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地质地球所发现铬铁矿分离结晶对幔源岩浆Mg同位素组成的影响

2019-12-10 地质与地球物理研究所
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  (Mg)为地幔的主要组成元素之一,亦是难熔的元素之一,因而地幔的Mg同位素体系不易被改变,这与对橄榄岩捕虏体的研究所揭示的地幔具有较为均一的Mg同位素组成相一致。同时,大洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩均具有与地幔橄榄岩相同的Mg同位素特征,表明地幔部分熔融过程中不发生Mg同位素分馏。

  然而近年来不少学者发现一些大陆玄武岩具有明显轻Mg的同位素特征,通过对地球各个储库的对比(图1)提出再循环碳酸盐物质可能是这些轻Mg同位素的重要来源。至于这些碳酸盐物质如何参与到玄武岩地幔源区,以及除此之外是否还有其它可能的地质过程(如氧化物分离结晶)等已成为争论的焦点,厘定碳酸盐交代的地幔橄榄岩的Mg同位素组成成为解决争论的途径之一。

  中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室研究员苏本勋等对东北大椅山、华南明溪和西秦岭好梯的地幔橄榄岩进行了单矿物的Mg同位素分析。这些经历了不同程度地幔碳酸盐交代的样品中主要的橄榄石和辉石均显示正常地幔或略高于正常地幔的δ26Mg值,副矿物尖晶石和石榴石分别为较高和较低的δ26Mg值(图1),因而其全岩的Mg同位素组成与正常地幔一致。这一结果表明碳酸盐交代的地幔橄榄岩应该不是轻Mg玄武岩的源区,即碳酸盐交代作用不是碳酸盐物质加入玄武岩源区的途径。

  那么,另一方面就需要考虑玄武质岩浆形成之后所经历的同化混染和分离结晶过程。地壳物质一般具有较低的Mg含量,其混染作用被认为不足以改变玄武质岩浆的Mg同位素组成。从玄武质岩浆中结晶出的硅酸盐矿物一般具有正常地幔的Mg同位素组成,即这些硅酸盐矿物的分离结晶也不能造成Mg同位素分馏。玄武岩δ26MgCrVFeTi的相关性(图2)暗示氧化物的分离结晶可能是玄武质岩浆演化过程中发生Mg同位素分馏的主要因素,这与一些氧化物如钛铁矿、铬铁矿具有总体较高的δ26Mg值相符。

  钛铁矿一般形成在玄武质岩浆演化的晚期,且其Mg含量较低,δ26Mg变化范围较大,不太可能造成大量玄武岩较大的Mg同位素分馏。铬铁矿常与橄榄石同时在玄武质岩浆演化的早期结晶,其为富Mg矿物且表现出强烈的富集重Mg同位素性质,因而铬铁矿的早期分离结晶作用可能是轻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,如果把全球与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,这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。

  研究成果发表于Earth and Planetary Science Letters

  论文链接

1 碳酸盐交代橄榄岩的矿物Mg同位素组成与一些被认为和轻Mg同位素特征有关岩石的对比

2 玄武岩Mg同位素组成与CrVFeTi的相关性

打印 责任编辑:叶瑞优

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