熔融包裹体是在岩浆系统中矿物晶体捕获的一小部分熔体,它被捕获后是孤立的,并与外界熔体隔离,因此它为研究岩浆演化过程中的熔体提供了一个很好的对象。熔融包裹体是研究基性岩浆系统和其地幔源区的有利工具,并且已经广泛应用到研究地幔来源岩浆的起源和演化。
地质地球所固体矿产研究室陆源演化与流体成矿学科组博士后蔡亚春及其合作导师范宏瑞研究员等人通过对胶东焦家地区基性脉岩单斜辉石斑晶中熔融包裹体的岩石学、地球化学、显微测温以及LA-ICPMS测定主微量成分研究,得出以下结论:(1) 单斜辉石斑晶中熔融包裹体的完全均一温度范围为1280~1300°C(n=30),熔融包裹体中气相成分组合为CO2+CH4和CH4;(2) 根据LA-ICPMS测得的熔融包裹体主量成分的不同,可以将其分为两组:低镁熔融包裹体和高镁熔融包裹体。估算得到高镁和低镁熔融包裹体的捕获温度和压力分别为1351~1400°C,16.2~21.0kbar和1177~1215°C,5.5~10.9kbar;(3) 高镁和低镁熔融包裹体的捕获深度分别为~51–68km和~20–35km;(4) 计算得到的母岩浆是基性的,SiO2含量49.6wt%,Mg#值为80.0,显示出相对低的全碱含量(1.35wt%,Na2O+K2O),高的CaO含量(15.2wt%)。研究结果证实,低镁和高镁熔融包裹体来源于同样的母岩浆,是经历了不同程度分离结晶的产物。单斜辉石和少量橄榄石是母岩浆演化到高镁熔体的分离结晶相,而低镁熔体则经历了明显的橄榄石和单斜辉石的分离结晶。新增生的单斜辉石岩是胶东晚白垩世辉绿岩脉的源区,源区发生熔融的深度为~68–80km。
图1:(a) 09J86中具有反应边的单斜辉石斑晶的背散射图像;(b) 09J87中单斜辉石的震荡环带;(c)和(d) 抛光过的熔融包裹体的显微照片和背散射图像,显示出了其典型的机构和子矿物相。Ilmenite,钛铁矿;Pyrite,黄铁矿;Amphibole,角闪石;Plagioclase,斜长石;Cpx,单斜辉石;Cracked bubble,磨开的气泡
图2:熔融包裹体主量元素成分与MgO协变图
该研究是对首次在胶东晚白垩世脉岩单斜辉石斑晶中发现结晶质的原生熔融包裹体进行的岩石学,显微测温学,气相成分,子矿物成分研究,并用国际先进技术LA-ICPMS原位测定单个包裹体主微量成分,估算了熔融包裹体的结晶和捕获条件,计算出母岩浆的成分,并反演了母岩浆的演化过程,对晚白垩世脉岩岩浆起源和演化起到了制约作用。
以上研究成果近期发表在国际知名地学期刊Journal of Asian Earth Sciences(Cai et al. Silicate melt inclusions in clinopyroxene phenocrysts from mafic dikes in the eastern North China Craton: Constraints on melt evolution. Journal of Asian Earth Sciences, 2015, 97: 150-168)。
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