锆石微量元素地球化学对硅质火山岩浆系统的制约

大型硅质火山作用(喷发体积约102～104km~3)的岩浆系统是地壳尺度的,经历了复杂的起源、运移、存储、补给和喷发等过程。揭示岩浆从起源到喷发过程中的结晶分异、堆晶、晶体-熔体分离、地壳混染、岩浆补给、晶粥活化等岩浆作用的细节是认识硅质火山岩浆系统演化的关键。锆石中Th、U、Ti、Hf和REE等微量元素的含量和系统变化反映了锆石结晶熔体的成分、温度、氧逸度和水含量等以及共生的矿物相特征,对示踪火山岩浆系统的演化过程具有重要研究意义。随着岩浆温度降低过程中结晶分异作用的进行,锆石微量元素呈现出Hf含量升高、Ti含量降低以及Th/U、Eu/Eu~*和Zr/Hf等比值降低的趋势,这些元素含量和比值可以作为岩浆分异演化程度的指标。成矿斑岩中的锆石一般具有高的Ce~(4+)/Ce~(3+)和Eu/Eu~*值,反映了岩浆具有高的氧逸度和水含量。火山岩锆石可能经历多阶段结晶过程,因而形成复杂的核-边结构特征,核部具有熔蚀现象,边部CL较亮并具有低的Hf、U和高的Ti含量以及Eu/Eu~*值等,反映了岩浆补给作用和晶粥活化过程。由于锆石颗粒比较微小,在晶体-熔体分离过程可能随提取的熔体进入喷发岩浆房,从而可以连续记录岩浆成分的变化,或者残留在晶粥中记录晶体-熔体的分离。锆石微量元素结合高精度年代学分析,可以精细制约火山岩浆系统的多阶段演化过程及其时间尺度。在锆石微量元素数据的解释和筛选过程中,需注意扇形分区、锆石褪晶化和其他矿物包裹体对分析结果的影响,并同时开展岩相学研究,结合锆石产状和共生矿物组合特征,为制约火山岩浆系统的演化过程提供可靠信息。     

岩石学混合计算在岩浆结晶分异作用研究中的应用——以云南白马寨镍矿区煌斑岩为例

公式CLi=F为岩浆结晶分异过程中的微量元素地球化学模型,但如何确定式中残余熔体的重量百分比(F)和熔体中分离出来的矿物相的总分配系数(Di)一直是个难题。本文介绍了一种直接计算出残余熔体比例(F)和岩浆结晶矿物比例(以此计算出Di)的方法———岩石学混合计算法的基本原理,以云南白马寨镍矿区煌斑岩为例,介绍了该方法在岩浆结晶分异作用研究中的应用。(Di-1)iC0,L     

不同成因锆石的微量元素特征研究进展

对近年来不同成因锆石(岩浆锆石、变质锆石和热液锆石)微量元素特征方面有关的研究进展进行了系统的总结和评述.锆石的微量元素特征能够反映主岩的成分演化,共生分离结晶相,混合以及熔融源区性质等诸多信息.对于岩浆锆石,其微量元素组成随岩浆分异演化系统地变化,从超镁铁质岩到花岗质岩,锆石微量元素含量总体上增长.幔源岩浆锆石微量元素含量低,稀土配分模式显示弱的Eu负异常或没有异常,重稀土部分相对平缓,而壳源岩浆锆石微量元素含量较幔源锆石高,稀土配分模式显示强烈的Ce正异常和Eu负异常.岩体中单一颗粒岩浆锆石和颗粒之间微量元素组成的变化也可以反映结晶出锆石的岩浆组成的演化.对于变质锆石,在进变质、退变质以及热峰条件等宽泛的温压条件下,通过原岩锆石的固态重结晶、溶解再结晶、含Zr矿物变质反应释放Zr进而成核结晶等机制形成,其内部生长结构复杂,微量元素特征可以反映生长机制、共生矿物和形成环境等信息.热液锆石形成有类似岩浆锆石的生长环带,流体包裹体、热液矿物包裹体的存在可以指示锆石确切的热液成因.热液锆石的微量元素组成能够反映不同的热液矿物组合以及流体组成的变化.     

不同成因锆石的微量元素特征研究进展

对近年来不同成因锆石(岩浆锆石、变质锆石和热液锆石)微量元素特征方面有关的研究进展进行了系统的总结和评述。锆石的微量元素特征能够反映主岩的成分演化,共生分离结晶相,混合以及熔融源区性质等诸多信息。对于岩浆锆石,其微量元素组成随岩浆分异演化系统地变化,从超镁铁质岩到花岗质岩,锆石微量元素含量总体上增长。幔源岩浆锆石微量元素含量低,稀土配分模式显示弱的Eu负异常或没有异常,重稀土部分相对平缓,而壳源岩浆锆石微量元素含量较幔源锆石高,稀土配分模式显示强烈的Ce正异常和Eu负异常。岩体中单一颗粒岩浆锆石和颗粒之间微量元素组成的变化也可以反映结晶出锆石的岩浆组成的演化。对于变质锆石,在进变质、退变质以及热峰条件等宽泛的温压条件下,通过原岩锆石的固态重结晶、溶解再结晶、含Zr矿物变质反应释放Zr进而成核结晶等机制形成,其内部生长结构复杂,微量元素特征可以反映生长机制、共生矿物和形成环境等信息。热液锆石形成有类似岩浆锆石的生长环带,流体包裹体、热液矿物包裹体的存在可以指示锆石确切的热液成因。热液锆石的微量元素组成能够反映不同的热液矿物组合以及流体组成的变化。     

磷在硅酸盐矿物与熔体之间分配系数的研究进展

硅酸盐矿物与熔体之间的磷分配系数对研究岩浆演化和结晶分异程度具有重要意义,也是了解地幔磷储库和建立地球各圈层间磷运移模式的基础。本文分析和总结了前人采用天然样品和合成实验样品研究不同硅酸盐矿物和熔体间的磷分配系数的成果,分析了不同物理化学参数对分配系数的影响,包括熔体组成(如Mg O、Al2O3含量)、矿物结构(分配系数与[Si O4]4-聚合度呈负相关关系)、温度、压力和氧逸度等,指出当前研究中有关更高压力条件(15 GPa)及有流体存在时分配系数的研究是不足的。     

闽西基性脉岩成岩方式的判别

地幔平衡部分熔融过程中，微量元素在原始岩浆中(熔体)和初始固相母体物质中(地幔)遵循以下关系：C^iL／C^oL=1／[D F(1-D)]；分离结晶成因的岩浆岩系，微量元素在残余岩浆中(C^iL)和母岩浆中(C^oL)遵循如下关系式：C^iL=C^iL*F^D-1。微量元素在部分熔融和分离结晶成岩方式中有独立的分布规律，因此利用微量元素对或比值的图解就可判别岩体(或脉岩)的成岩方式。选取微量元素Th-Yb、La-La／Yb、Th-Cr和Th-Ni图解对闽西基性脉岩成岩方式进行判别，发现闽西三个地区的基性脉岩均为地幔部分熔融作用所致，从而印证了闽西基性脉岩不是酸性岩浆演化的产物。     

用斑晶-包体法代替斑晶-基质法测定矿物元素的分配系数

测定矿物元素分配系数的方法之一是斑晶-基质法。通过进一步的分析研究,发现该方法有悖于分配定律,虽说斑晶和基质在空间上有紧密的联系,但斑晶是岩浆早期阶段的产物,即在岩浆库内就已品出,而基质则是由晚期残余粒间熔浆经过冷凝形成的,残余熔浆经过了较长时间的演化(包括结晶分异、熔离和去气作用等),因此它与早期斑晶并不处在同一个平衡体系。在许多火山岩、次火山岩斑晶(石英、长石)甚至副矿物(锆石)中可以见到大量岩浆包裹体,它们代表斑晶结晶时捕获的早期初始岩浆。有时我们甚至可以在同一个石英斑晶中既见到岩浆包裹体又见到锆石晶体,因此我们有充足的理由认为,斑晶与其捕获的初始岩浆     

成矿碳酸岩的实验岩石学研究现状与展望

火成碳酸岩及其风化产物是全球战略性关键金属稀土元素(REE)和铌(Nb)的主要来源。因此,对关键金属在火成碳酸岩中的超常富集机理研究具有重要的科学意义。研究表明成矿碳酸岩常常与碱性杂岩体存在密切的时空联系,因而母岩浆应属于碳酸盐化的硅酸盐岩浆,并以霞石岩岩浆为主。针对碳酸岩关键金属矿床的成岩成矿过程,已有实验发现母岩浆在地壳内的演化过程中,既可以通过分离结晶作用,也可以通过液态不混溶作用形成碳酸岩。然而,更加接近自然样品的多组分体系的实验均表明液态不混溶作用总是先于碳酸盐矿物分离结晶作用。因此,液态不混溶作用对关键金属成矿过程有着不可忽视的作用。尽管如此,已有不混溶实验表明当碳酸盐熔体和硅酸盐熔体发生不混溶之后,关键金属REE与Nb总是优先分配到硅酸盐熔体(碱性岩)中,但是在成矿杂岩体中,REE与Nb是高度富集在碳酸岩中。虽然不混溶实验表明REE与Nb在碳酸盐-硅酸盐熔体中的分配系数与含水量有关,即与熔体的聚合程度有关,但是绝大部分成矿碳酸岩成矿过程一般并不富水,所以碳酸岩中REE和Nb等关键金属元素超常富集的机理并不明确。因此未来的研究应重点关注在碳酸岩演化的过程中,除了水以外,其他配体对于关键金属元素在不混溶硅酸盐-碳酸盐熔体之间分配系数是否有影响,从而找到控制碳酸岩中关键金属成矿的关键。     

岩浆分异过程的证据:锆石微量元素——以湘南三叠纪王仙岭花岗岩体研究为例

本文以锆石微量元素为着眼点,结合野外勘查和锆石U-Pb测年及Nd—Hf同位素分析,精细研究南岭地区三叠纪王仙岭复式岩体的分离结晶过程。岩体主体部分的粗粒电气石白云母花岗岩(237.8±3.5 Ma)、二云母花岗岩(236.6±5.0 Ma)、强蚀变电气石花岗岩(238.5±3.5 Ma)侵位时代一致,同属于晚三叠世岩浆活动的产物;对应的ε_(Hf)(t)值分别为-11.8～-7.8、-17.8～-7.4、-16.1～-6.3,ε_(Nd)(t)值分别为-9.9～-11.1、-10.8～-11.1、-9.2～-10.8;相近的ε_(Hf)(t)和ε_(Nd)(t)值说明这些岩浆岩来自同一源区的同一期岩浆事件。三叠纪花岗岩中电气石白云母花岗岩锆石Ce/Sm和Yb/Gd值同时增加的变化趋势以及低的P和Y含量指示存在磷灰石等富MREE和P、Y矿物的分离结晶。另一方面,二云母花岗岩相对亏损LREE和Th,指示锆石结晶之前熔体经历了褐帘石/独居石的分离结晶,而较高的P含量进一步确定了是褐帘石而非富P相独居石的分离结晶;其Nb、Ta含量低、Eu负异常更显著,说明受到金红石和斜长石的分离结晶的影响。电气石白云母花岗岩和二云母花岗岩虽然同期同源,但锆石微量元素变化精细的刻画出岩浆分离结晶过程的差别。本研究表明岩浆岩副矿物地球化学分析是揭示岩浆结晶过程的有效手段。     

峨眉山大火成岩省二滩高钛玄武岩和白马层状岩体中单斜辉石的成分特征及其成因指示

本文通过研究峨眉山大火成岩省白马层状岩体和二滩高钛玄武岩中单斜辉石的主量和微量元素组成,反演与单斜辉石平衡的熔体成分,以查明层状岩体和高钛玄武岩之间的成因联系。结果显示,不同岩石中单斜辉石的稀土配分型式基本相似,在微量元素配分图解中均表现出Sr、Zr、Hf、Ti、Zn、Co和Ni负异常。二滩高钛玄武岩中单斜辉石斑晶环带核部的成分与高钛苦橄岩中单斜辉石斑晶的成分类似。模拟结果显示,白马岩体中与单斜辉石平衡的熔体成分与峨眉山高钛玄武岩成分类似,单斜辉石的Zr-Hf负异常与Zr和Hf在单斜辉石和熔体之间的分配系数较低有关。因此,高钛玄武岩和白马岩体分别代表深部岩浆房高钛苦橄质岩浆经分离结晶作用产生的高钛玄武质岩浆的喷出和侵入产物。     

基于机器学习的锆石成因分类研究

锆石是在自然界中多种温压条件下能够稳定保存,并记录原岩年龄信息的副矿物。锆石微量元素能完整记录地质演化过程信息。通过微量元素分析锆石成因的研究已久,通常利用Th-U图解和La_N-(Sm/La)_N图解等二元图解对锆石进行分类研究。然而,随着锆石研究的深入,以及二元图解无法呈现数据高维度信息的局限性,传统图解已经不能满足对锆石类型进行准确判别,且对已知类型的锆石出现判定偏差。因此,本文将地质大数据与机器学习相结合,训练出高维度锆石成因分类器。文中收集了3 498条不同成因类型的锆石微量元素数据,并通过测试和运用随机森林、支持向量机、人工神经网络和k近邻等4种机器学习算法,最终得出准确率为86.8%的线性支持向量机锆石成因分类器,用于锆石类型的判定与预测。这项工作为锆石分类研究提供了更高维度的判别手段,极大提高了微量元素分析成因结果的精度。将锆石微量元素数据与机器学习方法相结合,是大数据分析与机器学习技术在地球化学研究中的积极探索。     

基于大数据的元素协变图自动绘制软件的设计与实现

元素协变图作为研究地球化学元素之间相关关系的重要方法之一,直观的显示出元素在岩浆演化过程中的变化趋势。但现有元素协变图在处理和分析地球化学大数据时,无法体现不同演化阶段元素地球化学行为的差异性,难以揭示大数据背景下地球化学元素之间的相关关系,限制了地球化学大数据的进一步分析和应用。为适应面向岩石地球化学大数据的元素协变图的处理需求,文章参考穷竭法处理思路,采用区间线性拟合方法,开发一款适用于岩石地球化学大数据的元素协变图自动绘制软件——EBME。利用该软件,作者对从GEOROC数据库中收集整合的20多万条地球化学数据进行了不同构造背景下元素协变图的自动绘制。结果表明,该软件能够快速对岩石地球化学大数据集拟合趋势线并生成元素协变图,直观、清晰地揭示元素在岩浆演化不同阶段和不同构造背景下的地球化学行为特征,为揭示地球化学元素的演化规律提供了有效帮助。     

小兴安岭北麓高松山金矿床赋矿围岩锆石U-Pb年代学、地球化学、岩石成因及其地质意义

在矿床地质特征研究的基础上,对高松山金矿床赋矿围岩中代表性的粗安岩进行了锆石U-Pb同位素年龄测定和元素地球化学成分分析;实验结果揭示:(1)获得6组单颗粒锆石年龄,第一组为2 422~2 683 Ma,为残留锆石年龄;第二、三、四和五组分别为606~943 Ma、428~437 Ma、281~303 Ma和169~221 Ma,为捕获锆石年龄;第六组为121~129 Ma,代表火山作用过程形成的锆石年龄;(2)主量元素地球化学特征揭示该套火山岩为高钾钙碱性-钾玄岩系列岩石;(3)微量元素和REE指示岩石明显富集Rb、Ba、K等大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(LREE),亏损Nb、Ta和Ti等高场强元素(HFSE)和重稀土元素(HREE)。结合相关成果,初步厘定该区可能存在古元古代—新太古代结晶基底或碎屑物,该期火山作用在古太平洋板块俯冲引发的岩石圈伸展和减薄环境下富集地幔部分熔融、岩浆上侵、喷发作用形成,岩浆在上升演化过程中受到早侏罗世中酸性侵入岩的混染,该次岩浆活动与东北地区早白垩世早期大规模火山喷发岩浆事件相吻合。     

Magmatic-to-hydrothermal crystallization in the W–Sn mineralized Mole Granite (NSW, Australia): Part II: Evolving zircon and thorite trace element chemistry

The Sn–W mineralized Mole Granite in Eastern Australia hosts zircon populations that crystallized at several stages during a protracted magmatic to hydrothermal evolution. Thirty-four elements have been quantified by laser-ablation inductively-coupled-plasma mass-spectrometric microanalysis with the aim of relating the chemistry of zircon to its growth environment. Trace element contents are highly variable for all textural occurrences. Zircon inclusions in earliest quartz phenocryst suggest that zircon was a liquidus phase that crystallized probably deep in the crust. Trace element contents are conspicuously high, showing only a slight positive Ce anomaly but a pronounced negative Eu-anomaly. Successive crystallization stages of magmatic zircon are characterized by progressive depletion in trace element contents, notably the rare earth elements, with an increasingly important positive Ce-anomaly. This evolution reflects saturation of REE accepting minerals such as monazite, thorite, xenotime and possibly apatite and is affected little by the exsolution of a magmatic–hydrothermal fluid. Zircon that is interpreted to have precipitated from aqueous fluids in Sn–W-bearing quartz veins shows REE patterns indistinguishable from those of late magmatic zircon. When combined with experimental evidence on the fluid–melt partitioning of REE, it indicates that the REE distribution coefficients for zircon/melt and zircon/fluid are largely comparable.

The second example of hydrothermal zircon crystallized some 2 My after the host granite. These crystals reveal an intragranular zonation of increasing trace element concentrations from core to rim. Therefore, REE abundances and patterns alone are not conclusive indicators of the geological environment in which zircon crystallized. Nevertheless, variations in trace element contents of zircon that relate to the chemistry of the melt or fluid from which zircon crystallized, as measured in cogenetic melt and fluid inclusions, are promising for future petrogenetic modeling.

Lead and Cs are strongly incompatible in hydrothermal zircon, with estimated zircon–fluid distribution coefficients D ≤ 0.001, while Sn and Li are moderately incompatible, D_Sn  0.6 and D_Li  0.1, and Ce is compatible, D_Ce  14. Moreover, hydrothermal zircon has a more pronounced negative Eu-anomaly and higher Ta/Nb and U/Th ratios than the magmatic zircons of the Mole Granite.     

西藏冲尼中二叠世岛弧玄武岩发现及意义

最近,在西藏直孔地区冲尼村附近识别出一套二叠纪岛弧玄武岩.本文报道了其岩相学、全岩地球化学及锆石U-Pb年代学数据,探讨了其岩石成因和构造背景.锆石U-Pb年代学和全岩地球化学分析显示, 玄武岩浆结晶年龄为270.8±2.1 Ma,时代属中二叠世;全岩地球化学分析表明：冲尼玄武岩为钙碱性系列,轻稀土元素(LREE)富集,重稀土元素(HREE)相对亏损,无Eu异常,微量元素蛛网图显示,冲尼玄武岩亏损高场强元素(HFSE),富集大离子亲石元素(LILE)。综合区域地质调查研究成果,中二叠世冲尼岛弧玄武岩形成于直孔-松多古特提斯洋向北俯冲消减的构造背景下,由俯冲板片之上经流体交代的地幔楔部分熔融形成。     

滇西北金沙江结合带各磨茸中酸性岩体多元地球化学示踪

应用常量元素、微量元素对岩浆岩进行构造环境、成因及岩源示踪时 ,首先必须在宏观区域地质、地球化学调查基础上 ,结合当时所形成的各类地质体岩石类型组合来恢复 ,它是宏观构造环境判别的基础 .其次 ,由于构造环境时空复杂性 ,需采用“两结合”的研究方法 ,一是多元地球化学信息示踪 ;二是不同岩类的时空配套 .第三 ,在选择判别图解时 ,需弄清前人图解的应用前提、适用范围和条件 ,以正确投点 .在此思想指导下 ,侧重对滇西北金沙江结合带各磨茸中酸性岩体进行了常量、微量元素的多元地球化学示踪 ,获得了较好的效果     

地幔矿物与水流体之间元素分配系数的研究及意义

流体是地球内部物质和能量迁移最为活跃的介质，它在造成地幔化学的富集和亏损，产生具有不同地球化学特征的幔源岩浆岩石，以及促进壳幔物质的再循环过程等诸多方面都起了重大作用，高温高压下实验模拟流体与地幔岩石和矿物之间痕量元素分配作用是揭示地幔流体的组成与性质，地幔中不同元素类型之间或内部的分异作用，地幔交代介质的类型与特征，岛孤玄武岩高场强元素亏损原因的一个重要的手段，并对近年来有关高温高压下流体与地幔矿物之间痕量元素分配作用的实验模拟研究进行了评述，分析了制约流体与地幔矿物之间痕量元素分配系数的因素，总结了这些研究的应用。     

西藏舍索矽卡岩型铜多金属矿床年代学与地球化学特征及意义

舍索矿床位于西藏申扎县北部,属班公湖-怒江成矿带中段,为小型矽卡岩型铜多金属矿床。本文在野外地质调查和室内岩矿鉴定基础上开展了锆石LA-ICP-MS U-Pb法测年、主量与微量元素测试、H-O、C、S和Pb同位素、流体包裹体拉曼光谱、包裹体温度与盐度分析。矿区成矿岩体花岗闪长岩年龄为116Ma, A/CNK值在1.0附近,A/NK值在1.62~1.88之间,为准铝质与过铝质的过渡类型。微量元素蛛网图中,富集大离子不相容元素Rb、Th、Pb、Ti,贫Nb。稀土配分模式属于右倾型,重稀土部分的曲线形态平缓,∑REE=89.89×10^-6~97.92×10^-6,∑LREE/∑HREE=7.47~9.31,δEu=0.75~0.89,具有不明显的负Eu异常。矿床形成于班公湖-怒江洋向南(即冈底斯地块)俯冲碰撞闭合之前的岛弧环境。石英包裹体流体主要为岩浆水。方解石的δ¹³C_V-PDB(‰)=-3.6~ -2.0;δ³⁴S_V-CDT(‰)=-10.3~2.7,以负值为主,出现-8.5‰与-3.5‰两个峰值,辉钼矿的δ³⁴S 出现较大的负值。花岗闪长岩的锶钕同位素显示其源区为幔源,在上升过程中受到下地壳物质的影响。包裹体均为气液两相包裹体,气相成分主要为CO₂,有少量的N₂与CH₄。气液比(%)为5~45,大小为3×6~33×20μm。测试的均一温度范围为130~290℃,主要介于180~260℃,盐度主要介于3%~6% NaCleqv和10%~18% NaCleqv,总体显示为低温低盐度特点。成矿物质由岩浆与地层共同提供。     

浙西开化地区流纹岩锆石U-Pb年代学、地球化学特征及其地质意义

浙西开化地区皖浙边界断裂带西侧浅变质岩系中发育了一套以流纹岩为主的酸性火山岩。两个流纹岩样品的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年分别给出了785±5 Ma和781±10 Ma的结果,显示为南华裂谷期的产物。岩石地球化学分析显示:该流纹岩富硅偏碱,铝饱和指数A/CNK大于1.11,显示过铝质特点;稀土元素总量高,相对富集轻稀土元素,具中等Eu负异常;相对富集Rb、Th、U、Pb等强不相容元素,而相对亏损亲石元素Ba、Sr、Nb、Ta,Zr含量较高。与壳源花岗质岩浆的地球化学特征相似。在微量元素构造判别图中显示为板内火山岩。结合地质背景分析,认为其形成于大陆裂谷环境,可能与华南地幔柱活动有关。