新聞動(dòng)態(tài)廣州地化所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心發(fā)現(xiàn)幔源巖漿石榴石分異形成高鎂埃達(dá)克質(zhì)巖的直接證據(jù)
闡明高鎂埃達(dá)克巖的成因?qū)斫獯箨懙貧ず桶邘r型礦床的形成過(guò)程至關(guān)重要?，F(xiàn)今弧環(huán)境的埃達(dá)克巖通常具有相對(duì)高的Mg#和MgO含量（即貧鐵的鈣堿性特征），通常被認(rèn)為是俯沖板片熔體與地幔相互作用的產(chǎn)物。但是一些案例研究以及大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，弧巖漿的全巖地球化學(xué)變化（如鐵的虧損伴隨著重稀土虧損）指示高壓下幔源巖漿的石榴石分異可能是形成高鎂埃達(dá)克巖的主要途徑，然而在高鎂埃達(dá)克巖中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)巖漿成因的石榴石。雖然前人在弧地殼剖面以及下地殼包體中發(fā)現(xiàn)了石榴石，但是難以確定其是巖漿還是變質(zhì)成因。此外，已報(bào)道的一些含石榴石的中酸性巖漿巖都具有低Sr和Sr/Y的特征或者屬于貧鎂的淡色花崗巖。因此，幔源巖漿的石榴石結(jié)晶分異模型仍然缺乏直接的礦物學(xué)證據(jù)，這也導(dǎo)致我們對(duì)幔源巖漿結(jié)晶和保存石榴石的機(jī)制缺乏認(rèn)識(shí)。
針對(duì)上述科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院廣州地化所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王軍博士、但衛(wèi)副研究員、王強(qiáng)研究員和唐功建研究員對(duì)青藏高原中部羌塘保護(hù)站閃長(zhǎng)斑巖進(jìn)行了詳細(xì)的礦物學(xué)、年代學(xué)和地球化學(xué)研究，取得了以下認(rèn)識(shí)：
（1）保護(hù)站閃長(zhǎng)斑巖形成于晚三疊世（~220Ma），具有高的Mg#（45–65），根據(jù)斑晶礦物組成和比例，可以將其分為三類(lèi)。其中第一類(lèi)不含石榴石且不具有埃達(dá)克質(zhì)特征，第二、三類(lèi)含石榴石且具有埃達(dá)克質(zhì)特征；從第一類(lèi)、第二類(lèi)到第三類(lèi)巖石，全巖MgO逐漸降低，重稀土逐漸虧損（圖1a）。
圖1.（a）全巖稀土配分圖；（b）鋯石與石榴石的重稀土分配系數(shù)
（2）石榴石為富鈣貧錳的鐵鋁石榴石（圖2a），與幔源巖漿高壓結(jié)晶石榴石組成一致（圖2b）。第三類(lèi)閃長(zhǎng)斑巖的石榴石具有比第二類(lèi)更高的CaO和Dy/Yb以及低的MgO（圖2b、d），這些差異也體現(xiàn)在它們的寄主全巖上，即石榴石組成隨著寄主全巖的組成變化而變化；石榴石與巖漿鋯石之間的重稀土分配系數(shù)與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的平衡分配系數(shù)一致（圖1b）；且正交光下可見(jiàn)石榴石與長(zhǎng)石斑晶存在交生關(guān)系。這些都表明石榴石是從寄主巖漿中結(jié)晶的，而不是捕擄晶。
圖2. 石榴石主微量組成（變質(zhì)巖和實(shí)驗(yàn)結(jié)晶的石榴石作為對(duì)比）
（3）隨著巖漿分異演化，不同期次結(jié)晶的角閃石（圖3a）、石榴石（圖2c）、鋯石（圖1b）以及它們的寄主全巖（圖1a）的重稀土逐漸虧損，且結(jié)晶于石榴石之前的角閃石平衡巖漿（即母巖漿）并不具有全巖的埃達(dá)克質(zhì)特征，這些都表明石榴石分異控制了全巖和礦物的組成變化。不同期次角閃石Dy/Yb和Eu異常的變化（圖3a）表明石榴石首次結(jié)晶于角閃石之后，但斜長(zhǎng)石之前；結(jié)合相圖、角閃石溫壓計(jì)和長(zhǎng)石濕度計(jì)結(jié)果（圖3b），我們認(rèn)為石榴石結(jié)晶的理想條件是富水（>5wt.%）的幔源巖漿滯留在下地殼（~1GPa）發(fā)生等壓降溫分異（圖3b藍(lán)色虛線(xiàn)）。如果發(fā)生巖漿緩慢上升導(dǎo)致的降壓降溫分異（圖3b紅色虛線(xiàn)），則不會(huì)結(jié)晶石榴石（如第一類(lèi)閃長(zhǎng)斑巖）。
圖3.（a）不同期次的角閃石稀土配分圖；（b）含水（5 wt.%）安山巖相圖與角閃石溫壓估計(jì)值，其中紅、藍(lán)實(shí)線(xiàn)是根據(jù)礦物結(jié)晶順序限定的巖漿演化通過(guò)的溫壓區(qū)間
（4）準(zhǔn)鋁質(zhì)的原生幔源巖漿在下地殼不會(huì)飽和富鋁的石榴石，只有當(dāng)貧鋁的輝石和角閃石先結(jié)晶分異，且斜長(zhǎng)石結(jié)晶受到抑制時(shí)，殘余巖漿才會(huì)演變?yōu)樯僖?jiàn)的過(guò)鋁質(zhì)中性巖（圖3b和圖4），最后石榴石才開(kāi)始結(jié)晶（如第二、三類(lèi)閃長(zhǎng)斑巖）。此外，由于富鈣石榴石低壓容易分解且密度高，所以在火山巖或斑巖中保存石榴石則要求石榴石結(jié)晶之后，寄主巖漿快速上升。簡(jiǎn)而言之，從巖漿的下地殼滯留演化到快速上升，意味著區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)從擠壓到伸展的迅速轉(zhuǎn)變，這與研究區(qū)在晚三疊世處于古特提斯洋閉合的區(qū)域伸展演化吻合。
圖4. Pl投影的Ol-Cpx-Qtz三元圖來(lái)表示角閃石、石榴石以及寄主閃長(zhǎng)斑巖的組成變化（不同壓力實(shí)驗(yàn)得到的液相演化線(xiàn)做為對(duì)比）
因此，本研究提供了石榴石分異形成高鎂埃達(dá)克巖的直接礦物學(xué)證據(jù)，也詳細(xì)闡明了石榴石結(jié)晶和保存的物理化學(xué)條件。研究成果已經(jīng)發(fā)表在《Journal of Petrology》上，該研究受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、第二次青藏科考、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
Jun Wang, Wei Dan*, Qiang Wang*, Gong-Jian Tang, 2021. High-Mg# adakitic rocks formed by lower-crustal magma differentiation: mineralogical and geochemical evidence from garnet-bearing diorite porphyries in central Tibet, Journal of Petrology 62, 1-25.
相關(guān)鏈接https://doi.org/10.1093/petrology/egaa099
（同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿）
