馬建鋒、趙太平等-JP:礦物結(jié)構(gòu)與成分示蹤正長(zhǎng)巖成因
堿性巖通常分布在造山帶和板內(nèi)裂谷背景下,雖然占比很少,但是蘊(yùn)含著豐富的巖漿起源和構(gòu)造演化等關(guān)鍵信息。正長(zhǎng)巖是堿性巖中最典型的代表之一,其成因是有高度爭(zhēng)議的,主要觀點(diǎn)有地幔低程度部分熔融、幔源巖漿結(jié)晶分異、巖漿混合和晶體堆積等機(jī)制。然而,由于地殼混染和巖漿混合的潛在影響,很難從全巖成分判斷地幔源區(qū)熔融還是殼內(nèi)分異控制著堿性元素(K2O和Na2O)含量。正長(zhǎng)巖中的礦物記錄了堿性巖漿從起源到侵位的全過(guò)程,因此,通過(guò)對(duì)各巖漿演化階段的礦物分析,可以評(píng)估不同機(jī)制的影響程度,從而確定正長(zhǎng)巖的主要成因方式。
針對(duì)上述問(wèn)題,中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士生馬建鋒在趙太平研究員指導(dǎo)下,選取華北克拉通南緣1772 Ma三元溝正長(zhǎng)巖開(kāi)展了詳細(xì)的礦物結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分與熱力學(xué)模擬研究。該正長(zhǎng)巖主要礦物組成是單斜輝石、鉀長(zhǎng)石、石榴石和榍石,單斜輝石和石榴石具有豐富的礦物環(huán)帶,表明巖漿混合發(fā)揮了重要作用(圖1)。通過(guò)計(jì)算不同階段的單斜輝石平衡熔體的主微量元素含量,獲取了堿性巖漿從起源到侵位的地球化學(xué)信息。高Mg#(>85)單斜輝石的平衡熔體具有高Mg#、CaO/Al2O3和低Hf/Sm的特征,展現(xiàn)出碳酸鹽交代地幔的親和性,微量元素質(zhì)量平衡模型表明,石榴石-尖晶石過(guò)渡地幔低程度(1%~2%)部分熔融可以產(chǎn)生這些高Mg#熔體(圖2);通過(guò)alphaMELTs模擬高Mg#平衡熔體的結(jié)晶分異過(guò)程,發(fā)現(xiàn)無(wú)論在何種壓力和水含量下都無(wú)法匹配其余平衡熔體的化學(xué)成分,說(shuō)明單一的結(jié)晶分異過(guò)程不能解釋正長(zhǎng)巖的成因(圖3)。低Mg#單斜輝石平衡熔體具有低Mg#值,是地殼物質(zhì)重熔的產(chǎn)物,質(zhì)量平衡計(jì)算結(jié)果表明10%~30%的長(zhǎng)英質(zhì)熔體參與混合可以形成正長(zhǎng)巖(圖4)。然而,巖漿混合與結(jié)晶分異過(guò)程無(wú)法解釋全巖的K2O、CaO等變化,暗示仍有其它機(jī)制參與控制。正長(zhǎng)巖中鉀長(zhǎng)石相互連接形成晶體框架,具有堆晶結(jié)構(gòu),且全巖Eu#高于1,表明鉀長(zhǎng)石堆晶也是控制K2O含量的機(jī)制之一。單斜輝石濕度計(jì)顯示高Mg#平衡熔體具有高水含量(>4 wt%,圖5),在模擬過(guò)程中發(fā)現(xiàn)高水含量可以抑制長(zhǎng)石的結(jié)晶,從而導(dǎo)致熔體中K2O、Na2O含量的再次升高(圖6),最終在淺部地殼發(fā)生長(zhǎng)石堆晶,這也解釋了為什么堿性熔體無(wú)法突破演化的“熱障”。上述工作表明,地幔源區(qū)的部分熔融、殼內(nèi)巖漿演化、巖漿混合、晶體堆晶過(guò)程都會(huì)控制堿性熔體的成分變化以及正長(zhǎng)巖的形成。
以上研究成果發(fā)表在巖石學(xué)國(guó)際權(quán)威期刊Journal of Petrology上。相關(guān)的論文信息:
Jian-Feng Ma (馬建鋒), Tai-Ping Zhao* (趙太平*), Tong Hou (侯通), Chuan-Hao Qu (瞿川豪). Mineral Textures and Chemistry Trace the Origin and Transcrustal Evolution of the Sanyuangou Syenite in Southern North China Craton. 2024, 65, egae056. https://doi.org/10.1093/petrology/egae056.

圖1 三元溝正長(zhǎng)巖礦物結(jié)構(gòu)特征

圖2 高Mg#單斜輝石平衡熔體主微量元素揭示地幔源區(qū)特征

圖3 三元溝正長(zhǎng)巖全巖、單斜輝石平衡熔體主量元素特征以及alphaMELTs模擬主量元素變化

圖4 三元溝正長(zhǎng)巖全巖微量元素特征與混合模型

圖5 單斜輝石溫度、壓力及平衡熔體水含量

圖6 熔體水含量與巖漿混合控制熔體中K2O+Na2O含量變化

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