玄武岩斑晶的熔体包裹体岩石学研究和实验测试

玄武岩斑晶中熔体包裹体岩石学研究和实验测试报告人：张春来导师：刘勇胜2010年05月06日第85期ODMEmail：[e-mail]电话：[phone]HenryCliftonSorbyThefirsttodocumentmicroscopicmeltinclusionsincrystalsin1858提纲为什么选择熔体包裹体作为研究对象什么是熔体包裹体及其形成机制和后期变化熔体包裹体的（P、T、x）测试技术及存在问题熔体包裹体在地幔熔体研究中的应用Whymeltinclusion？1）形成于高压环境下斑晶中的熔体包裹体不受浅处减压去气作用影响而保存了脱气前熔体中的挥发份元素组成；2）熔体包裹体保存了比寄主岩石和基质玻璃更多样的熔体组成和更原始的岩浆组成；3）熔体包裹体不受寄主岩石被风化、热液侵蚀或低温变质作用影响，提供了唯一直接测定熔体组成的介质。（Normanetal.2002）能够捕获比全岩更可观的多样性熔体，为研究岩浆过程提供高分辨率证据(KamenetskyV.S.et.al.,2002)保存最原始岩浆信息为什么选择熔体包裹体作为研究对象什么是熔体包裹体及其形成机制和后期变化熔体包裹体的（P、T、x）测试技术及存在问题熔体包裹体在地幔熔体研究中的应用Whataremeltinclusions&howdotheyform?熔体包裹体(又称岩浆包裹体)是指岩浆岩形成过程中，各种岩浆岩矿物在其结晶生长过程中所捕获的微量天然岩浆珠滴，随着主矿物冷却，它们或淬火凝结成玻璃，或进一步结晶析出硅酸盐子矿物、金属相和流体相（夏林圻，2002）。熔体包裹体形成机制(1)降压和丧失挥发组分，升高了岩浆的过饱和程度，引起晶体突然迅速生长，产生骸晶状边缘；(2)早期晶体被部分熔蚀，在晶面上产生一些凹陷或熔蚀港湾(3)温度降低，也可以使岩浆成为过饱和，从而导致结晶成核作用发生，晶芽呈骸晶状和树枝状快速生长；(4)固体物质被粘着于生长中晶体的晶面上，可以导致微量岩浆熔体与固体物质一道被捕获，形成一种“固体包裹体+熔体包裹体”的混合式包裹体，这种包裹体中，熔体包裹体通常位于固体包裹体向着主矿物晶体外侧的那一面上，该特点可帮助我们区别固体包裹体和子矿物；(5)晶体的定向优先生长也可以导致熔体包裹体被捕获（夏林圻，2002，及其中参看文献）知微而见著？？100mmExperimentalandnaturalpolyhedralolivinewithmeltinclusions(slowcooling)KeanakakoiAsh,Kilauea,HawaiiFaure&Schiano(2005)Experimental&naturalskeletal(hoppermorphology)olivinewithmeltinclusions(fastercooling)Paricutin,Mexico500mmKeanakakoiAshFaure&Schiano(2005)100mmJorullovolcano,MexicoFaure&Schiano(2005)ExperimentsinCMASsystem.EffectofGrowthRateonTrappedMeltCompositions•RapidgrowthmorphologieshaveinclusionsthataremoderatelytostronglyenrichedinAl2O3.•ThisiscausedbyboundarylayerenrichmentduetoslowdiffusionofAl2O3relativetoCaO.DifferencesbetweenExperimental&NaturalMeltInclusions•Mostnaturalmeltinclusionsshownoevidenceofanomalousenrichmentinslowlydiffusingelements,eveninsmallinclusionsandrapidgrowthformslikeskeletalorhoppercrystals.•VolatilecomponentshavefasterdiffusivitiesthanAl2O3andthusshouldnotgenerallybeaffectedbyboundarylayerenrichmenteffects.DatafromJohnsonetal.(2008)Post-EntrapmentModificationofMeltInclusionsDiffusivelossofH2ormolecularH2OCrystalMeltinclusionInclusionentrapmentCoolingShrinkagevaporbubbleCrystallizationalongmelt–crystalinterfaceFe•DiffusivelossofH-species–Shouldbelimitedto1wt%H2Obyredoxequilibria&meltFeOiflossoccursbyH2diffusion(Danyushevsky,2001).–Leavesdistincttexturalfeatures–magnetitedust–fromoxidation.–PossiblerapiddiffusionofmolecularH2O(Almeevetal.,2008).V收缩泡/V包裹体0.5%,该收缩泡内几乎不含挥发份,近于真空Qin(1992)理论上验证了熔融包裹体和外界熔体通过主矿物晶格扩散达到等温线再平衡。扩散再平衡是可行的，扩散再平衡的效率受一下几点控制：（1）包裹体和主晶体的相对直径，（2）滞留时间，（3）扩散性和矿物熔体间分配系数（0.1），(GaetaniandWatson,2000)。而Berryetal.(2008)对科马提岩橄榄石斑晶中熔体包裹体Fe的氧化态研究中发现，Fe3+/∑Fe比值为0.10±0.02，而水的含量仅为0.2-0.3wt%，排除了包裹体包含了更多的水并通过氢扩散造成了水丢失，因为仅丢失1.5wt%的水就可以使Fe2+全部转化为Fe3+（Fe3+/∑Fe=1）(Danyushevskyetal.,2007)，证明了包裹体水的含量来自最原始熔体.为什么选择熔体包裹体作为研究对象什么是熔体包裹体及其形成机制和后期变化熔体包裹体的（P、T、x）测试技术及存在问题熔体包裹体在地幔熔体研究中的应用P：熔体包裹体压力测试参考文献：(Tait1992;SchianoandBourdon1999).(Sobolev1996;Newmanetal.2000;Saaletal.2002).Solubilitieswith2VolatileComponentsPresent•H2OandCO2contributethelargestpartialpressures,sopeopleoftenfocusonthesewhencomparingpressure&volatilesolubilitySolidlinesshowsolubilityatdifferentconstanttotalpressuresDashedlinesshowthevaporcompositioninequilibriumwithmeltsofdifferentH2O&CO2FromDixon&Stolper(1995)T：温度测定——可视高温淬火均一化升温速率VS熔融速率水的分解造成的过热效应熔体与矿物再平衡1200℃在接近均一温度停留时间长时（b-c），斜长石的橄榄石微晶重结晶成单个晶体给定主矿物成分下均一温度的过热现象（SobolevandDanyushevsky,1994）二、单个熔体包裹体常见测试技术1、EMP测定主量和Cr、Ni等个别微量元素2、SIMS测定微量和挥发性元素（如Cl、C、F、S等）及其同位素3、LA-ICPMS测定主量和微量元素EMP和SIMS要求玻璃质熔体包裹体或对异质包裹体淬火均一化！！包裹体均一化过程存在一些问题：（1）加热会导致潜在的爆裂或泄露；（2）加热过程中挥发性元素分解、氧化及其导致均一温度过高使边界主矿物熔融进入包裹体(Danyushevskyetal.,2002;Veksleretal.,2006)；（3）加热时熔体中元素与寄主矿物的交换扩散(Andersonetal.,1989;Lowenstern,1994;Mulleretal.,2006)；（4）包裹体中硫化物即使用很快的冷却速度也很难淬火成玻璃(Halteretal.,2002)。LA-ICP-MS作为最新发展起来的原位微区测试技术，具有高灵敏度、快速测定多种元素等特点，广泛用于微量元素测试和富U矿物定年。Taylor（1997）首次应用于熔体包裹体测试,展示了不受包裹体矿物相控制、不需要均一化等优点；LA-ICP-MS测试结果与EMP、SIMS相媲美（PettkeT.et.Al.,2004）二、单个熔体包裹体LA-ICPMS测试技术中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室mixihostiincliC1CxCx)-(1利用LA-ICP-MS对无水硅酸盐矿物进行无内标定量分析时，样品与标样间元素的含量和计数满足方程（liuetal,2008）。)/(,)(100C1isamjrmjrmjNjjjsamiisamcpsCllcpslcpsl是利用USGS标准物质（BCR-2G、BHVO-2G、BIR-1G）作为多外标回归分析计算获得，分子中的“100”代表全部金属氧化物总和为100%。l)1/())()((100C11iinclxlcpscpsxlcpscpslNjjjhostihostNjjjmiximixi要获得只要知道主矿物占混合物的质量因子x，即可计算得到包裹体中的元素含量。质量因子x的确定方法（1）熔体中已测定的某一元素浓度；（不足：操作复杂，岩浆组分空间变化范围大）（2）包裹体和矿物间的元素分配系数；（不足：矿物与熔体是否平衡及分配系数的可靠性）（3）测定包裹体体积与整个剥蚀体积（不足：包裹体形态复杂，不容易定量）KdFe-Mg在Ol、Cpx与熔体间的分配系数恒定：(Duke,1976;RoederandEmslie,1970)；高温高压实验得出与之间的关系为(WoodandBlundy，1997)将Mg#cpx测试结果计算出Fe-Mg在单斜辉石与熔体间的分配系数cpxMg#186.0109.0Kdmelt/CpxMgFe)1(03.030.0Kdmelt/OlMgFe)1(037.027.0Kdmelt/CpxMgFe为什么选择熔体包裹体作为研究对象什么是熔体包裹体及其形成机制和后期变化熔体包裹体的（P、T、x）测试技术及存在问题熔体包裹体在地幔熔体研究中的应用应用1：地幔交代熔体/流体的保存主要为二辉橄榄岩，并有少量方辉橄榄岩，多为原变粒结构、镶嵌粒状结构及残碎斑结构，含黑色的辉石脉流体包裹体中碳酸盐矿物的成因——捕获or反应反应——菱镁矿只在斜方辉石中发育,白云石(或富Mg碳酸钙)只在单斜辉石中发育(熔体包裹体与寄主矿物的反应？)乔山橄榄岩中，两中辉石中两种碳酸盐矿物都有——捕获！！地幔碳酸盐质熔体的成因(1)含碳酸盐橄榄岩的部分熔融（FrezzottiML,etal.2002）——（伴随富Al,Na质玻璃的发育）(2)地幔中富硅碳酸盐熔体的不混溶作用（SchianoP,etal.1994;FrezzottiML,etal.1994）——（硅酸盐、碳酸盐共生）(3)硅酸盐-碳酸盐熔体/流体与橄榄岩之间的交代作用（SchrauderM,etal.2002）——（富硅碳酸盐熔体/流体具富碱特征）与碳酸盐熔体和斜