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王长红:方解霞黄煌岩(aillikite)的橄榄石原位成分分析揭示地幔交代作用和多阶段岩浆演化过程【AM,2021】
2021-08-09   科技处  责编:王晓佳  阅读159次
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方解霞黄煌岩(aillikite)为碱性、贫硅、富碳酸盐的超镁铁质煌斑岩。尽管这类岩石在地球上非常稀少,但是由于其来源深(>150km),并且含有金刚石,因此受到广泛的关注。目前,这类岩石的成因仍然存在很大的争议,主要是因为对其地幔源区性质的不确定。一方面,实验岩石学研究表明,方解霞黄煌岩与含CO2H2O的地幔橄榄岩在40-60 kbar条件下部分熔融所产生的熔体成分非常类似。另一方面,方解霞黄煌岩的同位素和微量元素分析似乎更支持源区存在独立的金云母和碳酸盐交代脉,而非均匀分布的CO2H2O的交代组分。

为了解决以上科学问题,中国地质大学(北京)王长红博士在“岩浆-热液演化与金属成矿求真群体张招崇教授的指导下,对塔里木大火成岩省西北部瓦吉里塔格地区的一套富碳酸盐的超镁铁质岩石(早期被命名为金伯利质岩)进行了详细的岩相学研究,在此基础上,借助EPMALA-ICP-MS等高精度原位分析技术,对橄榄石开展了原位主微量元素成分分析,并结合与世界典型方解霞黄煌岩中橄榄石成分对比,揭示了这类岩石地幔源区性质以及岩浆的多阶段演化过程,取得了以下创新性成果:

1)基于本次研究首次在该岩石中发现大量的原生单斜辉石和角闪石微晶(图1),结合该岩石富岩浆碳酸盐矿物的特征,将这些早期被命名为“金伯利质岩”的岩石重新定义为方解霞黄煌岩。这也是迄今为止在中国境内发现的唯一方解霞黄煌岩。

2)根据橄榄石产出形态,这些岩石中的橄榄石可以分为两大类:1)基质中自形-它形的橄榄石颗粒;2)包体中自形-它形的橄榄石粗晶。基质中橄榄石FoNiMnCa的含量分别为Fo89-801606-3418 ppm1424-2860 ppm571-896 ppm(图2)。粗晶具有较窄的FoCa的成分范围,而NiMn显示大的成分变化(图2)。基质中的橄榄石为斑晶,而包体中的橄榄石为同源循环晶。根据化学成分,他们分别可以进一步划分为两小类,即斑晶Ia Ib以及粗晶IIaIIb(图2),表明母岩浆经历了多期次结晶作用。尖晶石-橄榄石温度计计算表明,橄榄石斑晶和粗晶的结晶温度分别为1005-1136°C906-1041°C

3)这些岩石富碳酸盐矿物的成分特征,结合橄榄石CaTi的同时富集趋势,表明其地幔源区存在碳酸盐交代作用。此外,高Mg#Fo>85)橄榄石具有高的100*Mn/Fe比值(平均1.67)和Ni含量(达3418 ppm),而其100*Ni/Mg比值为~1,表明地幔源区为含金云母-碳酸盐交代脉的橄榄岩源区(图3)。

4)提出了瓦吉里塔格方解霞黄煌岩的多阶段成因模式(图4):1)在方解霞黄煌岩地幔源区,富CO2H2O的交代组分在克拉通岩石圈的底部固结形成碳酸盐-金云母的交代脉。在塔里木地幔柱初始底侵时,热扰动导致这些交代物质重新熔融促进了周围地幔橄榄岩熔融形成原始的方解霞黄煌岩熔体;2)早期的小规模的熔体未能喷发至地表而是停留在深部岩浆房发生演化并分离结晶形成晶粥(结晶出橄榄石粗晶IIaIIb)。这些固结的晶粥在大规模方解霞黄煌岩岩浆(结晶出橄榄石斑晶IaIb)上升过程中被捕获带至地表。


1 瓦吉里塔格基质背散射图(a)与QEMSCAN矿物定量分析图(b

2 瓦吉里塔格方解霞黄煌岩中橄榄石FoNia),Mnb),Cac)及长宽比值(d)图解。

3  瓦吉里塔格方解霞黄煌岩中高Mg#Fo>85)橄榄石100Ni/Mg100Mn/Fe比值图解。


4 瓦吉里塔格方解霞黄煌岩起源与演化模式图

上述成果近期发表在国际地学权威期刊《American Mineralogist》上:Wang C. H., Zhang Z. C.*, Xie Q. H., Cheng Z. G., Kong W. L., Liu B. X., Santosh M. and Jin S. K. (2021b) Olivine from aillikites in the Tarim large igneous province as a window into mantle metasomatism and multi-stage magma evolution. Am. Mineral. 106, 1064-1076.

全文连接:DOI: https://doi.org/10.2138/am-2021-7521.

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