新聞動態(tài)廣州地化所揭示超鉀質(zhì)巖石穿地殼巖漿系統(tǒng)及復(fù)雜巖漿混合過程
穿地殼（transcrustal）巖漿系統(tǒng)在洋中脊、洋島以及島弧等環(huán)境被廣泛報道，其對巖漿的演化具有重要作用，但對陸內(nèi)富集巖漿有何影響卻很少有報道。超鉀質(zhì)巖石極度富集鉀、不相容元素和揮發(fā)份，廣泛出露在造山帶和板內(nèi)環(huán)境。盡管已有大量研究涉及超鉀質(zhì)巖石的地幔源區(qū)礦物組合、部分熔融程度、地殼混染、巖漿混合以及分離結(jié)晶等過程，但目前缺乏對其地殼巖漿系統(tǒng)的深入研究，制約了我們對于富集巖漿在地殼中演化歷史的認識和理解。
中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所巖漿作用與成礦學(xué)科組邢長明副研究員和王焰研究員對吉爾吉斯超鉀質(zhì)煌斑巖脈開展了詳細的礦物學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)自形單斜輝石發(fā)育復(fù)雜多樣的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，揭示了超鉀質(zhì)巖漿在穿地殼巖漿系統(tǒng)中復(fù)雜的巖漿混合過程，為超鉀質(zhì)巖漿成分的多樣性和單斜輝石復(fù)雜環(huán)帶的成因提供重要啟示。
巖相觀察發(fā)現(xiàn)，單斜輝石核部呈不規(guī)則的高Mg#暗色區(qū)、低Mg#亮色區(qū)、斑雜狀、多核以及篩狀結(jié)構(gòu)等產(chǎn)狀（圖1），幔部發(fā)育復(fù)雜的震蕩環(huán)帶以及不同程度的溶蝕結(jié)構(gòu)，邊部呈自形輪廓。在同一薄片中，有些顆粒主要發(fā)育粗環(huán)帶，有些則同時發(fā)育粗環(huán)帶和密集排列的細環(huán)帶（圖1）。對典型單斜輝石電子探針面掃描分析，發(fā)現(xiàn)顆粒內(nèi)部的化學(xué)組成呈明顯的扇形環(huán)帶和同心環(huán)狀環(huán)帶分布（圖2）。這些復(fù)雜的環(huán)帶結(jié)構(gòu)暗示單斜輝石可能是在不同空間、時間以及物理化學(xué)條件下結(jié)晶的。此外，單斜輝石聚晶的普遍存在表明，這些顆粒可能經(jīng)歷了復(fù)雜的匯聚、堆晶、解聚等過程，最終伴隨巖漿噴發(fā)被帶至地表。
圖1 吉爾吉斯超鉀質(zhì)煌斑巖中單斜輝石復(fù)雜的震蕩環(huán)帶。(a) 以粗環(huán)帶為主，核部為高Mg#暗色區(qū)；(b) 核部為低Mg#亮色區(qū)；(c)核部為斑雜狀；(d) 多核單斜輝石；(e) 單斜輝石聚晶；(f) 核部顯示篩狀結(jié)構(gòu)和單斜輝石斑雜環(huán)帶。
圖2 單斜輝石背散射圖像（a）、電子探針元素面掃描圖像（b-f）和簡化的環(huán)帶結(jié)構(gòu)示意圖（g）。單斜輝石棱柱扇區(qū)（prism sector）相對富集Al和Ti，沙漏扇區(qū)（hourglass sector）相對富集Si和Mg。Cr主要呈同心環(huán)狀分布。
利用La/Yb和Dy/Yb比值對高Mg#（≥85）單斜輝石平衡熔體進行地幔源區(qū)組成計算，結(jié)果表明這些相對原始的巖漿可能來自石榴子石相和尖晶石相地幔的混合（圖3）。根據(jù)前人發(fā)表的單斜輝石平衡結(jié)晶的多個平衡標準（？DiHd, ？EnFs, ？DNa, ？KdFe-Mg, ？DTi），從已發(fā)表的文獻和數(shù)據(jù)庫中篩選得到與單斜輝石平衡的熔體成分。利用單斜輝石-熔體溫壓計估算單斜輝石核部結(jié)晶于~5.4, ~3.3和~1.5 kbar壓力下，而單斜輝石邊部的結(jié)晶壓力為~1.6 kbar，表明這些單斜輝石最初結(jié)晶于地殼不同深度的巖漿房中，最終匯聚在同一淺部巖漿房中（圖4）。這一穿地殼的巖漿系統(tǒng)具有多個不同深度的巖漿房與上地殼的淺部巖漿房相連，世界上富揮發(fā)份的堿性巖漿系統(tǒng)大多具有類似復(fù)雜的巖漿系統(tǒng)。
圖3 模擬計算高Mg#（≥85）單斜輝石平衡熔體的地幔源區(qū)組成
圖4 吉爾吉斯超鉀質(zhì)煌斑巖脈形成的巖石學(xué)模型：（a）穿地殼的巖漿系統(tǒng)；（b）淺部巖漿房中不均一的過冷卻條件和巖漿對流示意；（c）單斜輝石三種主要環(huán)帶類型。
該項研究受到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)（B）項目（XDB18000000）、中科院青促會項目（2018388）和廣東省科技廳項目（2020B1212060055）聯(lián)合資助，研究成果近期在線發(fā)表在《Journal of Petrology》上。
Xing C.M., Wang C. Y*. Periodic mixing of magmas recorded by oscillatory zoning of the clinopyroxene macrocrysts from an ultrapotassic lamprophyre dyke. Journal of Petrology, egaa103, https://doi.org/10.1093/petrology/egaa103.
論文鏈接：https://academic.oup.com/petrology/advance-article/doi/10.1093/petrology/egaa103/5962184.
中國科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點實驗室 & 科技與規(guī)劃處 供稿
