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科研进展

 Journal of Petrology—塔里木大火成岩省小海子侵入体岩石学和Sr-Nd同位素不平衡

    地幔柱是地球动力学系统中重要的组成部分,不仅形成规模巨大的大火成岩省,也形成了众多和层状基性侵入体相伴生的具有经济价值的矿床类型。因其成矿类型独特(比如PGE、Cr、Ni、V、Ti),层状岩体一直受到非常广泛的关注和深入的研究;其典型的克拉通内部产出环境,也使得它们成为研究克拉通演化和壳-幔相互作用非常重要的岩石组合。大多数层状岩体是地幔岩浆多期次注入到地壳岩浆房中结晶形成,因此其母岩浆不可避免的在某种程度上与岩石圈地幔(SCLM)以及地壳发生相互作用,分离结晶-同化混染作用(AFC)对开放岩浆体系的理解非常重要。

     针对这些科学问题,广州地化所同位素地球化学国家重点实验室徐义刚研究员课题组博士生位荀(已毕业)对塔里木大火成岩省内零星分布的一些层状基性侵入体(图1)开展详细的矿物学、岩石学以及组成矿物的Sr-Nd-Pb同位素研究。他们的研究发现小海子侵入体主体是橄榄石-辉石堆晶岩(单辉橄榄岩),主要有堆晶橄榄石(Fo = 69 ~ 75)和单斜辉石(Mg# = 75 ~ 84)、粒间的斜长石(An = 53 ~ 86)和Fe-Ti氧化物组成,被大量的同期岩脉所穿插。岩相学和矿物地球化学均表明橄榄石和单斜辉石早于斜长石和Fe-Ti氧化物。ZK4202钻孔顶和底两个单辉橄榄岩样品给出协和的锆石SIMS U-Pb年龄,分别为278.8 ± 2.1 Ma和278.3 ± 2.1 Ma,表明小海子单辉橄榄岩侵入体属于塔里木大火成岩省第二期岩浆活动。穿插堆晶岩的岩脉具有较低的Mg#(35 ~ 39),在成分上属于碱性玄武岩-粗面安山岩。受混染程度最小的岩脉显示轻重稀土分异、Nb-Ta富集和Pb亏损。它们具有与洋岛玄武岩(OIB)相似的微量元素特征,并且具有正的εNdi(+4.3 ~ +4.8),暗示其来源于富集的软流圈地幔源区。单辉橄榄岩中单斜辉石具有上凸的稀土元素球粒陨石标准化模式。根据单斜辉石的微量元素计算的与其平衡的熔体微量元素组成与穿插的岩脉非常相似,暗示小海子单辉橄榄岩侵入体和岩脉来自于相似的源区。小海子单辉橄榄岩侵入体中单斜辉石和斜长石之间存在普遍的同位素不平衡现象(图2):与单斜辉石(87Sr/86Sri = 0.7038 ~ 0.7041,εNdi = +1.0 ~ +1.9)相比,斜长石具有高的87Sr/86Sri(0.7042 ~ 0.7043)和低的εNdi值(+0.4 ~ +1.0)。单斜辉石的87Sr/86Sri随着Zr/Nb比值的升高而升高,εNdi随着Zr/Nb比值的升高而降低(图3a-b),表明小海子单辉橄榄岩侵入体形成过程中受到不同程度的同化混染。斜长石Ca含量与87Sr/86Sri呈正相关,与εNdi呈负相关(图3c-d),表明An牌号越高的斜长石受到的同化混染程度越大。这种现象可以用基性岩浆在紊流上升过程中混染地壳物质(ATA过程—assimilation during turbulent ascend,导致越原始的岩浆受到混染程度越大,与AFC过程截然相反)来解释。然而ATA模式不能解释单斜辉石Mg#与εNdi呈正相关(图3e-f):即越原始的岩浆受到混染程度越小,与ATA模式预测趋势相悖。更可能的解释是,在分离结晶过程中基性岩浆同化混染塔里木岩浆岩基底和碳酸盐物质。碳酸盐物质的加入,会导致岩浆CaO含量升高,从而结晶出更高An牌号的斜长石,而且具有更大程度的同化混染。AFC模拟结果表明(图2a),7-10%和10-13%同化混染塔里木岩浆岩基底和碳酸盐能够很好的解释单斜辉石和斜长石的同位素特征。对小海子辉石橄榄岩侵入体系统的矿物化学和同位素研究表明,在层状岩体形成过程中,AFC过程扮演了非常重要的角色。

      该研究成果于2014年12月份发表在国际著名地学期刊Journal of Petrology上(Wei et al. 2014. Petrology and Sr-Nd Isotopic Disequilibrium of the Xiaohaizi Intrusion, NW China: Genesis of Layered Intrusions in theTarim Large Igneous Province. Journal of Petrology 55, 2567-2598)全文链接http://petrology.oxfordjournals.org/content/55/12/2567.full.pdf+html

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