Li同位素在斜顽辉石、镁铝榴石及镁铝尖晶石晶格内扩散与分馏的理论计算研究

斜顽辉石、镁铝榴石和镁铝尖晶石作为辉石族、石榴石族以及尖晶石族中的重要端元,是地球上地幔主要组成矿物。Li同位素是重要的地幔地球化学示踪剂,其在橄榄石、辉石和石榴石等地幔矿物中的扩散分馏的性质对理解Li同位素作为地幔地球化学示踪剂非常重要。我们通过经典力场经验势方法,从原子尺度上计算研究了不同温压条件下Li同位素在斜顽辉石、镁铝榴石和镁铝尖晶石晶格中分别通过不同的填隙机制和取代空位机制迁移的活化能和其在不同晶格位上的分馏效应。我们发现Li同位素是通过取代空位机制在斜顽辉石、镁铝榴石和镁铝尖晶石中进行迁移扩散。Li同位素在不同晶格位上的分馏作用计算表明,在三种矿物中重同位素7Li会更多地进入晶格填隙位中,而6Li则相对更多进入Mg位。温度是影响这种分馏作用的一个关键因素,相应的结果可用来解释地幔Li同位素组成特征及冷却条件下的同位素分馏等科学问题。     

胶东白垩纪煌斑岩中单斜辉石再循环晶的识别及其地质意义

穿地壳岩浆系统理念的提出为认知岩浆岩的形成机制提供了一个新的窗口。在穿地壳岩浆系统内,深层次岩浆储库结晶的矿物(例如辉石、角闪石、斜长石等)可通过通道向上运移至浅层次的岩浆储库,该过程可导致这些矿物的熔蚀、流体交代或再生长。上述矿物属于再循环晶,它们保留的成分环带信息可忠实地记录岩浆环境的变化。本文以华北克拉通东南缘胶北早白垩世丛家岩体(-127Ma)内产出的闪斜-拉辉煌斑岩为主要研究对象。这些钙碱性煌斑岩中常见不同结构和成分特征的单斜辉石再循环晶,它们保存了多级岩浆储库的相关信息。丛家煌斑岩包括一系列中基性煌斑岩,形成一个煌斑岩岩石组合具有轻重稀土元素分异明显((La/Yb)_N=14.2～28.1)的特征。在原始地幔标准化微量元素蜘蛛图上丛家煌斑岩表现出亏损Nb、Ta、P和Ti,而富集Ba、Pb、Sr和Nd等元素的特征。本文在丛家煌斑岩中识别出了两类单斜辉石"再循环晶"即正环带单斜辉石和振荡环带单斜辉石。正环带辉石核部Mg~#值为86.0～94.9,稀土元素总含量偏低,亏损HREE;部分核部具筛状结构,筛孔填充物富集大离子亲石元素,并表现出Cr-Ni元素的解耦,显示与流体交代作用有关。正环带辉石边部具振荡环带特征,反映了晶体在震荡环境中的再生长。再生长辉石环带的Mg~#值为78.9～89.1稀土元素总含量较高,但其分配趋势与核部相似,富集Th等元素,亏损Nb、Pb、P。振荡环带辉石的Mg~#值为82.3～89.4,化学成分特征与正环带辉石边部相近。丛家煌斑岩中的角闪石可分为低硅角闪石和高硅角闪石。低硅角闪石的SiO_2含量偏低(38.2%～40.1%),Mg~#值为72.0～82.4,结晶于较高的温压环境(976±22℃～1024+22℃,5.72～10.9kbar)。高硅角闪石的SiO_2含量较高(40.3%～44.3%)Mg~#值为70.9～83.0,结晶于相对低的温压环境(872±22℃～947±22℃,3.06～4.43kbar)。本研究认为,丛家煌斑岩中的单斜辉石再循环晶在不同层次岩浆储库内发生了熔蚀、流体交代或再生长,指示了深部岩浆系统是由多级岩浆储库构成的。     

不同温度、压强、氧逸度条件下斜方辉石含水性的实验研究

斜方辉石的含水性显著影响着上地幔的物理化学性质。前人对于斜方辉石的水溶解度的制约因素研究并不充分,特别是氧逸度的影响很少被单独考虑。为了厘清斜方辉石的水溶解度的制约因素,我们借助高温高压设备(MAVO LPC250型活塞圆筒压机)在1.0～3.0 GPa, 800～1100℃和两种典型的氧逸度条件控制下开展了系统性地实验研究,即Ni+Ni O (NNO),Fe+FeO (IW)。通过傅里叶变换红外光谱测量(FTIR),斜方辉石的天然和实验样品显示出7组典型的OH-吸收峰。含水量结果表明,在上地幔浅部条件下,斜方辉石的水溶解度均随温度或压强升高而增大,而随氧逸度值升高而减小,仅氧逸度变化其它条件不变时,还原条件比相对氧化条件高达50%,这与橄榄石等其它名义上无水矿物的氧逸度效应存在不一致。通过估算,橄榄石和斜方辉石间水的分配系数在不同氧逸度条件下可以相差55%。因此,与名义上无水矿物中结构水相关的实验研究,未有效控制氧逸度的结果需要被重新考虑。     

安徽铜陵焦冲辉石闪长岩体中的两类锆石及其地质意义

安徽铜陵焦冲辉石闪长岩体中的锆石可以明显地区分为两类:Ⅰ类锆石CL图像颜色为灰白色,发育岩浆震荡环带,U、Th、Pb含量和REE含量相对较低,加权平均年龄为128.5±2.1Ma(MSWD=0.29),代表了该岩体在锆石封闭温度下的岩浆结晶年龄,这一年龄数据以及近年来发表的岩浆岩年龄测定数据指示铜陵地区不仅发育有145~135Ma之间的岩浆侵入作用,而且发育有以往不曾提及的、与宁芜和庐枞等火山岩盆地火山-侵入岩同时代的、同位素年龄介于134~123Ma之间的岩浆作用。Ⅱ类锆石CL图像颜色为灰黑色,岩浆震荡环带不明显,U、Th、Pb含量和REE含量高,显示为受到热液作用影响的"高U锆石",加权平均年龄为141.4±2.0Ma(MSWD=1.06),但该年龄没有确定的地质意义。同一岩体中发育两类不同特征的锆石,并且其同位素年龄值相差悬殊,如果不加区分地进行加权平均年龄计算,可能得出不正确的年龄数值以致掩盖或混淆地质事实。焦冲辉石闪长岩体中的两类锆石同时还具有另一个不同于铜陵地区其他岩体中锆石的显著特征,即普遍呈不完整的、熔蚀港湾状的晶形,这指示该岩体可能经历了锆石从岩浆中晶出到熔蚀并最终保持熔蚀晶形的岩浆演化过程。焦冲辉石闪长岩体中两类锆石的特征及其U-Pb年龄既记录了成岩过程早期中酸性岩浆的冷凝结晶作用和流体交代作用,又反映了晚期基性岩浆的注入和混合作用,揭示其寄主岩石的形成经历了一个较为复杂的过程,即岩浆结晶→流体交代→岩浆结晶→岩浆混合→岩浆侵位。     

藏南冈底斯岩基晚白垩世含紫苏辉石侵入岩的地球化学特征及其成因探讨

冈底斯岩基南缘自西向东,从楠木林到米林广泛出露一系列含暗色细粒包体的含紫苏辉石侵入岩。这一系列含紫苏辉石的侵入岩具有斜长石以及紫苏辉石的巨晶（>5mm）,呈现出堆晶结构。锆石U-Pb定年表明,这一系列含紫苏辉石侵入岩的结晶年龄为97~77Ma,并不随侵位位置具有显著的经度上的变化。含紫苏辉石的基性岩具有高的Al₂O₃（17.3%~18.2%）含量,较高的MgO（3.9%~4.1%）含量,FeO^T含量在8.7%~9.0%之间;低的Cr（<14.8×10^-6）和Ni（<15.0×10^-6）含量,基本不具有Eu的异常,富集大离子亲石元素（LILE）和LREE,亏损高场强元素（HFSE）。含紫苏辉石的中-酸性岩具有高的Al₂O₃（14.9%~18.8%）含量,高的Mg^#值（>39.7）;变化较大的Cr（5.7×10^-6~260×10^-6）和Ni（10.2×10^-6~78.2×10^-6）含量,具有微弱-强烈的Eu的负异常,富集LILE和LREE,亏损HFSE。暗色细粒包体与含紫苏辉石基性岩相比具有相似的SiO₂含量,FeO^T（8.1%~9.0%）含量,稍高的MgO（4.7%~5.4%）含量,Al₂O₃（18.1%~19.4%）含量以及Mg^#值（51.0~52.6）;具有与含紫苏辉石基性岩相似的微量元素分布和稀土元素配分模式。这一系列含紫苏辉石的侵入岩具有较低的初始Sr同位素比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_（t）=0.7037~0.7044）,较高并变化较大的ε_Nd（t）值（+3.7~+9.4）和ε_Hf（t）值（+9.9~+14.6）。这些特征共同说明,经流体+熔体交代的地幔楔中软流圈部分在俯冲流体存在的情况下发生部分熔融形成母岩浆,其母岩浆随后与俯冲板片熔体发生混合。在岩浆演化过程中经历了单斜辉石、斜方辉石以及斜长石的分离结晶并最终形成了冈底斯岩基南缘出露的含紫苏辉石侵入岩。暗色细粒包体可以代表母岩浆的早期堆晶,是岩浆淬火作用的产物。母岩浆中大量流体的存在,使其结晶顺序为单斜辉石-斜长石（紫苏辉石）,随后的堆晶作用使得这一系列侵入岩得以赋存紫苏辉石。     

东海陆架边缘北部玄武岩的矿物及化学特征

对东海陆架边缘北部一个站位的玄武岩进行了镜下观测、XRD定量分析和电子探针分析。结果表明东海陆架边缘北部玄武岩斑晶主要由拉长石、贵橄榄石和普通辉石组成，其中，单斜辉石的结晶温度为1108．49℃，岩浆起源深度在42．9km以深。与冲绳海槽和琉球岛弧玄武岩相比，在斜长石An值、辉石Ca-Mg-Fe比例与橄榄石Fo值上均有明显的不同，表明三地玄武岩在成因上有一定的差异。     

东天山图拉尔根镁铁—超镁铁质岩体辉石矿物学特征及其地质意义

东天山图拉尔根镁铁—超镁铁质岩体主要包含角闪橄榄岩相、辉石橄榄岩相和辉长岩相,辉石为各岩相主要造岩矿物之一。采用电子探针和LA-ICPMS技术对不同岩相中辉石的主量、微量元素进行测试分析,以探讨岩体的性质、来源和演化过程。东天山图拉尔根镁铁—超镁铁质岩体中斜方辉石属古铜辉石,而单斜辉石则为透辉石和顽透辉石。辉石温压计算表明其结晶温度为978℃~1059℃,结晶压力主要为0.71~4.80kbar。岩体母岩浆为亚碱性拉斑玄武质岩浆,是被俯冲板片交代过的亏损地幔发生13%~20%部分熔融的产物。岩体内不同岩相中辉石的化学成分变化较小,表明岩体的结晶分异程度较低,其中辉长岩相的结晶程度较角闪橄榄岩相和辉石橄榄岩相略高;岩浆上侵过程中,角闪橄榄岩相和辉石橄榄岩相受到富硅地壳物质的混染,而辉长岩相受到富铝围岩的混染。结晶分异作用和富硅地壳的混染是引起图拉尔根岩体硫饱和及硫化物熔离的重要因素。     

冲绳海槽岩浆性质的变化特点:斜方辉石提供的信息

对冲绳海槽18个表层样品和11个柱状样品的156个层次中的火山成因斜方辉石进行了电子探针分析,计算了斜方辉石的FS值。结果表明,其FS值具有南高北低的特点,反映出在冲绳海槽从北向南岩浆性质由基性向酸性的变化。各沉积物岩芯中,斜方辉石的FS值自下而上的变化,则反映出冲绳海槽的岩浆性质从早期到晚期,具有由酸性向基性、由基性向酸性、稳定型和波动型四种变化形式。     

大别山超高压榴辉岩中结构水的赋存状态及其地质意义

对大别山石马和英山超高压榴辉岩中的“名义上无水矿物”(NAM s)石榴石和绿辉石的Fourier变换红外光谱(FT IR)观察表明,它们都含有以OH-或者H2O形式存在的氢,而且发现NAM s从不同地区到同一样品不同颗粒、再到同一颗粒的不同部位的水含量并不均匀。研究结果表明:石马和英山地区绿辉石中结构水的含量范围分别为90×10-6~1 670×1-0 6,110×10-6~710×10-6;石榴石中结构水的含量分别为510×10-6~830×1-0 6,0~180×1-0 6。同时结合地球物理化学等因素对NAM s中结构水在促进榴辉岩变形方面的效应及其与流体包裹体之间的关系进行了初步探讨。     

黑云母—斜方辉石温度计的重新标度及其应用

黑云母斜方辉石是较为常见的共生矿物对, 它们之间 Ｆｅ Ｍｇ 交换模式反应的标准熵变与标准体积变化量之比很大, 具备了构成温度计的必要条件。根据 Ｆｏｎａｒｅｖ ａｎｄ Ｋｏｎｉｌｏｖ 的平衡实验数据, 考虑了黑云母、斜方辉石中 Ｆｅ Ｍｇ 的非理想混合效应, 得出了合理的黑云母、斜方辉石中 Ｆｅ Ｍｇ 的交换能数据。此外还采纳了 Ｄａｓｇｕｐｔａ 等关于黑云母活度的数据、ｖｏｎ Ｓｅｃｋｅｎｄｏｒｆｆ ａｎｄ Ｏ＇ Ｎｅｉｌｌ关于斜方辉石活度的数据和 Ｐａｔｔｉｎｏ Ｄｏｕｃｅ 等关于黑云母中 ＡｌⅥ、 Ｔｉ对黑云母活度效应的数据, 重新标度了黑云母斜方辉石温度计。该温度计重现实验温度的误差为±６０℃, 应用于天然岩石的温度计算误差一般小于±７０℃, 适用于绿帘角闪岩相至麻粒岩相的变质岩变质温度的估算。