气体混合炉中氧逸度控制北大核心CSCD

氧逸度是影响地质体系性质的物理化学变量之一。实验岩石学中常利用氧逸度可控的气体混合炉进行设定氧逸度下的实验。常用的混合气体组合包括CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系。然而,混合气体配比涉及到的较复杂的热力学计算以及老旧的热力学数据阻碍了该项技术在实验岩石学中的应用。本文根据新的物理化学数据,对不同混合气体体系(如CO_2-CO,CO_2-H_2和H_2-H_2O)温度-氧逸度-气体混合比例关系进行了重新计算和评估。另外,还计算了O_2-惰性气体、CO_2-O_2和H_2O-O_2体系,弥补了前人CO_2-CO、CO_2-H_2和H_2-H_2O体系不能控制高氧逸度(大于CO_2体系)的缺陷。最后,比较了应用新旧不同热力学数据库算出的结果,认为随着基础物理化学数据的不断更新,温度-氧逸度-气体混合比例关系也应不断更新。     

海南岛新生代玄武质熔岩源区中再循环物质及其年龄的限定:来自Hf-Sr-Nd-Pb同位素的制约

再循环洋壳和沉积物在壳.幔循环过程中扮演着重要的角色。前人研究指出板片俯冲与海南地幔柱形成关系密切,然而地幔柱源区中是否存在再循环沉积物仍然不得而知。本文将首次报导海南岛新生代玄武质熔岩的Hf同位素,并将新的Sr-Nd-Pb同位素与前人数据相结合,限定再循环物质的组成及其年龄。与同位素地幔趋势相比,给定εNd时,海南岛玄武质熔岩的εHf值更低;而且Eu/Eu*>1、Sr/Sr*>1,与Al2O3、MgO都不存在相关性,说明Eu和Sr的正异常是继承了源区的特征,指示源区中存在再循环洋壳物质的参与。海南岛玄武质熔岩的Ce/Pb与εNd、εHf呈正相关关系,Nd/Pb与87Sr/86Sr呈负相关关系,它们都指向了沉积物端元。根据εHf-εNd模型和Pb同位素演化模型,推断源区中再循环洋壳和沉积物相对年轻,其年龄应小于1.0Ga。这些再循环洋壳和沉积物将进入深部地幔,并与地幔中的橄榄岩反应形成二阶段辉石岩,随着海南地幔柱不断上升而发生熔融,最终熔体喷发至地表形成海南岛玄武质熔岩。     

攀枝花镁铁质层状岩体磷灰石中的熔融包裹体：岩浆不混熔的证据

攀西(攀枝花-西昌)地区出露一系列赋含大型钒钛磁铁矿矿床的镁铁-超镁铁质层状岩体(例如:攀枝花、红格、白马和太和岩体),它们是~260Ma峨眉山大火成岩省的重要组成部分。显微岩相学研究显示,攀枝花岩体中部带浅色辉长岩磷灰石中存在深色和浅色两类熔融包裹体:深色熔融包裹体为深棕色或黑色,大小约10~60μm,外形呈圆形或磷灰石负晶形,主要由单斜辉石、角闪石、斜长石、磁铁矿等子矿物以及微粒结晶物质组成;浅色熔融包裹体为白色或淡绿色,大小约5~60μm,外形呈圆形或磷灰石负晶形,由斜长石、角闪石、单斜辉石、少量磁铁矿和石英等子矿物以及微粒结晶物质组成。我们将熔融包裹体加热至1080~1200℃,浅色熔融包裹体完全均一,其平均成分为69.7% SiO₂、0.24% TiO₂、14.5% Al₂O₃、2.76% FeO、0.64% MgO、5.14% CaO、2.82% Na₂O、2.26% K₂O和0.25% P₂O₅,为富Si相;深色熔融包裹体未完全均一,结合电子探针分析以及质量平衡估算,可得其平均成分为42.4% SiO₂、1.43% TiO₂、8.83% Al₂O₃、20.5% FeO、5.46% MgO、16.3% CaO、1.11% Na₂O、0.30% K₂O 和1.41% P₂O₅,为富Fe相。这一结果说明,在攀枝花层状岩体形成过程中,岩浆房中可能同时存在富Fe和富Si两种熔体,暗示演化的玄武质岩浆曾发生了不混熔作用。岩浆不混熔及重力分异共同作用导致了岩浆房硅酸盐熔体成分分层,下部的富Fe硅酸盐岩浆层演化形成了岩体下部巨厚的钒钛磁铁矿矿体和暗色辉长岩,上部的富Si硅酸盐岩浆层演化形成了岩体上部的长英质岩脉、透镜体和浅色辉长岩。     

鲁西地区新生代周村玄武岩的成因研究

山东地区新生代玄武岩主要分布在郯庐断裂带及其以东地区,在鲁西地区分布较少。本文报道了鲁西地区周村玄武岩的全岩主、微量元素组成、橄榄石斑晶及其熔体包裹体Pb同位素组成。结果表明,周村玄武岩为弱碱性玄武岩,其主量元素具有较高SiO_2和Al_2O_3,较低碱(Na_2O+K_2O)、CaO/Al_2O_3、Fe_2O_3~T(Fe_2O_3~T=Fe O/0.8998+Fe_2O_3)的特征;微量元素在原始地幔标准化蛛网图上与EMI洋岛玄武岩(OIB)相似,表现为明显的Ba、K和Sr正异常,Th和Pb负异常,无Nb、Ta和Ti异常;熔体包裹体~(207)Pb/~(206)Pb和~(208)Pb/~(206)Pb分别为0.894~0.921和2.166~2.213,略高于EMI-OIB。这些特征和鲁西地区无棣大山玄武岩有明显区别,但与山东其它地区的弱碱性-拉斑玄武岩相似。周村玄武岩的橄榄石斑晶Ni、Fe/Mn和Ca分别为1403~2611μg/g,70~93和824~2003μg/g。与橄榄岩熔体结晶的橄榄石成分相比,给定橄榄石Fo值,周村玄武岩橄榄石斑晶具有高Ni和Fe/Mn比值,低Ca的特征。结合全岩低CaO和高FeO/MnO比值,橄榄石成分指示周村玄武岩的源区岩性为辉石岩,其形成需要高比例的来自再循环地壳的英安质熔体交代地幔橄榄岩。高比例的英安质熔体和周村玄武岩的微量元素特征,进一步说明该再循环地壳为含辉长岩洋壳。本文的研究结果暗示山东地区弱碱性-拉斑玄武岩的源区辉石岩,主要与再循环洋壳有关。     

济南辉长岩岩浆演化过程:来自熔体包裹体的证据

本研究首次报道了早白垩世济南辉长岩中橄榄石斑晶捕获的熔体包裹体的研究结果。济南辉长岩中橄榄石的Fo(60.3~74.6),Mn(2500~3500μg/g),Ni(70~1349μg/g),Fe/Mn比值(61.2~83.5),与源区母岩为纯的橄榄岩形成的熔体结晶出的橄榄石性质不同,可能与源区存在辉石岩的贡献有关。橄榄石中熔体包裹体主量元素具有较大的变化范围。熔体包裹体成分的标准矿物计算(CIPW)表明,MgO10%的熔体包裹体为含有霞石和橄榄石标准矿物分子的硅不饱和熔体,Mg O10%时为含石英标准矿物分子的硅饱和熔体。橄榄石中包裹有辉石和斜长石,说明岩浆演化过程应该处于开放环境。熔体包裹体的(~208Pb/~206Pb)i和(~207Pb/~206Pb)i与MgO具有良好的负相关关系,与SiO_2具有良好的正相关关系,以及熔体包裹体具有较高的SiO_2特征表明岩浆演化过程中可能有下地壳长英质组分的加入。熔体包裹体的Pb同位素落在EMI附近并向EMII延伸,其源区可能有EMI和EMII的贡献,熔体包裹体的主量元素成分说明其源区母岩可能有橄榄岩和辉石岩的贡献。     

微钻取样-TIMS/MC-ICPMS和LA-MC-ICPMS分析矿物岩石87Sr/86Sr比值的技术比较

微区Sr同位素体系相对于传统全岩Sr同位素研究,可以揭示样品自身存在的不均一性,更好地反映样品经历的地质过程,已被广泛应用于各种地质研究领域,如研究壳幔相互作用、岩浆起源和演化,岩浆体系开放性研究,沉积盆地物源示踪及气候环境研究。准确测定Rb-Sr同位素比值是应用该同位素体系的前提。微钻取样-热电离质谱/多接收电感耦合等离子体质谱(TIMS/MC-ICPMS)和激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICPMS)作为分析地质样品微区Sr同位素组成的有效手段,已经得到了较为广泛的应用。两种技术在样品制备、干扰校正和质谱测试等方面各具优势和不足。微钻取样-TIMS/MC-ICPMS的最大优势是可获得高精度的Sr同位素数据(外精度优于100×10-6,2SD);但由于需要进行化学处理,流程繁琐耗时(约10天),实验周期较长,同时需要严格控制化学流程空白,且取样直径(200~2000μm)和取样深度(100~2000μm)较大,空间分辨率较低,但是该方法可以对高Rb样品(如钾长石)进行有效分析。LA-MC-ICPMS的最大优势是样品制备简单,数小时即可完成,且分析效率高,根据样品Sr含量的大小激光束斑直径多在60~300μm之间变化,其空间分辨率较前一种方法高,可在短时间内对大量样品进行分析。但由于不能进行化学分离,分析过程中存在多种干扰(如Rb、Ca、Kr和REEs等),影响了测试的精度(约200×10-6,2SD)和准确度(约150×10-6)。该方法目前只能对高Sr低Rb的样品(如斜长石、磷灰石等)进行有效分析,而对于干扰元素含量较高的样品目前无法应用。本文认为,对于微钻取样法,应将改进化学流程作为重点研究方向,提高化学处理效率,同时改善微钻取样法的取样技术,减小取样直径和深度以提高空间分辨率;对于激光剥蚀法,重点突破Kr、Rb和二价REEs等干扰校正问题,提高干扰元素含量较高的样品的分析精度和准确度,同时需要提高仪器灵敏度以满足低Sr含量样品的分析要求。     

辽西黄半吉沟早白垩世义县组高镁安山岩的成因

利用橄榄石和熔体包裹体,结合全岩的方法对辽西地区早白垩世义县组黄半吉沟火山岩的成因进行了研究。黄半吉沟火山岩SiO_2=53.41%~53.74%,MgO=8.15%~8.23%,Mg#=~70(Mg#=mol Mg/(Mg+Fe2+)),为高镁安山岩;全岩在TAS图解上,落在玄武安山岩范围内,属于亚碱性系列;它们具有较高Ni(119×10-6~125×10-6)和高Cr(467×10-6~521×10-6),显示幔源岩浆特征;在微量元素组成上,黄半吉沟高镁安山岩Sr=920×10-6~930×10-6,Y=16.1×10-6~16.4×10-6,Sr/Y=57~58;在微量元素原始地幔标准化蛛网图上,黄半吉沟高镁安山岩显示轻重稀土分异,明显的Nb-Ta-Ti和弱的Zr-Hf负异常,Ba、Sr和Pb正异常,这些特征与大陆下地壳非常相似。熔体包裹体MgO为6.5%~9.7%,SiO_2为51%~53%,不符合典型高镁安山岩的定义;在TAS图解上它们落在玄武粗安岩内,属于碱性系列;MgO与其它主量元素成分呈明显或者弱的负相关关系,说明它们的成分主要受控于橄榄石结晶分离过程。黄半吉沟高镁安山岩的橄榄石Fo值为75~91;CaO含量为0.10%~0.18%,NiO为0.05%~0.41%,Fe/Mn比值为60~80。黄半吉沟高镁安山岩的全岩和熔体包裹体成分存在显著差异,如熔体包裹体具有更高的Al2O3和更低的SiO_2。结合全岩微量元素特征,我们认为黄半吉沟高镁安山岩在地壳深度的岩浆演化过程中加入了来自下地壳的酸性熔体,是壳幔相互作用的结果。全岩较低Ni高Mg#,熔体包裹体低CaO并落在CATS-Olivine-Quartz相图的热障碍边界线富硅一侧,以及橄榄石低Ca和陡倾的Fo-Ni关系,指示黄半吉沟高镁安山岩的幔源岩浆是来自以斜方辉石为主辉石岩的源区。我们认为广泛发育于辽西地区的早白垩世义县组高镁安山岩可能经历了壳幔相互作用,因而不能作为拆沉作用导致岩石圈大规模减薄的重要证据。     

浙江新昌-嵊州新生代玄武岩的Ca同位素组成:对华南新生代玄武岩源区成分的启示

本次工作首次报道了浙江中带新昌-嵊州新生代玄武岩的Ca同位素组成。新昌-嵊州新生代玄武岩具有相对均一的δ^44/40Ca值(0.62±0.07)‰～(0.71±0.05)‰,平均值为(0.68±0.07)‰,这些值远低于硅酸盐地球(BSE)((0.94±0.05)‰)、正常型大洋中脊玄武岩(N-MORB)及绝大多数洋岛玄武岩(OIBs)的δ^44/40Ca值。新昌-嵊州玄武岩Sr(Nd)同位素和全岩Ce/Pb、Zr/Hf与Ca/Al比值具有明显的负(正)相关关系,而与Ti*具有正(负)相关关系。这个现象意味着新昌-嵊州玄武岩起源于不均一的地幔源区,其成分变化可以通过两个不同的岩浆混合形成。本次工作推测两个源区分别为碳酸盐化岩石圈地幔和类似于海南岛玄武岩地幔源区的地幔集中带(FOZO)组分。新昌-嵊州玄武岩异常低的δ^44/40Ca值可能继承自两个Ca同位素组成相似且具有较低δ^44/40Ca值的岩浆。     

熔体包裹体在镁铁质火山岩成因研究中的应用

熔体包裹体是矿物在生长或结晶过程中捕获的小的硅酸盐熔体,它保存了原生岩浆、岩浆演化以及源区性质等方面的重要信息。然而,全岩成分只保留了经历复杂地质过程(如分离结晶、岩浆混合、地壳混染和后期蚀变等)之后的"混合"成分,有关岩石起源方面的重要信息部分或全部消失。本文系统总结了熔体包裹体的研究方法,包括岩相学观察、挑选寄主矿物、加热均一化、镶嵌和磨制样品靶、成分分析等,介绍了熔体包裹体方法在镁铁质火山岩成因研究中一些应用实例。