今1萬年左右，形成了遍布全區的浮巖層和含火山碎屑物質的沈積層。
2.火山巖巖石地球化學特征
前人已對沖繩海槽火山巖的巖石地球化學分別做了系統的研究（翟世奎等，1995、1997;2001；李巍然等，1997；陳麗蓉等，1993;Kimura et al.,1988;Shinjo et al.,1999、2000）。這裏，僅簡要將其巖石地球化學特征概述如下。
（1）玄武質火山巖
主要元素化學特征
按國際地科聯1989年推薦的分類方案，沖繩海槽玄武巖系可劃分為玄武巖、玄武安山巖和安山巖。其中，玄武巖和玄武安山巖為玄武質巖系主體。不同作者都曾對玄武巖系的巖石系列進行過劃分，均表明該玄武巖系介於拉斑系列與鈣堿性系列之間，具有過渡性特征（圖2-4）。這亦與其產出環境既不同於島弧、又不同於洋中脊是相吻合的。與大洋中脊玄武巖（MORB）和弧後盆地玄武巖（BABB）相比，沖繩海槽玄武巖比MORB高Al2O3、低FeO和TiO2，而總體上類似於BABB，更接近於馬裏亞納海槽玄武巖，後者是壹種典型的弧後擴張盆地巖漿產物。
微量元素和REE特征
沖繩海槽玄武巖的REE配分型式以LREE弱富集型為特征，與長英質火山巖端員——英安巖相比，兩者具有類似的REE組合型式（圖2-5）。沖繩海槽玄武巖的（Ce/Yb）N=2.21～3.61，δEu=0.60～0.80，長英質火山巖的（Ce/Yb）N=1.66～3.40，δEu=0.60～0.80。這種類似的REE配分型式和明顯差異的δEu，證實兩者可能存在同壹巖漿不同程度的結晶分異關系。
圖2-3 沖繩海槽火山巖類型與空間分布圖（據李巍然等，1997年，略修改）
表2-1 沖繩海槽的火山巖巖石年齡測定結果
圖2-4 沖繩海槽火山巖的矽-堿圖
圖2-5 沖繩海槽火山巖REE配分型式
沖繩海槽玄武巖與典型的島弧火山巖在微量元素配分型式（NAP）上表現出壹定的類似性（圖2-6），主要體現在：相對富集大離子不相容元素LILE（Rb、Ba、K），而虧損高場強元素HFSE（Nb、Ta、Zr、Hf、Ti），通常富集元素Pb和Th（圖2-6）。LILE、Pb和Th的相對富集，反映其巖漿源區遭受了來自俯沖板片的脫水流體的交代作用，因為在俯沖板片脫水過程中，相對活躍的元素LILE和Pb、Th等將活化進入脫水流體中。HFSE在巖石中相對虧損，反映巖漿源區因流體交代而相對富水，在此情況下，富含HFSE的金紅石將在部分熔融過程中保持穩定而得以殘留。
圖2-6 沖繩海槽玄武巖NAP圖
Aguni Graben:1—JCD-3;2—BIA;Iheya Graben:3—CB622;4—CB623;Dive230:5—AIA;6—AIB;Dive233:7—A6
同位素地球化學特征
圖2-7展示了沖繩海槽火山巖的Sr-Nd同位素組成。這些火山巖顯然以相對較高的87Sr/86Sr和相對較低的143Nd/144Nd值區別於典型的MORB，證實其源區不是產生在MORB的虧損上地幔或軟流圈中。同時，它們亦不同於琉球島弧及火山前緣的火山巖，後者在相同的143Nd/144Nd比值下以相對較大的87Sr/86Sr值為特征（圖2-7），暗示其源區可能受到來自俯沖帶的組分影響。中部海槽的火山巖多處於洋島玄武巖（OIB）型西太平洋邊緣盆地玄武巖（WPMBB）區內（Hichey-Vargas et al.,1995），表明玄武巖普遍具有較高的Nd和較低的Sr同位素值。兩者在同位素組成上的類似性暗示，形成沖繩海槽玄武巖的巖漿源區，與E-MORB或OIB源區具有壹定類似性。顯然，這種源區可能在受到俯沖帶混染前，是相對富集的上地幔。這種富集地幔是否與地幔熱柱作用有關，尚不能確定。然而，正如第四章所述，沖繩海槽熱水系統中的地幔氦特征與地幔熱柱來源的氦相當，這種可能性是不能被排除的。
沿沖繩海槽，玄武巖的Sr-Nd同位素組成顯示出系統而顯著的差異性。與中部海槽相比，南部海槽87Sr/86Sr較高，但143Nd/144Nd不變，海槽南端龜山島（Kueishantao）的安山巖則不僅87Sr/86Sr增高，而且143Nd/144Nd大幅度降低（圖2-7）。這種同位素地球化學差異性表明，沖繩海槽不同地段的巖漿源區可能遭受了不同程度的俯沖帶組分的影響。其中，中部海槽受影響程度最小，南端最大，正如Chen等（1995）所證實的那樣，海槽南端巖漿源區不僅混染了俯沖帶組分，而且巖漿中還混入了大約30%的臺灣陸塊地殼物質。
圖2-7 沖繩海槽火山巖143Nd/144Nd與87Sr/86Sr關系圖（據Hichey-Varges et al.,1995）
OIB—洋島玄武巖；WPMBB—西太平洋邊緣盆地玄武巖；MOT—沖繩海槽中部火山巖；SOT—沖繩海槽南部玄武巖；ARG—島弧中部Aguni群火山巖（6～4Ma）;AGG—島弧中部Aradake群火山巖（21～13Ma）
（2）長英質火山巖
巖石學特征
長英質火山巖以浮巖居多，熔巖和火山碎屑巖次之。這些酸性浮巖呈面狀分布，垂向加積。灰白色浮巖的SiO2介於68.8%～71.3%之間，成分相當於流紋巖和英安巖。按照斑晶礦物，可定名為紫蘇輝石流紋英安浮巖和斜長石流紋英安浮巖。浮巖含兩個世代的斑晶礦物組合（翟世奎等，2001）。早世代斑晶組合為橄欖巖、輝石、基性斜長石和少量磁鐵礦，其中，橄欖石為透鐵橄欖石，輝石分富鎂的斜方輝石和單斜輝石，基性斜長石的An值變化於39%～78%之間（翟世奎等，2001）。這套斑晶組合顯然應結晶於更為基性的巖漿巖系。輝石斑晶和基性斜長石斑晶普遍存在熔蝕現象，基性環帶斜長石中心還出現熔蝕殘留核，反映該斑晶組合經歷了結晶—熔蝕—再結晶的復雜過程，同時反映這些斑晶與長英質巖漿處於非平衡狀態。晚世代斑晶組合為酸性斜長石、石英和黑雲母，該組合基本代表了長英質巖漿接近地表或巖漿噴發過程中的結晶產物。早晚兩個世代的斑晶礦物組合***存於酸性浮巖之中，暗示巖漿演化過程中曾發生壹定程度的巖漿混合或混染作用。
地球化學特征
翟世奎等（2001）報道了巖漿浮巖的主要元素、微量元素和REE的分析數據。這些浮巖的主要化學成分反映巖石屬典型的鈣堿性系列，與日本島弧典型的鈣堿性弧火山巖類似。其高場強元素（Nb、Ta、Zr、Hf、U等）的豐度特征，反映長英質巖漿具有匯聚板塊邊緣的火山巖巖漿親合性。浮巖的Sr變化於（17～151）×10-6間，Rb變化於（44.7～117）×10-6。按巖漿Sr-Rb含量與巖漿起源的地殼厚度關系估算，大部分浮巖起源的地殼厚度在20～30km之間，與地球物理探測的地殼厚度相吻合。
系統對比巖心浮巖地球化學剖面，可以發現，從表層浮巖向下部至底層浮巖，巖石的SiO2系統增高，而FeO、TiO2、CaO則系統降低，與之相對應，La、Rb、Ba、Th等元素含量亦隨之明顯遞增。這種系統的地球化學變化，暗示長英質巖漿噴發前，在巖漿房內是成層的。這種層狀巖漿房具有明顯的垂向分帶：頂部巖漿偏酸性，Rb、Ba、La、Ce等因分異作用而相對富集；底部巖漿相對偏中性，或許是巖漿分異較弱，或許是由於不斷有深部巖漿補給，Rb、Ba、La、Ce等相對較高。如果這個推論正確，從層狀巖漿房頂部噴發的酸性浮巖可能含有更多的水以及Pb、Zn等成礦元素。如果層狀巖漿房頂部分凝出遊離的巖漿水流體，那麽，早期噴發將會使巖漿水流體率先註入海底熱水流體系統中，並對海底熱水成礦產生較大影響。
圖2-8 沖繩海槽火山巖的MgO-87Sr/86Sr比值相關關系圖（據Shinjo et al.,1999）
MOT為沖繩海槽中部火山巖；ARG和AGG為島弧火山巖系
Shijo等（1999）報道了沖繩海槽雙峰巖石組合的Sr-Nd同位素組成。長英質端員——英安巖和流紋巖的143Nd/144Nd變化於0.5128～0.5129之間，87Sr/86Sr變化於0.7040～0.7045之間，鎂鐵質端員——玄武巖的143Nd/144Nd（0.5127～0.5129）和87Sr/86Sr（0.7039～0.7045）幾乎與之壹致，有力地證實長英質-鎂鐵質巖漿擁有相同的地幔源巖，並具有密切的成因關系。圖2-8展示了沖繩海槽中部火山巖的87Sr/86Sr與Mg關系，這些巖漿所展現的MgO顯著降低，與87Sr/86Sr比值近乎不變的趨勢，表明鎂鐵質巖與長英質巖之間存在明顯的結晶分異關系，盡管地表物質混染可能對長英質巖漿產生輕微的影響。