北大巴山志留系滔河口组碱质斑状玄武岩的岩浆源区及形成环境——来自全岩和辉石斑晶地球化学的约束

北大巴山志留系滔河口组火山-沉积地层发育有粗粒玄武岩、细粒玄武岩、杏仁构造玄武岩和枕状玄武岩四种斑状玄武岩相。它们都属于碱性玄武岩,并具有相似的地球化学特征,富Ti、贫Si,富集大离子亲石元素(LILE,如Th、Rb、Ba)和LREE,轻重稀土分异明显。稀土和微量元素标准化配分型式具有与洋岛玄武岩(OIB)类似的特征。斑晶主要属于单斜辉石族中的次透辉石-透辉石,具有与全岩相似的微量和稀土元素配分形态,表明四种玄武岩相由同一岩浆源区形成。由单斜辉石-熔体平衡温压计计算获得的初始岩浆深度大于67.65km,表明岩浆源区来自地幔。岩浆在上升过程中在39.93～67.65km、14.52～20.46km、4.62～9.24km三个深度范围发生了储积结晶,最后喷出到地表分别形成粗粒玄武岩、细粒和枕状玄武岩、杏仁构造玄武岩。粗粒玄武岩中富含金云母表明岩浆源区遭受了富不相容元素流体的交代作用。玄武岩全岩、单斜辉石地球化学特征以及火山-沉积序列共同表明,滔河口组碱性玄武岩形成于大洋板内环境。

四川木里混杂带海山玄武岩辉石斑晶中的熔体包裹体:甘孜-理塘古特提斯洋内热点与洋中脊相互作用的记录

川西木里混杂带位于扬子板块西缘,向西与甘孜-理塘弧前混杂带相接,位于一个大地构造上十分重要的部位。我们详细野外地质调查揭示,木里混杂带由不同类型的大洋板片地层组成,其中海山岩石组合保存相对完整,枕状熔岩与上覆碳酸盐岩帽接触关系以及海山斜坡滑塌堆积组合完整清晰。海山枕状玄武岩具斑状结构,主要斑晶矿物相为单斜辉石,少量基性斜长石,基质为微晶斜长石和辉石。原生熔体包裹体主要寄存于单斜辉石斑晶中,形状不规则,大小20~50μm。熔体包裹体内部组成和结构简单清晰,主要为不透明玻璃质,有的熔体包裹体含圆形-椭圆形收缩气泡,个别熔体包裹体壁可见子矿物结晶析出。对单斜辉石斑晶及其中熔体包裹体的地球化学分析结果揭示,木里混杂带中保留了OIB和E-MORB两类海山玄武岩,其原始岩浆源区为石榴子石二辉橄榄岩低程度熔融。其中,OIB型海山玄武岩(样品HS5)是地幔柱轴部岩浆活动的产物,而E-MORB型海山玄武岩(样品HS2)是某种程度的热点(地幔柱)与洋中脊相互作用的产物。磷灰石U-Pb测年结果和古生物化石证据表明,木里混杂带中的海山形成于石炭纪末-二叠纪初(302±11Ma)。这表明甘孜-理塘(松潘-甘孜)古特提斯分支洋在石炭纪末或更早时期就已经发育。在该分支洋盆内发育地幔柱以及地幔柱(热点)与洋中脊的相互作用。

中国东部几个地区新生代玄武岩中单斜辉石-熔体平衡温压——兼论幔源包体的成因

以中国东部宽甸、汉诺坝和明溪含有幔源包体的新生代玄武岩中的单斜辉石斑 (巨 )晶为研究对象 ,采用最新的单斜辉石 -熔体平衡温压计对单斜辉石斑 (巨 )晶 -熔体进行了平衡温压计算。结果表明 ,碱性玄武岩中的单斜辉石斑晶结晶温度和压力高于共生的亚碱性玄武岩中的单斜辉石斑晶 ,单斜辉石巨晶的结晶温度和压力高于单斜辉石斑晶。这说明碱性玄武岩的形成深度大于亚碱性玄武岩 ,单斜辉石巨晶是更高压力下的结晶产物 ,单斜辉石斑晶在岩浆上升的不同深度均有晶出。回归分析表明 ,尽管携带幔源包体的玄武岩浆上升速度较快 ,但并不是绝热上升。单斜辉石斑 (巨 )晶的结晶温压条件与同一地点幔源包体平衡温压条件的对比表明 ,单斜辉石巨晶和碱性玄武岩中的部分单斜辉石斑 (巨 )晶的结晶温压大于幔源包体的平衡温压 ,表明了包体寄主岩浆的来源深度大于包体的深度。因此 ,幔源包体是寄主岩浆上升途中捕虏的上地幔碎块 ,而非寄主岩浆形成源区的残留体。

广丰新生代基性岩多世代辉石矿物学特征及意义

穿插在江西广丰早白垩纪红盆中的碱性基性岩,K-Ar年龄为40.6 Ma,基性岩中辉石有基质、斑晶二种类型三个世代,早世代辉石斑晶为巨晶、堆晶,是“Ⅱ型包体”;晚世代辉石斑晶为小斑晶、堆晶;伴生有适量橄榄石斑晶;最晚晶出的是基质中的辉石。多世代辉石的出现为反演该区深部地质特征提供了依据。

辽西义县组玄武岩中环带状单斜辉石的成因及其对岩浆演化的约束

辽西四合屯地区早白垩世义县组玄武岩包含大量具环带结构单斜辉石。本文对这些单斜辉石进行了系统的矿物学、主微量元素和原位Sr同位素分析,并探讨了义县组玄武岩的岩浆成因和演化历史。四合屯义县组玄武岩中的单斜辉石主要发育正环带结构,少量为反环带结构。反环带单斜辉石核部主要为透辉石,并具有低的Mg^(#)(65.5~79.7)和Cr_(2)O_(3)(<0.48%),以及高的Na_(2)O(0.34%~1.33%)和Al_(2)O_(3)(1.02%~3.20%)。它们具有轻稀土元素富集的配分型式,具有明显的Eu和Sr负异常,说明其与斜长石平衡过。在Mg^(#)-Na_(2)O/Al_(2)O_(3)相关图中,反环带单斜辉石核部总体落入华北古老下地壳麻粒岩中单斜辉石的成分范围,因此其可能是来自下地壳麻粒岩的捕虏晶。反环带单斜辉石幔部和正环带单斜辉石核部主要为普通辉石,它们具有高度一致且变化范围相对窄的化学组成,包括高的Mg^(#)(84.7~89.2)和Cr_(2)O_(3)(0.13%~1.41%),以及低的Na_(2)O(0.17%~0.48%)和Al_(2)O_(3)(1.44%~2.57%)。它们的轻重稀土元素强分馏,与玄武岩全岩组成吻合。利用单斜辉石和基性岩浆之间Fe-Mg及微量元素的分配系数,我们计算了与反环带单斜辉石幔部和正环带单斜辉石核部平衡的岩浆组成,结果表明它们与剔除橄榄石捕虏晶的全岩组成达到平衡,因此这部分单斜辉石是岩浆成因的斑晶。它们相比全岩具有变化范围较宽和整体略高的原位^(87)Sr/^(86)Sr比值(0.7058~0.7085)。岩浆成因单斜辉石结晶温压计算结果(1171~1221℃、0.54~1.08GPa)表明义县组玄武岩的岩浆演化主要发生在下地壳浅部(18~36km)。四合屯义县组玄武岩具有壳幔双重属性,捕虏晶矿物的同化混染和下地壳榴辉岩的拆沉作用并不能合理解释其大陆下地壳属性。本次研究中反环带单斜辉石核部捕虏晶具有较高的HREE含量,它们可能作为源区残留相记录了华北东部古老下地壳在中生代的部分熔融过程,该过程中对应的熔体相则可以解释义县组玄武岩的下地壳属性。因此,我们认为四合屯义县组玄武岩是壳幔相互作用(岩浆混合)的结果。义县组玄武岩的主体来自受俯冲洋壳改造的岩石圈地幔,在下地壳岩浆房或幔源岩浆上升过程中存在少量下地壳来源酸性熔体的混合作用。

大陆玄武岩原始水含量的测定及其对源区组分的制约

理解大陆板内玄武岩的源区组成和成因是认识地幔动力学过程和化学不均一性的重要途径。由于不同地幔端员具有不同的水含量及水与其它不相容元素的比值(如H2O/Ce),原始水含量的测定对于认识玄武岩的源区组成将会提供新的信息。玄武岩玻璃和斑晶中的熔体包裹体是获得海洋玄武岩原始水含量的主要样品,但是不适合于大陆玄武岩,因为大陆玄武岩玻璃由于强烈的去气作用不能反映真实水含量,而大陆玄武岩斑晶中的熔体包裹体少而小,不易获得足量、准确的数据。本文介绍一种最近发展起来的推断大陆玄武岩原始水含量的方法,即利用红外光谱测定玄武岩中单斜辉石斑晶的水含量,然后结合水在单斜辉石与玄武质熔体中的分配系数来反演与斑晶平衡的熔体水含量,进而估计原始玄武质岩浆的水含量。文中详细叙述了方法的适用性、误差的估计以及具体的操作流程,并通过东北双辽和华北太行山新生代玄武岩的研究实例,展示了玄武岩水含量对于源区组成的有力制约。

准噶尔北缘中泥盆统北塔山组富辉橄玄岩的岩石成因及其对晚古生代洋脊俯冲的启示

准噶尔北缘中泥盆统北塔山组富辉橄玄岩是一种富含单斜辉石斑晶的岛弧玄武岩,被认为是洋脊俯冲作用的产物,但具体成因机制并不清楚。本文对老山口地区富辉橄玄岩进行了岩石地球化学研究,同时系统测定了其单斜辉石斑晶的成分及其环带变化规律。结果表明,富辉橄玄岩的相容元素和不相容元素的变化规律具有岩浆混合作用的特征,而透辉石斑晶的反环带则将岩浆混合作用限定于高Mg~#熔浆的上涌过程。富辉橄玄岩极高的相容元素含量将上涌的高Mg~#熔浆限定为苦橄质熔浆,而富辉橄玄岩中顽透辉石是被苦橄质熔体携带而来的斑晶物质。主导老山口富辉橄玄岩形成的岩浆过程是苦橄质熔浆的连续补给过程,而苦橄质熔浆被认为是板片窗处软流圈高程度部分熔融的产物。老山口富辉橄玄岩形成的岩浆过程与洋脊俯冲的板片窗模型吻合,因此老山口富辉橄玄岩可能是洋脊俯冲的产物。

南秦岭早古生代玄武岩的岩浆源区及演化过程

南秦岭地区早古生代玄武岩中发育的大量单斜辉石斑晶为研究火山岩的深部演化过程及源区属性提供了重要的载体。本文通过对早古生代玄武岩及其中的单斜辉石斑晶进行矿物学、岩石学及地球化学分析,讨论火山岩的演化历程及源区属性。电子探针分析结果表明玄武岩中单斜辉石斑晶属于透辉石,其成分与全岩成分并不平衡,暗示岩石经历了单斜辉石的堆晶作用。通过质量平衡计算得到了与单斜辉石斑晶平衡的熔体并计算了单斜辉石结晶的温压条件,结果显示单斜辉石斑晶结晶压力为7.6~14.0kbar,温度为1201~1268℃。高压下的分离结晶作用导致了单斜辉石成为主要的结晶相。重建后的玄武岩具有高镁、高钙、富钛,富集高场强元素Nb、Ta,亏损Rb、K、Sr和P,Dy/Yb比值高的地球化学特征,指示其源区为含单斜辉石、磷灰石及石榴石的交代岩石圈地幔。同地区发现的玄武质角砾也具高镁及高钙的特征,其富集Ba、Nb、Ta、Ti及低Dy/Yb比值表明源区为含单斜辉石、角闪石及尖晶石的交代岩石圈地幔。

水与大火成岩省的形成

大火成岩省(LIPs)是发生在板块内部的超大规模岩浆活动的产物,其成因一直是地学界研究的前沿和热点。影响LIPs形成的主要因素包括温度、压力、源岩性质和源区水含量,虽然已积累较多的成果,但对于地幔源区中的水是否影响及如何影响LIPs的形成,目前还知之甚少。本文回顾了已有的实测LIPS水含量研究工作,并介绍了一种新的分析手段,即利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)测定早期结晶的单斜辉石斑晶水含量,然后结合水在单斜辉石斑晶和熔体间的分配系数来反演得到LIPs的"原始"水含量。通过塔里木和峨眉山两个大火成岩省的研究实例,综合评价了温度、压力、源岩性质和水含量这4个因素的影响,指出很可能只有当这些因素同时具备了才能产生LIPs。