地幔橄榄岩捕掳体中尖晶石筛状边的成因

山东的无棣大山和栖霞方山是两个以霞石岩为主的新生代火山,含有大量的地幔橄榄岩捕掳体,橄榄岩捕掳体中的尖晶石常见黑色反应边。在BSE图像上,这些反应边根据结构的不同又可以进一步分为两种:筛状边和均一边。有时两种反应边在同一颗尖晶石中共存并相互过渡。尖晶石捕掳晶和捕掳体中与寄主岩直接接触的尖晶石常发育均一边;发育筛状边的尖晶石则一般不直接与寄主岩接触,但位于捕掳体的边缘。尖晶石的筛状边呈多孔状,为富Cr尖晶石或铬铁矿。筛状边成分上与核部(Cr_2O_3=7.52%~36.75%,Cr#=7.80~44.20,Mg#=44.70~74.48)区别明显,具有高的Cr_2O_3含量(23.42%~65.96%)、Cr#值(78.97~92.49)以及低的Mg#值(17.22~43.02)。另外,筛状边相对其核部(TiO 2=0.00%~0.53%,MnO=0.04%~0.35%)还显示偏高的TiO 2(0.20%~3.60%)和MnO(0.29%~1.93%)。在筛状边附近存在富Al_2O_3(8.00%~17.57%)和MgO(17.89%~26.02%)的玻璃。尖晶石的均一边无孔洞但多发育裂理,成分上与核部突变,并以富TiO 2(20.90%~6.64%)和FeO T(70.79%~53.92%)为特征,最外部为钛磁铁矿。均一边具有明显的成分分带,表现为由内至外TiO 2、FeO T含量逐渐增高,Al_2O_3(0.04%~16.34%)、Cr_2O_3(0.77%~25.69%)和MgO(0.50%~7.16%)含量逐渐降低。尖晶石的两种反应边与寄主岩密切的空间关系说明其成因与寄主岩浆有关。虽然尖晶石筛状边的Cr#值(79.0~92.5)明显高于核部(7.8~44.2),但是其相对核部偏高的TiO 2和MnO含量,以及显著降低的Mg#值均与单纯的部分熔融趋势不吻合。根据尖晶石两种反应边的结构特征、成分特征和相互的空间关系,我们认为筛状边与均一边是岩浆与尖晶石反应不同阶段的产物。当橄榄岩捕掳体被岩浆捕获后,由于成分上的不均衡两者之间将发生溶解反应。反应过程中,尖晶石中不同元素向熔体迁移的速率区别明显,其中Cr是最难熔的元素也是迁移最慢的元素。在反应的初始阶段,由于易溶组份Al、Mg等元素随熔体迁出,尖晶石发育筛状边,并同时伴随Cr#值的显著升高和Mg#值的显著降低。此时,寄主岩浆中的Ti、Mn等元素也部分扩散进入筛状边中的残留尖晶石。如果熔体足够多,反应得以持续进行,筛状边中的Cr最终也将被熔体带走。在反应产生的混合熔体中金属氧化物最早达到饱和并结晶。随着反应的持续进行,结晶出的矿物将继续生长、变粗,并相互连接,直至孔洞消失形成均一边。同时伴随着矿物的不断结晶,溶解界面上的熔体成分也不断变化,从而使均一边具有明显的成分分带。在橄榄岩捕掳体内部,由于渗进捕掳体中的岩浆有限,渗透岩浆与尖晶石之间的反应多限于早期阶段,反应产物为筛状边。在捕掳体边缘,与寄主岩浆直接接触的尖晶石由于参与反应的岩浆量足够多,因此一般产生反应的终端产物———均一边。