地壳内的岩浆动力学过程及其资源与环境效应SCIEI北大核心CSCD

岩浆是将地球内部物质传送到表层系统的主要载体,并造成显著的资源聚集和环境效应。岩浆动力学是研究岩浆的迁移、储存、演化、就位以及喷发过程,侧重物理机制。这些岩浆过程主要发生在岩浆通道系统中,包括岩浆储库和岩浆管道。本文对目前国际岩浆动力学领域一些热点和前沿进行了介绍,这包括从岩浆房到岩浆储库概念的转变、岩浆储库的生长和动力学演化过程、岩浆过程的时间尺度以及岩浆中晶体的生长。然后阐述了岩浆中挥发分的种类和溶解度、获取天然岩浆挥发分含量的方法、一些典型镁铁质岩浆中的挥发分含量、岩浆去气的化学和物理机制,并简要梳理了热液金属矿床的形成过程和岩浆挥发分进入地表圈层系统引发的环境气候效应。最后列举了一些岩浆动力学有关的重要科学问题并建议了进一步的研究方向。     

富硅质岩浆爆发与溢流喷出形式间的转换

富水的富硅质岩浆可以爆发形成巨大的火山灰柱，或作为粘性的泡沫状岩浆溢流形成熔岩穹丘。常常能见到爆发和溢流的复杂旋回，尽管这两种喷出机制是各自独立提出来的，但并不知道在什么条件下显示哪 一种特定的喷出形式，对这两种形式之间的转换也缺乏了解。     

硅质岩浆系统的晶粥活化作用及其岩石学记录

硅质岩浆系统近年来取得的重要研究进展是构建了由晶粥组成的地壳尺度岩浆系统模型,为理解岩浆储存和演化过程,以及大陆地壳的形成与分异提供了新视角。本文系统总结了晶粥活化在硅质岩浆系统中的作用和研究意义,指出晶粥活化是富晶体火山岩浆喷发前的关键步骤,同时晶粥活化促进了晶体-熔体分离和熔体的抽取,也是大规模贫晶体高硅流纹岩形成的重要机制,对理解火山岩和侵入岩成因联系以及活动火山喷发预测等均有重要意义。目前的研究显示,晶粥活化通常与高温偏基性岩浆补给有关,主要受控于热量和挥发分的输入,晶粥活化的时间尺度与其机制有关,但总体上很短,大约数年到数千年。富晶体火山岩、成分复杂的浆屑和浮岩碎屑、破火山内的复活侵入体,以及这些岩石中常见的富晶体包体、聚晶结构、堆晶结构、复杂的晶体群、矿物熔蚀结构和复杂成分环带等都记录了硅质岩浆系统中发生的晶粥活化过程。     

挥发份对高硅岩浆演化趋势的制约:以东南沿海白垩纪晚期花岗岩类岩石为例SCIEI北大核心CSCD

东南沿海分布大面积的白垩纪晚期侵入岩。这些岩石可分为两期:其中115~100Ma以钙碱性系列岩石为主,岩石组合为辉长岩-闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩-碱性长石花岗岩;而100~86Ma的岩石为碱性系列,岩石组合为石英二长斑岩-正长斑岩-碱性长石花岗岩。115~100Ma的辉长岩以角闪辉长岩为主,具有极高的CaO、MgO和Al_(2)O_(3)含量,具有极低的SiO_(2)(42.9%~53.8%)、全碱(K_(2)O+Na_(2)O:0.86%~5.28%)、Ba、Nb、Th、Rb和Zr含量,也具有极低的FeO^(T)/MgO、La/Yb和Zr/Hf比值,较高的Eu/Eu^(*)、Sr/Y比值和Sr含量,为基性-超基性堆晶岩。与辉长岩同期的闪长岩和细粒暗色包体具有较高的SiO_(2)(50.34%~63.68%),较低的CaO、P_(2)O_(5)、MgO、Al_(2)O_(3)含量,相对低的Eu/Eu^(*)和Sr/Y比值,变化较大的La/Yb和Zr/Hf比值,代表了从基性岩浆储库中抽取的富硅熔体。115~100Ma的花岗闪长岩和二长花岗岩类岩石为准铝质岩石,SiO_(2)含量变化较大(61.7%~75.3%),具有较低的FeO^(T)/MgO、Ga/Al比值和Nb、Zr及Nb+Zr+Ce+Y元素含量,显示出典型I型花岗岩的特征。这些花岗岩具有相对高的La/Yb、Eu/Eu^(*)和Zr/Hf比值和高的Sr、Ba和Zr含量。结合岩相学特征,这些花岗岩为堆晶花岗岩。而115~100Ma的碱性长石花岗岩具有极高的SiO_(2)含量(大于75%),低的Eu/Eu^(*)、La/Yb、Zr/Hf和Sr/Y比值,具有低的Ba、Sr和Zr含量和高的Rb、Nb、Y和Th含量和Rb/Sr比值,表明这些花岗岩是由富硅岩浆储库中抽离的高硅熔体侵入地壳形成。100~86Ma期间形成的二长斑岩和正长斑岩具有极高的全碱含量,可以达到8%~12%,其SiO_(2)主要集中在60%~70%,具有极高的Zr、Sr和Ba含量和Eu/Eu^(*)、La/Yb和Sr/Y比值,显示出堆晶花岗岩的特征。而100~86Ma期间形成的大部分碱性长石花岗岩具有极高的SiO_(2)含量(大于75%),并显示出A型花岗岩的特征,具有高的Rb/Sr比值和高的Rb、Y和Th和低的Ba、Sr含量和低的Zr/Hf、La/Yb、Eu/Eu^(*)和Sr/Y比值,表明它们是由富硅岩浆储库抽离的高硅熔体侵入浅部地壳形成。东南沿海高硅花岗岩的形成和穿地壳岩浆系统密切相关,高硅花岗岩是由浅部地壳内晶体-熔体分异产生的熔体侵入地壳所形成,而高硅花岗岩的地球化学特征与岩浆储库的水及挥发份含量密切相关。115~100Ma期间,从富水的岩浆储库抽离的熔体形成具有低高场强元素含量和低Rb/Sr比值的高硅花岗岩,这一过程与古太平洋板块俯冲有关;100~86Ma期间,从富挥发份的岩浆储库抽离的熔体形成碱性特征、富含高场强元素和具有高的Rb/Sr比值的高硅花岗岩,这一过程和古太平洋板块回撤软流圈上涌有关。     

超级火山喷发及其环境效应SCIEI北大核心CSCD

超级火山喷发可以在极短时间内剧烈改变区域地形地貌,引起全球性气候巨变,是人类赖以生存的地球宜居环境的严重威胁。因此,剖析地质历史上的超级火山喷发事件及其环境效应,将有助于我们预测和应对未来可能的超级火山喷发及其造成的自然灾难。本文从超级火山和超级喷发的定义入手,重点介绍超级火山喷发的固相和气相产物、如何鉴别地质历史上的超级火山喷发、以及超级火山喷发可能带来的环境和社会影响。由于最近一次超级火山喷发发生在2.6万年前的新西兰,人类文明并没有经历过超级火山喷发,科学家们主要通过二十世纪以来有记录的小型火山喷发、冰芯和年轮记录、火山-环境-气候模型等来推测、反演和模拟超级火山喷发对气候和环境的影响。已有的研究表明,超级火山喷发产生的碎屑熔岩流和岩浆房塌陷产生的破火山口给周边地区环境造成直接的摧毁;进入平流层的火山气体经过物理化学变化形成气溶胶,有效的反射和吸收太阳辐射,从而导致长达数年的区域甚至全球性的剧烈降温和降水减少。尽管科学家们已经做了很多数值模拟和推演,但超级火山喷发的影响仍然是难以估计的。特别是超级火山喷发发生的季节和地点会带来不同的火山-海洋-大气-植被耦合效应,导致不同规模的气候和环境变化,未来应当加强这方面的研究。     

月球岩浆洋演化的实验岩石学研究进展SCIEI北大核心CSCD

由于缺少直接来自月球深部的岩石样品,实验和计算模拟是认识早期月球演化过程的有效方法和手段。20世纪70年代以来,陆续开展了大量的实验岩石学和实验地球化学工作对月球岩浆洋(lunar magma ocean,LMO)演化模型进行验证和修正。但是,学界对LMO模型中的两个关键性参数,即初始物质组成和熔融深度,仍然存在不同的认识。根据月震和重力探测数据推测的平均月壳厚度的差异、月球样品含水量的研究以及新的遥感数据解译发现月表广泛分布富镁铝尖晶石(Cr#<5)等等,直接影响我们对月球初始物质组成和LMO深度以及月球深部高压矿物相的评估。本文通过整理高温高压实验岩石学和实验地球化学在研究LMO演化方面的一系列研究成果,主要聚焦以下几个科学问题:(1)月球初始物质组成中的难熔元素和挥发分含量,以及LMO深度对月壳厚度、结晶矿物的种类及含量有着决定性的影响;(2)高压矿物相石榴子石在月球深部稳定存在的可能性及其对残余岩浆中微量元素的分配行为的制约;(3)特殊类型的月球样品(包括火山玻璃、镁质岩套等)的成因机制对月球深部物质组成具有指示意义;(4)月核的不同物质组成对LMO模型的初始成分含量,特别是微量元素的限定作用。我们以最新的观测数据和月球样品的分析结果为依据,对已有的LMO演化模型进行重新评估,提出月球深部含有石榴子石的LMO演化模型的可能性,并对该方向亟需开展的工作进行探讨。     

中国阿尔泰早泥盆世花岗岩的成因、演化及稀有金属富集机制SCIEI北大核心CSCD

大陆地壳中稀有金属元素的富集机制与花岗岩的成因和演化密切相关。阿尔泰造山带位于中国、蒙古、哈萨克斯坦和俄罗斯的交界处,是中亚造山带的典型地区。阿尔泰造山带是世界著名的稀有金属成矿大省,是多种(如:Li、Be、Nb、Ta和W等)稀有金属矿床的重要产区。中国阿尔泰是阿尔泰造山带在中国境内的部分,在古生代至早三叠世期间经历了强烈的地壳改造,其中泥盆纪是地壳改造最强烈的时期,形成了巨量的S型花岗质岩。本文研究了其中3个早泥盆世花岗岩体,这3个岩体形成于同一时期,而且具有一致的源区、不同程度的演化以及稀有金属富集。通过开展岩相学、锆石年代学和微量元素以及全岩地球化学研究,本文探讨了中国阿尔泰库卫、小喀拉苏和也留曼花岗岩体的成因和演化及其对部分稀有金属元素(Nb、Ta、W和Sn)富集的影响。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明,库卫、小喀拉苏和也留曼花岗岩体分别形成于403±3Ma、399±2Ma/404±3Ma和404±3Ma。这些花岗岩虽然具有不同的硅(SiO_(2)=71.5%~78.5%)、钾(K_(2)O=1.01%~5.96%)含量,但都呈现过铝质(A/CNK=1.01~1.65)且低氧逸度的特征(Ln(fO_(2))=-23~-8)。在微量元素组成上,它们均富集Rb、Th、Pb和Hf,强烈亏损P、Ti、Ba和Sr。库卫、小喀拉苏和也留曼岩体中的花岗岩稀有金属(Be、Nb、Ta、W和Sn)显示了不同程度的富集(Be:1.07×10^(-6)~66.8×10^(-6);Nb:5.8×10^(-6)~73.3×10^(-6);Ta:0.29×10^(-6)~115×10^(-6);W:0.1×10^(-6)~31.9×10^(-6);Sn:1.4×10^(-6)~28.5×10^(-6))。同位素特征上,这3个花岗岩体具有相似的(^(86)Sr/^(87)Sr)_(i)为0.7056~0.7111,且其ε_(Nd)(t)值为-1.9~+0.3,处于中国阿尔泰哈巴河群的ε_(Nd)(t)值范围内(-5.3~+9.1),表明其可能起源于哈巴河群的部分熔融。这些花岗岩虽来自相同的源区但经历了不同的演化,形成不同的稀有金属富集特征。高演化和热液活动使部分库卫二云母花岗岩和小喀拉苏白云母花岗岩中的稀有金属含量显著提高,但由于黑云母等富稀有金属矿物的大量结晶,使得也留曼白云母花岗岩中稀有金属含量的明显低于大陆地壳水平。虽然这些泥盆纪花岗岩未能形成显著的稀有金属矿化,但它们对稀有金属的初步富集为后续地壳改造中进一步富集成矿奠定了坚实的基础。     

锡矿床研究现状及发展趋势SCIEI北大核心CSCD

锡矿属于世界各国所列出的关键矿产,其成因通常是与高分异、还原性、来自于上地壳变泥质沉积岩重熔形成的钛铁矿系列花岗质岩石有关。在复式岩体中往往出现在最晚阶段岩体的内外接触带。其成矿环境包括大陆碰撞环境、俯冲环境、后俯冲环境和大陆内部裂谷环境,局部可见弧后地区锡矿带与活动大陆边缘斑岩铜矿带平行分布(例如,南美、我国东南沿海和缅甸中东部)。近年来,随着锡石、黑钨矿和白钨矿等以及其它副矿物U-Pb测年技术的发展,不断地助推深化了区域成矿规律认识。LA-ICP-MS原位单个流体/熔体包裹体成分分析、阴极发光显微成像技术、锡石fs-LA-MC-ICP-MS原位锡同位素和SIMS原位氧同位素等技术的开发和应用,极大地提升了锡矿成矿机制的研究程度,并在厘定花岗岩体内外接触带的锡矿与外围铅锌银矿的成因联系,揭示成矿系统的形成过程中发挥了重要作用。文中指出锡成矿作用研究中存在的五个值得探索的科学问题,提出矿床学研究务必服务找矿勘查,提高找矿效率。     

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102～104 km3)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...     

腾冲地块晚白垩世-古近纪富锡花岗岩成因:岩浆源区及分异演化条件SCIEI北大核心CSCD

腾冲地块锡成矿作用主要与晚白垩世-古近纪岩浆活动相关,但仅矿区花岗岩体具有较高的锡含量(平均25×10^(-6)),区域上同时代的非成矿花岗岩体并未发生锡的富集。本文通过搜集分析现有研究数据,总结了富锡成矿岩体和区域非成矿岩体在岩浆源区、演化条件和结晶分异程度的异同:区域非成矿岩体锆石ε_(Hf)(t)值(-15.1~+3.39)表明,自东北向西南幔源物质加入有升高的趋势,但区域玄武岩中低含量的Sn(1.61×10^(-6))表明幔源物质混入不利于岩浆中锡的富集。晚白垩世部分非成矿岩体与成矿岩体具有相同ε_(Hf)(t)(-9.7)值,表明其皆源于古老地壳物质的部分熔融,但岩体均表现为准铝质-弱过铝质特征,且锆石Hf同位素(t_(DM2)=1724Ma)和全岩Nd同位素(t_(DM2)=1836Ma)二阶段模式年龄基本一致,因此其源区可能并非富锡的高黎贡山群变质沉积岩,而可能是其中未经风化的变质花岗岩。根据腾冲地块地层厚度(28km)和莫霍面深度(47~35km)推断岩浆源区至少位于地下30km(8.4kbar),由于仅靠地温梯度(25℃/km)无法达到初始熔融温度(>1066℃),源区部分熔融过程很可能受地幔热的影响。根据Fe_(2)O_(3)/FeO比值,非成矿岩体(0.59)与成矿岩体(0.48)均具有较低的氧逸度,属钛铁矿系列,但成矿岩体的结晶分异程度明显高于非成矿岩体,且成矿岩体富含挥发分,高含量的挥发分降低了岩浆固结温度(650~550℃),延长了结晶分异时间,促进了锡在晚期岩浆中的富集。因此腾冲地块富锡花岗岩主要是普通岩浆在低氧逸度环境下发生高度结晶分异的结果。     

浙东晚白垩世酸性岩浆的自混合作用及其意义

岩浆混合作用是造成火成岩多样性的主要原因之一,也是诱发火山喷发的重要机制。以往的研究多集中于基性和酸性岩浆之间的混合作用,但近年来酸性岩浆之间的混合作用受到越来越多的关注和研究。本文报道了浙东小雄破火山一个次级火山口内粗面质和流纹质两种酸性岩浆之间的混合现象。野外调查及岩相学研究显示,粗面质岩浆多呈大小不一的条带状以及透镜体状分布于流纹质岩浆内,局部发生扩散,粗面岩中斑晶大多为粗大的正长石斑晶,强烈熔蚀且聚斑结构普遍;在副矿物聚晶(由钛磁铁矿+磷灰石+锆石组成)的周围常可见反应边结构。流纹岩的斑晶主要由正长石、透长石及石英组成,晶体粒径较小,且熔蚀现象不发育。全岩主、微量元素特征及其他地质证据均显示,两种酸性岩浆之间以机械混合为主,其地球化学成分变化趋势主要受结晶分异过程控制。粗面质及流纹质岩浆在矿物组成、结构等方面的差异表明两者来源于同一层状岩浆房内的不同部位,其中粗面质岩浆应代表岩浆房底部及边部富晶体、贫熔体的粥状层部分(正长石+磁钛铁矿+锆石+磷灰石);而分异程度较高的流纹质岩浆则聚集于岩浆房上部形成富熔体、贫晶体的部分。两种酸性岩浆的混合现象是它们在地壳浅部层状岩浆房内自混合的结果,这一过程可能受岩浆房底部基性岩浆的聚集作用所控制,当更热、更基性的岩浆聚集时,岩浆房下部晶粥区内的粗面质岩浆迅速升温、活化,从而向上运移并与上部富熔体贫晶体的流纹质岩浆发生自混合作用。这一发现为我们理解中国东南沿海地区晚中生代大规模酸性火山喷发及岩浆演化机制、岩浆房结构提供了重要的参考,同时也为认识地壳浅部岩浆房内岩浆之间的自混合作用提供了可靠的例证。     

岩浆储库的活化：以浙江西部马头石英二长岩为例

东南沿海地区发育大量早白垩世晚期到晚白垩世早期的碱性岩, 主要为石英正长岩和石英二长岩。然而, 这些岩石的成因一直都存在争议。为了明确这些岩石的成因, 本论文选择了浙江西部的马头岩体进行研究, 分析了其中石英二长岩全岩主微量元素组成和矿物相特征, 并结合锆石U-Pb年代学、锆石Hf同位素、锆石微量元素、磷灰石微量元素和斜长石电子探针等技术对其进行了详细研究。锆石U-Pb定年结果显示, 马头岩体形成于100±1Ma, 属于早白垩世晚期岩浆活动产物。野外观察发现, 马头岩体中发育大量的闪长质暗色包体。马头石英二长岩中的锆石ε_Hf(t)(-10.4~-0.4)变化极大, 表明其是由古老陆壳来源的酸性岩浆与地幔来源基性岩浆混合所形成。马头岩体中的锆石结构十分复杂, 在CL图像上普遍显示出黑色的核部、白色的幔部以及黑色的边部。最早期的黑色锆石核部具有相对高的Th、U、Hf含量, 变化较大的Eu/Eu^*(0.5~0)、Zr/Hf (40~70)和Th/U比值、Ti含量, 表明它们结晶自地壳中的演化程度较高的低温且结晶度较高的硅质岩浆储库。白色的幔部锆石具有低的Th、U、Hf含量, Eu/Eu^*比值相对较高(0.15~0.37), 表明由于基性岩浆的注入导致先存岩浆储库发生活化和熔融, 使得岩浆储库内温度升高且熔体比例增加, 而随着矿物进一步结晶, 晶体间隙之中的熔体演化程度升高, 其中结晶了最晚期的具有高U和Hf含量、低Eu/Eu^*和Zr/Hf的黑色锆石边部。斜长石电子探针数据表明, 随着斜长石斑晶的结晶, 岩浆储库经历了晶体-熔体分离过程, 导致活化后储库内的熔体从富钙向富钠演化, 最终结晶形成了细粒状的石英和钠长石。石英二长岩中的磷灰石具有较低的Sr含量(113×10^-6~417×10^-6), 较高的U、Y、轻稀土和较低的重稀土含量, 表明先存岩浆储库在经历活化之后, 也经历了斜长石、榍石和磷灰石等矿物的分离结晶。锆石记录了岩浆储库的活化和熔融过程, 而斜长石和磷灰石等矿物仅记录了岩浆储库活化后的晶体-熔体分离和熔体抽离过程。因此, 马头石英二长岩表明其代表岩浆储库活化后经历了熔体抽离的残余岩浆储库, 与之同时形成的高硅流纹岩(或高硅花岗岩)是从岩浆储库中抽离出的富硅熔体。最后, 我们研究表明岩浆储库在大部分时间内处于低温、低熔体比例的状态, 基性岩浆的注入使得先存岩浆储库经历了活化和熔融, 这是浅部地壳岩浆储库能再次经历晶体-熔体分离和火山喷发的关键因素。

     

Geochemistry of silicic magmas in the Macolod Corridor, SW Luzon, Philippines: evidence of distinct, mantle-derived, crustal sources for silicic magmas

Silicic volcanic deposits (>65 wt% SiO₂), which occur as domes, lavas and pyroclastic deposits, are relatively abundant in the Macolod Corridor, SW Luzon, Philippines. At Makiling stratovolcano, silicic domes occur along the margins of the volcano and are chemically similar to the silicic lavas that comprise part of the volcano. Pyroclastic flows are associated with the Laguna de Bay Caldera and these are chemically distinct from the domes and lavas at Makiling stratovolcano. As a whole, samples from the Laguna de Bay Caldera contain lower concentrations of MgO and higher concentrations of Fe₂O_3(t) than the samples from domes and lavas. The Laguna de Bay samples are more enriched in incompatible trace elements. The silicic rocks from the domes, Makiling Volcano and Laguna de Bay Caldera all contain high alkalis and high K₂O/Na₂O ratios. Melting experiments of primitive basalts and andesites demonstrate that it is difficult to produce high K₂O/Na₂O silicic magmas by fractional crystallization or partial melting of a low K₂O/Na₂O source. However, recent melting experiments (Sisson et al., Contrib Mineral Petrol 148:635–661, 2005) demonstrate that extreme fractional crystallization or partial melting of K-rich basalts can produce these silicic magmas. Our model for the generation of the silicic magmas in the Macolod Corridor requires partial melting of mantle-derived, evolved, moderate to K-rich, crystallized calc-alkaline magmas that ponded and crystallized in the mid-crust. Major and trace element variations, along with oxygen isotopes and ages of the deposits, are consistent with this model. Electronic Supplementary Material Supplementary material is available for this article at     

岩浆补给作用对硅质火山岩浆系统演化的制约

硅质火山喷发作为大陆地壳岩浆活动的重要表现，在研究大陆地壳形成与演化、探讨岩浆过程与动力学机制等方面具有重要的价值，其通常所表现的强烈爆炸式喷发，甚至可以导致全球性的环境和气候变迁。硅质岩浆系统在开放体系中不同来源岩浆的贡献和相互作用是目前研究的热点问题。持续的岩浆补给可以延长岩浆存储的时间，促进岩浆房的对流、岩浆的分异演化以及晶体 熔体的分离和晶粥的再活化，同时也是触发火山喷发的重要机制之一。此外，岩浆补给以及硅质岩浆的晶体 熔体演化过程也是火山喷发产物多样性的原因，导致同一火山在其活动过程中喷发产物规律性的变化，如富晶体火山岩、贫晶体火山岩、火山岩成分分层、以及复活岩穹和中央侵入体等。因此，岩浆补给作用是制约硅质火山岩浆系统演化和火山岩成分多样性的重要因素，也是活动火山监测和灾害评估的重要依据。岩石学、岩石地球化学、矿物(长石、石英、石榴子石、锆石等)同位素及成分变化，以及模拟实验、地震层析成像等研究为揭示硅质岩浆系统中的岩浆补给作用和复杂岩浆过程提供了多种视角。     

Crustal thermal state and origin of silicic magma in Iceland: the case of Torfajökull,Ljósufjöll and Snæfellsjökull volcanoes

Pleistocene and Holocene peralkaline rhyolites from Torfajökull (South Iceland Volcanic Zone) and Ljósufjöll central volcanoes and trachytes from Snæfellsjökull (Snæfellsnes Volcanic Zone) allow the assessment of the mechanism for silicic magma genesis as a function of geographical location and crustal geothermal gradient. The low δ¹⁸O (2.4‰) and low Sr concentration (12.2 ppm) measured in Torfajökull rhyolites are best explained by partial melting of hydrated metabasaltic crust followed by major fractionation of feldspar. In contrast, very high ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (0.70473) and low Ba (8.7 ppm) and Sr (1.2 ppm) concentrations measured in Ljósufjöll silicic lavas are best explained by fractional crystallisation and subsequent ⁸⁷Rb decay. Snæfellsjökull trachytes are also generated by fractional crystallisation, with less than 10% crustal assimilation, as inferred from their δ¹⁸O. The fact that silicic magmas within, or close to, the rift zone are principally generated by crustal melting whereas those from off-rift zones are better explained by fractional crystallisation clearly illustrates the controlling influence of the thermal state of the crust on silicic magma genesis in Iceland.     

赣-杭带早白垩世A型花岗岩成因: 浅部地壳岩浆储库活化的产物

A型花岗岩是一类特殊的花岗岩,其独特的矿物学和地球化学特征使其有别于与俯冲作用相关的钙碱性花岗岩。虽然前人的研究已经提出了多种A型花岗岩成因模型,但是它的成因仍然存在很大争议。本文总结了赣-杭带早白垩世火山-侵入杂岩、A型花岗岩及相关花岗岩类岩石的数据（年代学、地球化学、同位素）,试图通过建立火山岩与侵入岩之间的成因联系,从而限定这些A型花岗岩的成因。对于硅质火山-侵入杂岩（例如相山火山-侵入杂岩）,我们的研究表明硅质火山岩较硅质侵入岩具有更高的分异程度。硅质火山岩代表了从岩浆储库中抽离的高硅熔体,硅质侵入岩代表了岩浆储库中的残余堆晶。对于赣-杭带早白垩世A型花岗岩及相关岩石,本文根据岩石结构,将其划分为斑状-似斑状花岗岩和等粒花岗岩。岩相学及地球化学的数据表明,两类花岗岩均由来源于古老地壳物质与地幔来源基性岩浆混合所形成。而且二类花岗岩具有相似的形成时代、相似的矿物组成及类似的Sr-Nd-Hf同位素组成和连续的主微量元素变化趋势,这些特征表明它们的原始岩浆来自于同一岩浆储库,而它们岩石特征的差别是由岩浆储库内的晶体-熔体分异所主导。斑状-似斑状花岗岩以低SiO₂含量和Rb/Sr比值,高Sr、Ba含量和Eu/Eu^*值为特征,代表残余的岩浆储库;等粒花岗岩具有A型花岗岩特征,并且具有极高的SiO₂含量和Rb/Sr比值,极低的Sr、Ba含量以及Eu/Eu^*比值,表明它们是从岩浆储库中抽离至浅部地壳的高硅熔体。斑状-似斑状花岗岩中广泛发育暗色包体,而且等粒花岗岩中广泛发育晶洞构造,这些特征表明,幔源基性岩浆的注入和粒间熔体中挥发份的出溶作用导致先前存在的岩浆储库活化,使得高硅熔体抽离岩浆储库并向上迁移,到达地壳浅部后形成了具有A型花岗岩特征的等粒花岗岩,而残余堆晶在岩浆储库底部结晶形成了斑状-似斑状花岗岩。我们的研究表明,A型花岗岩可以通过浅部岩浆储库内晶体-熔体分离形成。

     

滇西腾冲中更新世英安质岩浆的爆发机制

本文对腾冲马站钻孔的中酸性火山岩进行了岩相学、锆石SIMS U-Pb年代学及地球化学研究,确定其岩石类型、形成时代及岩浆喷发前的岩浆状态,从而揭示腾冲火山喷发机制。根据矿物组成将腾冲钻孔的中酸性火山岩分为两层:上层灰白色角闪熔岩(矿物组合:单斜辉石+斜方辉石+角闪石+黑云母+斜长石+钾长石+钛磁铁矿+磁铁矿+石英);下层黑色辉石熔岩(矿物组合:单斜辉石+斜方辉石+斜长石+钛磁铁矿+磁铁矿)。腾冲钻孔中酸性火山岩的锆石均呈半自形-自形,振荡环带明显,为岩浆成因。测年结果表明,灰白色角闪熔岩的结晶年龄为0.7Ma,黑色辉石熔岩中最年轻的锆石为0.6Ma;结合上覆中更新世粗面岩,我们推断其喷发时代为中更新世。地球化学显示角闪熔岩和辉石熔岩都为高钾钙碱性英安岩。相似的全岩和斑晶核部的地化特征,指示角闪英安岩和辉石英安岩来自同一个岩浆房。综合斑晶的地化特征及平衡结晶的温压条件,我们认为早期的岩浆房经历一次基性岩浆补给事件,导致火山爆发产生黑色辉石英安岩,后期岩浆房又经历一次酸性岩浆补给事件,导致火山爆发产生灰白色角闪英安岩。两次岩浆补给事件是导致火山爆发的直接原因。     

席状岩浆房中的岩浆冷却及动力稳定性

关于岩浆房中岩浆的结晶分异方式一直存在着争议,其基本矛盾在于对岩浆冷却历史及热不稳定性可能引起的对流形式的理解各不相同。本文在充分考虑席状岩浆房的基本物理特征的基础上,建立了稳定岩浆体系的动态冷却模型,并以攀枝花层状岩体为例,计算了相应的温度场、密度场及粘度场。同时,提出了一种基于能量守恒的、对热不稳定性进行分析的新方法。计算了热不稳定性可能引起的对流强度、对流区域及对流时间,并深入讨论了在一定的热不稳定状态下,不同的岩浆屈服强度对对流特征参量的影响。结果表明,在该岩体的整个固化过程中,如果曾发生过自发对流,其对流也是极微弱而短暂的,不会影响中下部岩浆房中岩浆的固化和结晶。这一结论与对该岩体的实际观察相符。