新聞動態(tài)廣州地化所在火成堆晶巖中橄欖石的生長機制方面取得重要新進展
橄欖石是玄武質(zhì)巖漿早期結(jié)晶的礦物之一，其具有簡單的化學(xué)式[(Fe,Mg)2SiO4]，并隨著結(jié)晶條件變化而呈現(xiàn)多種晶體習(xí)性。火成堆晶巖中的橄欖石一般認為很少能保存記錄其生長過程的生長環(huán)帶，這是因為巖漿房中巖漿的冷卻速率較慢，造成礦物的緩慢或平衡生長，不形成生長環(huán)帶；同時，由于Mg、Fe等元素在高溫下的快速擴散導(dǎo)致橄欖石的成分均一化，生長環(huán)帶難以在高溫下保存。因此，利用橄欖石成分反演復(fù)雜的巖漿房過程有一定局限性。但是，橄欖石中P元素的擴散速率遠低于Mg、Fe等元素，P在橄欖石中的分布有可能記錄橄欖石的生長過程。之前少量工作對玄武巖中橄欖石斑晶中的P環(huán)帶進行了初步研究，但對于深成巖中橄欖石的P環(huán)帶研究幾乎是空白。
廣州地球化學(xué)研究所巖漿作用與成礦學(xué)科組邢長明助理研究員、王焰研究員和譚偉助理研究員，首次對我國攀西地區(qū)阿布郎當(dāng)超鎂鐵質(zhì)巖體中自形橄欖石以及白馬巖體中具有海綿隕鐵結(jié)構(gòu)的釩鈦磁鐵礦礦石中渾圓狀橄欖石進行了P環(huán)帶研究。采用高精度電子探針元素面掃描、激光ICP-MS以及電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)，發(fā)現(xiàn)自形橄欖石和渾圓狀橄欖石具有顯著不同的P環(huán)帶結(jié)構(gòu)，記錄了其不同的生長過程。
阿布郎當(dāng)巖體中純橄巖和二輝橄欖巖中的自形橄欖石一般具有樹枝狀的富P環(huán)帶，局部呈現(xiàn)平行帶狀、楔形或同心環(huán)狀，且富P環(huán)帶往往沿橄欖石晶面呈線性分布，構(gòu)成橄欖石骨架（圖1）。這與火山巖中橄欖石斑晶的樹枝狀富P環(huán)帶完全一致，被認為是富P的橄欖石骨架快速生長形成的，隨后的緩慢生長形成橄欖石的貧P部分。這一發(fā)現(xiàn)表明，巖漿房中橄欖石的結(jié)晶可能同樣遵循樹枝狀的生長模式，而非傳統(tǒng)上認為的樹環(huán)或螺旋狀的晶體生長模式。因此，在利用橄欖石核-邊的成分變化反演巖漿的演化歷史時應(yīng)慎重。
圖1 阿布郎當(dāng)巖體純橄巖和二輝橄欖巖中橄欖石的P元素分布圖
白馬巖體海綿隕鐵磁鐵礦礦石中渾圓狀橄欖石具有復(fù)雜的P環(huán)帶結(jié)構(gòu)。在整體貧P的橄欖石中，富P環(huán)帶表現(xiàn)為不連續(xù)狀、不規(guī)則同心環(huán)狀、不規(guī)則補丁狀、或骨架分布的樹枝狀（圖2）。富P環(huán)帶往往被貧P部分切穿，貧P區(qū)域包裹圓形磁鐵礦和富Fe多相熔體包裹體。但是，在EBSD圖中，富P環(huán)帶均具有相同的結(jié)晶方向，暗示它們是同一顆橄欖石的殘留。
圖2 白馬巖體海綿隕鐵磁鐵礦礦石中渾圓狀橄欖石的P元素分布圖
這些結(jié)構(gòu)表明，渾圓狀橄欖石至少經(jīng)歷了兩期生長過程：第一期為橄欖石的樹枝狀生長；第二階段為橄欖石的溶解-再析出過程（圖3）。圓形的磁鐵礦和富Fe多相熔體包裹體均分布在貧P橄欖石區(qū)域，表明它們是在第二階段被包裹入橄欖石中，因此，被包裹的磁鐵礦并非巖漿早期結(jié)晶的產(chǎn)物。這可能是由于第一期橄欖石結(jié)晶后，由于粒間熔體不混溶形成了富Fe熔體，富Fe熔體與第一期橄欖石化學(xué)不平衡而反應(yīng)造成的。這一發(fā)現(xiàn)表明，顯微鏡下直接觀察到的橄欖石結(jié)構(gòu)具有迷惑性，并不一定能反映其真實的生長過程，而橄欖石的P環(huán)帶有可能揭示復(fù)雜的巖漿房過程。
圖3 白馬巖體海綿隕鐵磁鐵礦礦石中橄欖石的兩期生長模式圖
相關(guān)成果近期發(fā)表在Earth and Planetary Science Letters上，該項研究受到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）（XDB18000000）、國家杰出青年基金（41325006）、國家面上基金（41473037）和國家青年基金（41502048）聯(lián)合資助。
Xing C.-M., Wang C.Y., Tan W. 2017. Disequilibrium growth of olivine in mafic magmas revealed by phosphorus zoning patterns of olivine from mafic–ultramafic intrusions. Earth and Planetary Science Letters, 479: 108-119.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.09.005
（中國科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點實驗室 & 所綜合辦公室 供稿）
