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科学研究

许伟:气体压滤作用形成基性微粒包体【JP,2021】
2021-09-30 阅读:8666

基性微粒包体(MME)常见于弧中酸性侵入体,蕴含有弧地壳深部岩浆作用的信息,可以为揭示弧地壳的形成和演化历史提供重要线索。MME通常显示细粒火成结构,并表现出与寄主岩石一致的矿物成分、结晶时代和放射性同位素组成,明显不同于源区难熔残余物和基性围岩捕掳体,但MME到底是基性与酸性岩浆的混杂物,还是与寄主岩石有关的同源包体尚不清楚。造成这一争议的重要原因之一是研究区通常缺失与MME和寄主岩石相关、对限定MME成因具有重要作用的同时代基性岩浆。位于西藏南部冈底斯岩弧东段的崔久火成杂岩(~200 Ma)出露多种岩性,包括辉石角闪石岩、角闪石岩、角闪辉长岩、闪长岩、英云闪长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩组成,是一套由幔源玄武质岩浆经结晶分异作用形成的岩石组合。其中的闪长岩含有丰富的MME,这为揭示俯冲背景下MME的成因提供了极好的机会。

针对上述科学问题,中国地质大学(北京)“大陆汇聚与青藏高原生长”求真研究群体博士研究生许伟,在导师朱弟成教授和澳大利亚莫纳什大学Roberto F. Weinberg教授的共同指导下,对崔久火成杂岩中的MME和寄主闪长岩开展了野外、岩石学、锆石U–Pb定年、矿物和全岩地球化学等方面的工作,取得下述一系列发现和认识:

1MME大多为椭球状(1),少数呈长条状,大多发育斑状结构,少数为细粒结构,与寄主闪长岩具有一致的矿物组合(斜长石+角闪石+黑云母+石英)、矿物成分和放射性同位素组成,但MME比寄主闪长岩具有更高的暗色矿物含量,且相对寄主闪长岩富集相容元素和亏损不相容元素。MME与寄主闪长岩的接触部位可观察到机械混杂现象,且一些MME发育有石英和斜长石的眼斑。

2)锆石U–Pb定年结果表明MME和寄主闪长岩均结晶于~200 Ma。一些MME样品的锆石在CL图上整体呈浅色,但也有一些MME样品中的锆石在CL图上显示黑色的核和浅色的边。黑色的核和浅色的边具有一致的结晶年龄和锆石Hf同位素组成,但黑色的核比浅色的锆石具有更高的ThU含量(2)。

3MME是与寄主闪长岩相关的细粒堆晶岩(3)。从下地壳晶粥体内分离出来的安山质岩浆在上升的过程中遇到冷的围岩,并在两者的接触边界发生快速结晶并形成细粒的矿物集合体和针状磷灰石。随着结晶程度的升高,水未饱和的安山质熔体变为水饱和的熔体并出溶挥发分和流体。边部和中心部位的压力和结晶度的差异趋使富边部的粒间熔体向中心部位运移(4),从而完成晶体-熔体的分离,这一过程被称为气体压滤作用。部分MME样品中的黑色锆石结晶于靠近围岩的高度演化的粒间熔体,而不含黑色锆石的MME则结晶于远离围岩的区域。细粒的富晶体边缘在尚未完全固结前被后期上升的安山质熔体所捕获,两者在一起运移的过程中发生机械混杂,最终固结成被寄主闪长岩包裹的MME

本项研究详细刻画了崔久火成杂岩中MME的成因,并引用气体压滤作用来解释MME形成过程中的晶体-熔体分离机制,不仅提供了结晶分异形成MME的一个经典实例,同时也深化了对活动陆缘弧的岩浆成因和演化过程的认识。

图1  MME和寄主闪长岩的野外和镜下照片


 

图2  MME和寄主闪长岩的锆石

 

图3  最小二乘法质量平衡模拟的结果

 


图4  崔久MME的成因模式

 

上述成果发表在地球科学领域国际著名期刊《Journal of Petrology》上:Xu, W., Zhu, D.C.*, Wang, Q., Weinberg, R.F., Wang, R., Li, S.M., Zhang, L.L., Zhao, Z.D., 2020. Mafic microgranular enclaves formed by gas-driven filter pressing during rapid cooling: An example from the Gangdese Batholith in southern Tibet. Journal of Petrology 61, http://doi.org/10.1093/petrology/egab003. 这是本群体在崔久火成杂岩成因研究中发表的第2Journal of Petrology论文。

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