馬建鋒、趙太平等-GRL:中性侵入巖堆晶成因的新進(jìn)展
中性侵入巖的成因是個(gè)爭(zhēng)議強(qiáng)烈的巖石學(xué)問題。中性侵入體既不具有基性巖的高密度也不具有酸性巖的高黏度,因此堆晶結(jié)構(gòu)和過程很難識(shí)別。雖然在一些輝長(zhǎng)巖和高硅花崗巖的研究實(shí)例中已經(jīng)識(shí)別出侵入巖的堆晶成因,但是熔體抽取的效率不高導(dǎo)致部分熔體仍困在堆晶之中,掩蓋了晶體堆積的證據(jù)。
針對(duì)上述問題,中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士生馬建鋒在導(dǎo)師趙太平研究員的指導(dǎo)下,對(duì)華北克拉通南緣中元古代的閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖開展了詳細(xì)的野外地質(zhì)考察、巖石學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)分析以及alphaMELTS模擬,揭示了中性侵入巖堆晶成因的具體過程。本次研究發(fā)現(xiàn):
?。?)木植街閃長(zhǎng)巖、付店閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖侵位時(shí)代為1780 ± 10 Ma,且具有相同的全巖Nd同位素和鋯石Hf同位素組成,表明是同源巖漿。
?。?)閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖中的斜長(zhǎng)石具有不同的礦物結(jié)構(gòu),可以分為三種,分別形成于熔體抽取之前和之后,單斜輝石和角閃石也與全巖不平衡(圖1)。
?。?)全巖Zr和P2O5的alphaMELTS模擬顯示,在閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖的SiO2含量下巖漿中不可能結(jié)晶出鋯石和磷灰石,因此不能代表liquid line of descent(LLD),支持閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖堆晶成因(圖2)。
?。?)鋯石Eu含量和溫度存在協(xié)變關(guān)系,指示抽離溫度分別是760℃和820℃,并且質(zhì)量平衡計(jì)算出受困熔體的比例是10-40 wt%(圖3)。
?。?)熱力學(xué)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn),巖漿中高水含量降低了粘度,增加了造巖礦物的沉降與壓實(shí)速率,從而促進(jìn)晶體-熔體分離(圖4)。
上述工作表明中性侵入巖的堆晶成因是大陸地殼生長(zhǎng)和多樣化的重要原因之一,淺部巖漿房中的高水含量可能是促進(jìn)晶體-熔體分離的重要控制因素。
相關(guān)成果發(fā)表在Nature Index (NI)期刊Geophysical Research Letters,受到加州大學(xué)Joshua Schwartz教授高度評(píng)價(jià)。該項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(Grant 2020YFA0714803)的資助。
論文信息:Ma, J.-F.(馬建鋒), Wang, X.-L.(王孝磊), Yang, A. Y.(楊陽(yáng)), & Zhao, T.-P*(趙太平). 2023. Tracking crystal-melt segregation and accumulation in the intermediate magma reservoir. Geophysical Research Letters, 50, e2022GL102540. https://doi.org/10.1029/2022GL102540

圖1. 閃長(zhǎng)巖與二長(zhǎng)巖的礦物結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分指示晶體堆積

圖2. 全巖化學(xué)成分和alphaMELTS模擬指示閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖的堆晶成因

圖3. 鋯石指示熔體抽取的溫度和受困熔體的比例

圖4. 熱力學(xué)模擬水和溫度在晶體-熔體分離中的作用

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