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Lithos:不混熔岩浆或可发生大规模分离
来源: | 发布日期:2015-10-19

岩浆不混熔作用是形成高Ti-Fe基性岩(玄武岩、辉长岩等)和双峰式火山岩的一种可能机制。然而,自然界中不混熔岩浆能否发生大规模分离并就位还未获得证实。  

华北中部广泛分布了17.8-17.6亿年太行岩墙群和熊耳火山岩系,前者包含高Ti-Fe岩墙,后者为双峰式火山岩。中科院地质地球所岩石圈演化国家重点实验室彭澎研究员等将岩浆不混熔的概念应用到两者的成因研究之中。熊耳火山岩系(喷出岩)主要指熊耳群中以火山岩为主组成的一套火山岩系,具有玄武岩-玄武安山岩和英安岩-流纹岩两个成分系列为主的双峰特征,火山岩系总厚度3000-7000 m,岩浆中心位于华北南缘熊耳山地区。太行岩墙群(侵入岩)主要分布于华北中部,由近千条大型岩墙(平均宽度~15 m)组成,主体岩墙为正常的拉斑玄武岩成分特征,另有一类高Ti-Fe岩墙和少量高Si岩墙。火山岩系和岩墙群之间在几何学特征(岩浆中心、岩浆流动方向、空间展布等)、矿物组合、岩石化学特征、结晶分异等方面都具有相似性。因此,太行岩墙群很可能是熊耳火山岩系的岩浆通道。 

他们通过研究进一步发现,高Ti-Fe岩墙、高Si岩墙、流纹岩-英安岩火山岩等的成分都符合实验室得到的不混熔岩浆成分特征。正常成分的基性岩墙中发育一系列指示岩浆不混熔的结构特征,主要表现为富Ti-Fe和富Si岩浆分别以富钛铁矿组合和花岗文象结构填充在早期斜长石格架形成的晶隙之中;富Ti-Fe岩墙中则发育富Si岩浆因未完全分离而与富Ti-Fe基质形成的反应边结构,如,橄榄石的斜方辉石-钾长石+石英反应边结构,单斜辉石阶梯式颗粒边界等;火山岩系中则偶见不混熔形成的毫米-厘米级富Ti-Fe液珠和富Si液珠火山岩薄层,这些薄层记录了两种不混熔岩浆的分离过程。火山岩中不发育与富Ti-Fe岩墙成分对应的火山岩,这可能是由于富Ti-Fe岩浆密度较大,较难喷发。同时,这可能指示着不混熔岩浆在岩浆通道中发生了分离,分离形成的富Si岩浆喷发形成火山岩(少数在近地表形成富Si岩墙),而富Ti-Fe岩浆则残留在岩浆通道中,形成富Ti-Fe岩墙(图1)。 

 

                                                 

  1 不混熔岩浆大规模分离模型图 

此外,通过对最接近母岩浆成分的岩墙中的斜长石斑晶中的熔体包裹体研究表明,这些熔体包裹体成分可以代表母岩浆成分,其SiO252 wt%)、MgO8.1 wt.%)、TiO21.1 wt%)和Mg值(66)接近原始岩浆成分。该成分Si含量较高,这可能是相关岩浆岩平均成分SiO2含量较高的原因。通过对结晶分异过程的解译,结合对氧逸度等的揭示,发现中下地壳层次重力驱动下的斜长石-单斜辉石(斜长石>单斜辉石)为主的分离结晶作用造成岩浆成分的分异(并最终形成玄武岩-安山岩为主的火山岩),导致岩浆的成分富Ti-Fe而贫Ca,使岩浆发生不混熔分离。  

该研究展示了一种新的岩浆不混熔结构,为不混熔岩浆大规模分离提供了间接证据,为富Ti-Fe岩浆和双峰式火山岩系的成因提供了新的实例,并提出了一个联系基性和中酸性大岩浆岩省的可能机制。该研究对正确理解华北18亿年前后地质事件有重要意义。  

以上研究成果近期发表在岩石学领域权威期刊LithosPeng et al. Large-scale liquid immiscibility and fractional crystallization in the 1780 Ma Taihang dyke swarm: Implications for genesis fo the bimodal Xiong'er volcanic province. Lithos , 2015, 236-237: 106-122)。 

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