成因岩石学

《成因岩石学》读书报告吉林伊通幔源包体的微量元素组成及其成因岩石学意义姓名：梁飞学号：201001010224班级：地质学二班2013年4月吉林伊通幔源包体的微量元素组成及其成因岩石学意义摘要：利用离子探针分析了吉林伊通幔源包体（二辉橄榄岩、辉石岩和易剥橄榄岩）中单斜辉石和富钾玻璃体微量元（Ti、Zr、Nb、Hf、Rb、Sr、Ba、Y)和稀土元素（REE)含量结果表明二辉橄榄岩的单斜辉石存在三种稀土配分型式：轻稀土（LREE)亏损型、U型和LREE富集型。高场强元素（HFSE)相对相邻REE的亏损程度随LREE富集程度的增大而增大。分异熔融模型模拟计算表明，二辉橄榄岩为上地幔低程度（0〜6%)部分熔融的残余，而LREE的富集与含挥发份富钾硅酸盐熔体的交代作用有关。‘粗粒”和糜棱”二辉橄榄岩的微量元素组成对比说明地幔交代富集事件发生在剪切变形之前。(1)辉石岩中单斜辉石具有与世界各地岩浆型辉石岩包体相似的稀土配分型式。HFSE亏损程度较低。因而代表了玄武质岩浆高压结晶的产物。辉石岩母岩浆类似于寄主玄武岩浆，而与富钾玻璃体无关。（3)易剥橄榄岩中单斜辉石富集LREE,稀土配分型式和HFSE亏损程度与富集LREE的二辉橄榄岩相比均十分相似。因此，微量元素数据支持了由岩石学研宄获得的成因模式，即伊通易剥橄榄岩是交代流体与正常二辉橄榄岩相互反应的产物。交代流体（现为富K玻璃体）的形成与挥发份存在条件下上地幔（交代）橄榄岩的低程度、近熔点部分熔融有关。关键词：蔓源物质微量元素地球化学吉林引言吉林伊通中新世碧玄岩和碱性玄武岩含有丰富的橄榄岩包体，初步的岩石学和矿物学工作已揭示出该地区上地幔的种种不同寻常的特征：（1)本区二辉橄榄岩具有由碱性玄武岩捕虏的幔源包体中罕见的糜棱结构，暗示上地幔经历了强烈的剪切变形，并可能与郯庐断裂的活动有关（Xuetal.,1993);(2)这些糜棱二辉橄榄岩具有不均一的矿物化学组成，并且显示了与‘粗粒”橄榄岩截然不同的热状态(Xuetal.,1993)。（3)该区另一主要岩类即易剥橄榄岩含有富钾玻璃体(体积百分比达5%〜10%),记录了上地幔熔融事件和熔体迁移过程中因与围岩反应而导致的地球化学变异（XuandMercier,1991;林传勇等，1994),因此，伊通橄榄岩包体为深入研究上地幔物质组成和深部地质过程提供了不可多得的机会。幔源橄榄岩包体的微量元素组成对部分熔融、分异结晶以及熔体.岩反应等过程十分敏感,因此对岩石中的微量元素含量的了解将有利于地幔组成、岩浆起源、地幔交代作用以及交代流体在上地幔的迁移过程等系列重要问题的阐明(McDonoughandFrey,1989)。为此，我们利用离子探针分析了伊通包体中单斜辉石和富钾硅酸盐玻璃体的稀土、微量元素含量，目的在于提供不同类型岩石的成因约束，了解地幔剪切变形过程中化学组分的带入和带出，探讨剪切变形和地幔交代作用之间的关系，弄清伊通地区上地幔交代作用特征及富钾玻璃体的成因。二.正文样品：Xuetal.(1993)和林传勇等（1994)对伊通橄榄岩包体进行了详细的岩石学研究。这里仅作简要的描述。包体可分为三种类型：二辉橄榄岩，辉石岩和含富钾玻璃体的易剥橄榄岩。二辉橄榄岩包体按矿物颗粒大小可以分为两类。第一类是‘粗粒”橄榄岩，矿物颗粒均大于1mm，结构类型包括MercierandNicolas(1975)描述的原生粗粒结构、残斑结构和等粒变晶结构。第二类是糜棱”二辉橄榄岩，在数量上约占伊通二辉橄榄岩的20%。在结构上以颗粒细小(0.1mm)，且具良好的变形纹理为特征。电子探针分析反映出这两类岩石在化学、热状态上的差异(Xuetal.，1993)。粗粒”橄榄岩中斜方辉石成分均一，处于化学平衡状态，其平衡温度为900°C〜1000°C。而糜棱”二辉橄榄岩中斜方辉石显示了颗粒与颗粒之间、单颗粒矿物内部的成分不均一性。多数斜方辉石残斑中心有一成分平台，而在边缘有成分分带。详细的温度计算表明这些样品经历了从950C到750C的冷却过程。辉石岩具粗粒火成结构，与岩浆成因的堆积岩相似。易剥橄榄岩以颗粒细小和富含富钾、钠玻璃体为特征，具变形结构，因而有别于岩浆成因的堆积岩。易剥橄榄岩的矿物化学显示了较宽的成分范围(Fo为79〜91)，玻璃体富碱质组分（IGO为5.5%〜9.1%;Na2O为5.2%〜9.4%)、贫铁镁质组分(MgO为0.9%〜4.4%;FeO为0.27%〜1.18%)，在富Fe和富Mg易剥橄榄岩中玻璃体成分基本相似。通过详细的岩石学研究，XuandMercier(1991)认为它们是正常二辉橄榄岩与幔源交代流体相互作用的产物。三.分析方法8个二辉橄榄岩、2个辉石岩和5个易剥橄榄岩中单斜辉石(Cpx)和硅酸盐玻璃体的微量元素(Ti、Zr、Nb、Hf、Rb、Sr、Ba、Y)和稀土元素(REE)含量是在英国爱丁堡大学离子探针室的Camecaims-4f上获得的。采用10keV的一级一价负氧离子束轰击镀金矿物表面,产生的二次离子经能量过滤和二次加速后在质谱仪上测得其离子生成量(IonYields),再以国际标准样NBS-610作基准,采用Hinton(1990)推导的方法将离子生成量转化为元素在矿物中的含量。分析精度为:Sr、Zr,±0～15%;轻稀土(LREE),±5%～10%;重稀土(HREE),±10%～15%。分析的精度和准确度还可通过分析二级标样(产于美国KilbourneHole的一单斜辉石巨晶)来检验。表1列出的数据说明离子探针分析基本上能重演其它方法(中子活化法)获得的REE丰度。富钾玻璃体中的较高的Ba含量使BaO严重干扰151Eu和153Eu。而一些主元素(Si,Al)和轻稀土形成的化合物也与167Er重叠。因此根据每次分析的BaO/Ba比值和轻稀土丰度校正了玻璃体中Eu和Er的含量。四.分析结果离子探针分析数据列于表2。现按岩石类型叙述如下。4.1二辉橄榄岩二辉橄榄岩中Cpx的REE、微量元素含量变化范围大。（La/Yb)N变化于0.15〜6.4，Sr/Nd值(约为10)相对稳定，且在正常地幔变化范围之内（15±5，McDonoughandMcCol-luch，1987)。根据球粒陨石标准化的稀土配分型式可以分出三种类型（图1a):(1)LREE亏损型，主要见于未经严重亏损的粗粒”橄榄岩中；（2)U形稀土配分型式，主要见于糜棱”橄榄岩，虽然其中稀土(MREE)和HREE的分布特点与LREE亏损型分布型式相似，但轻稀土(La〜Nd)上扬而形成U形分布，类似的稀土配分型式已在世界各地的大洋和大陆橄榄岩研究中有过报道(Johnsonetal.，1990;Senetal.，1993)，代表了色层柱交代过程中早期阶段的特征（NavonandStolper1987;Bodinieretal.，1990);(3)LREE富集型，从La到Lu稀土分布呈负斜率展布，Cpx中LREE含量可达球粒陨石中LREE含量的70多倍。其中样品3〜17中HREE和MREE分异强烈，基本上呈直线分布，LREE则呈倒U形。这种配分型式被认为是原生橄榄岩同交代流体达到化学平衡后的典型特征(HauriandHart，1994)。高场强元素(HFSE)与稀土元素之间的分异可用Ti/Tf和Zr/Z/图解（图2)来判别。Ti/Ti*和Zr/Zr*比值的计算方法据SaltersandShimizu(1988)，即Ti*=(Eu+Gd)n/2和Zr*=(Nd+Sm)n/2。Ti/Tf和Zr/Z/小于或大于1分别表示HFSE相对相邻REE亏损或富集。可以清楚地看出，所有二辉橄榄岩中Cpx显示了HFSE相对相邻REE亏损的特征。其中富集LREE的单斜辉石中HFSE的亏损程度(Zr/Zr*为0.04〜0.2;Ti/Ti*为0.06〜0.1)较亏损LREE的单斜辉石(Zr/Zr*为0.36〜0.50;Ti/Ti*为0.33〜0.57)更为强烈，而后者与深海橄榄岩相似(Johnsonetal.，1990)。4.2辉石岩两个辉石岩中的Cpx具有相似的稀土组成。LREE到MREE的配分型式较为平坦，而MREE到HREE则呈负斜率分布。其HFSE的亏损程度（Zr/Z/=0.70;Ti/Ti*=0.58)比二辉橄榄岩中Cpx小，而与世界其它地区的岩浆型II类辉石岩相似（RodenandShimizu，1993;Senetal.，1993)。易剥橄榄岩中Cpx的稀土组成以LREE富集为特征，但LREE呈倒U形，在Pr或Nd形成最高点（图1c)。这一配分型式与二辉橄榄岩中LREE富集型十分相似。虽然也有点类似于上述辉石岩的特征，但稀土总量和LREE富集程度[(La)n=44〜88]明显高于后者。而且，除3-15样品夕卜，其余样品的HFSE均相对相邻REE的亏损程度与富集LREE的二辉橄榄岩相似(图2)。3-15样品为富铁样品（Fo=78)，其稀土配分显示了强烈的Ti亏损，但无Zr异常。易剥橄榄岩中富钾玻璃体具有与共存Cpx相似的HREE丰度，但其LREE含量(LaN为268〜480;图1d)明显地高。所分析的玻璃体的微量元素配分型式均有Ti和Hf负异常。Zr负异常见于样品MA91-4和3-34，而未见于样品3-26和3-40。5.讨论橄榄岩包体的微量元素含量为我们提供了有关大陆岩石圈地幔成分和演化的重要信息。因为各种地幔过程（如部分熔融、变质出熔和交代作用）会在橄榄岩，特别是在Cpx中留下不同的地球化学印记。例如，部分熔融会导致橄榄岩中玄武质组分和不相容元素的亏损，而地幔交代作用则会导致LREE等不相容元素的富集。至于HFSE相对于相邻REE是否亏损则取决于交代介质的性质（硅酸盐或碳酸盐熔体）(GreenandWallace，1988)。基于这些认识，我们将对伊通地区不同类型岩石的成因进行剖析，弁探讨相关的地幔过程。5.1二辉橄榄岩5.1.1地幔亏损事件部分粗粒”橄榄岩中Cpx的HREE呈平坦分布，LREE和MREE呈正斜率分布，大部分糜棱”橄榄岩中Cpx的HREE也显示了相似的配分特征。这说明伊通二辉橄榄岩代表了未亏损地幔经不同程度熔融后的残余。根据Johnsonetd.(1990)的分异熔融模型，可以得知伊通样品的部分熔融程度低，为0〜6%(图3a)。5.1.2地幔富集事件部分粗粒”二辉橄榄岩的Cpx中呈现的LREE富集型稀土配分型式以及糜棱”橄榄岩中LREE呈U形分布均是地幔交代作用留下的印记。LREE富集的粗粒”橄榄岩中Cpx的REE含量高于辉石岩中Cpx的REE含量。但与本区含富钾玻璃体易剥橄榄岩中Cpx中REE含量相似。尽管有一样品相对富铁(Fo=87.7),但辉石岩母岩浆并不是导致样品3-17和3-7中LREE富集的父代介质，因为Bodinieretal-(1990)的研宄发现，尽官临近辉石岩脉的橄榄岩中可因色层柱、扩散交代机制而发育轻、重稀土之间的强烈分异，但其绝对含量不可能超过辉石岩脉中的含量。此外，辉石岩和LREE富集的粗粒”橄榄岩中Cpx的HFSE亏损程度也不相同（图2),Cpx中Ti、Zi.和Nb相对相邻稀土元素的亏损是地幔橄榄岩中常见的现象(SalterandShimizu,1988)。现有的研究表明，Cpx中HFSE含量不仅取决于各种地幔过程,而且还取决于温度和共存矿物相之间的元素再分配(Ramponeetal.,1991)。虽然REE主要存在于单斜辉石中(Stoschetal.,1982),但HFSE除在Cpx夕卜还存在于斜方辉石和尖晶石中（Ramponeetal.,1991)。LREE亏损的深海橄榄岩是未经亏损的上地幔物质经5%〜25%部分熔融后的残余(Johnsonetal.,1990),其中的Cpx只显示了中等程度的HFSE亏损(Ti/Ti*=0.4〜0.9),伊通LREE亏损的样品具有相似的Ti/Ti*比值，因此，斜方辉石、单斜辉石和尖晶石之间的固相再平衡过程可以解释LREE亏损样品中HFSE的亏损，但是LREE富集的样品中HFSE亏损程度随LREE富集程度的