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蘇本勳等-EPSL:鉻鐵礦分離結晶對幔源岩漿Mg同位素組成的影響
2019-11-27 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  (Mg)爲地幔的主要組成元素之一,亦是難熔的元素之一,因而地幔的Mg同位素體系不易被改變,這與對橄榄岩捕虜體的研究所揭示的地幔具有較爲均一的Mg同位素組成相一致。同時,大洋中脊玄武岩和洋島玄武岩均具有與地幔橄榄岩相同的Mg同位素特征,表明地幔部分熔融過程中不發生Mg同位素分餾。然而近年來不少學者發現一些大陸玄武岩具有明顯輕Mg的同位素特征,通過對地球各個儲庫的對比(圖1)提出再循環碳酸鹽物質可能是這些輕Mg同位素的重要來源。至于這些碳酸鹽物質如何參與到玄武岩地幔源區,以及除此之外是否還有其它可能的地質過程(如氧化物分離結晶)等已成爲爭論的焦點,厘定碳酸鹽交代的地幔橄榄岩的Mg同位素組成成爲解決爭論的途徑之一。 

  中科院地質與地球物理研究所礦産資源研究院重點實驗室的蘇本勳研究員等對東北大椅山、華南明溪和西秦嶺好梯的地幔橄榄岩進行了單礦物的Mg同位素分析。這些經曆了不同程度地幔碳酸鹽交代的樣品中主要的橄榄石和輝石均顯示正常地幔或略高于正常地幔的δ26Mg值,副礦物尖晶石和石榴石分別爲較高和較低的δ26Mg值(圖1),因而其全岩的Mg同位素組成與正常地幔一致。這一結果表明碳酸鹽交代的地幔橄榄岩應該不是輕Mg玄武岩的源區,即碳酸鹽交代作用不是碳酸鹽物質加入玄武岩源區的途徑。 

1 碳酸鹽交代橄榄岩的礦物Mg同位素組成與一些被認爲和輕Mg同位素特征有關岩石的對比

  那麽,另一方面我們就需要考慮玄武質岩漿形成之後所經曆的同化混染和分離結晶過程。地殼物質一般具有較低的Mg含量,其混染作用被認爲不足以改變玄武質岩漿的Mg同位素組成。從玄武質岩漿中結晶出的矽酸鹽礦物一般具有正常地幔的Mg同位素組成,即這些矽酸鹽礦物的分離結晶也不能造成Mg同位素分餾。玄武岩δ26MgCrVFeTi的相關性(圖2)暗示氧化物的分離結晶可能是玄武質岩漿演化過程中發生Mg同位素分馏的主要因素,这與一些氧化物如钛铁矿、铬铁矿具有总体较高的δ26Mg值相符。钛鐵礦一般形成在玄武質岩漿演化的晚期,且其Mg含量較低,δ26Mg變化範圍較大,不太可能造成大量玄武岩較大的Mg同位素分馏。铬铁矿常與橄榄石同时在玄武质岩浆演化的早期结晶,其为富Mg礦物且表現出強烈的富集重Mg同位素性質,因而鉻鐵礦的早期分離結晶作用可能是輕Mg同位素玄武岩形成的主要原因。这一认识在以前的研究中并没有引起足够的重视,其主要原因可能是囿于传统认识(如玄武质岩浆结晶的铬铁矿量很少)以及铬铁矿成分(多过渡族元素,少稀土元素等)在玄武岩成因研究中未有体现。然后,如果我们把全球與铬铁矿矿床有关的大型层状岩体、蛇绿岩以及阿拉斯加型岩体和幔源岩浆演化联系起来就不难理解上述认识了。因此,我们提醒在研究玄武岩形成演化过程中一些过渡族金属元素含量及其同位素变化过程需要重视铬铁矿分离结晶作用的影响。 

2 玄武岩Mg同位素组成與CrVFeTi的相關性

  研究成果發表于EPSL。(蘇本勳*,胡妍,滕方振*,肖燕,張宏福,孫楊,白洋,朱斌,周新華,英基豐. 2019. Light Mg isotopes in mantle-derived lavas caused by chromite crystallization, instead of carbonatite metasomatism[J]. Earth and Planetary Science Letters, 522: 79-86. DOI:10.1016/j.epsl.2019.06.016)(原文鏈接 

 
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