广州地化所火成堆晶岩中橄榄石生长机制研究获进展

  橄榄石是玄武质岩浆早期结晶的矿物之一,化学式[(Fe,Mg)2SiO4],随结晶条件变化而呈现多种晶体习性。火成堆晶岩中的橄榄石很少能保存记录其生长过程的生长环带,这是因为岩浆房中岩浆的冷却速率较慢,造成矿物的缓慢或平衡生长,不形成生长环带;由于Mg、Fe等元素在高温下的快速扩散导致橄榄石的成分均一化,生长环带难以在高温下保存。因此,利用橄榄石成分反演复杂的岩浆房过程有一定局限性。但橄榄石中P元素的扩散速率远低于Mg、Fe等元素,P在橄榄石中的分布有可能记录橄榄石的生长过程。此前少量工作对玄武岩中橄榄石斑晶中的P环带进行了初步研究,但对深成岩中橄榄石的P环带研究几乎是空白。

  中国科学院广州地球化学研究所岩浆作用与成矿学科组的科研人员,首次对我国攀西地区阿布郎当超镁铁质岩体中自形橄榄石,以及白马岩体中具有海绵陨铁结构的钒钛磁铁矿矿石中浑圆状橄榄石,进行P环带研究。采用高精度电子探针元素面扫描、激光ICP-MS以及电子背散射衍射(EBSD)技术,发现自形橄榄石和浑圆状橄榄石具有显著不同的P环带结构,记录了其不同的生长过程。

  阿布郎当岩体中纯橄岩和二辉橄榄岩中的自形橄榄石一般具有树枝状的富P环带,局部呈现平行带状、楔形或同心环状,且富P环带往往沿橄榄石晶面呈线性分布,构成橄榄石骨架(图1)。这与火山岩中橄榄石斑晶的树枝状富P环带完全一致,被认为是富P的橄榄石骨架快速生长形成的,随后的缓慢生长形成橄榄石的贫P部分。这一发现表明,岩浆房中橄榄石的结晶可能同样遵循树枝状的生长模式,而非传统上认为的树环或螺旋状的晶体生长模式。因此,在利用橄榄石核-边的成分变化反演岩浆的演化历史时应慎重。

  白马岩体海绵陨铁磁铁矿矿石中浑圆状橄榄石具有复杂的P环带结构。在整体贫P的橄榄石中,富P环带表现为不连续状、不规则同心环状、不规则补丁状、或骨架分布的树枝状(图2)。富P环带往往被贫P部分切穿,贫P区域包裹圆形磁铁矿和富Fe多相熔体包裹体。但在EBSD图中,富P环带均具有相同的结晶方向,暗示它们是同一颗橄榄石的残留。

  这些结构表明,浑圆状橄榄石至少经历了两期生长过程:第一期为橄榄石的树枝状生长;第二阶段为橄榄石的溶解-再析出过程(图3)。圆形的磁铁矿和富Fe多相熔体包裹体均分布在贫P橄榄石区域,这表明它们是在第二阶段被包裹入橄榄石中,因此,被包裹的磁铁矿并非岩浆早期结晶的产物。这可能是由于第一期橄榄石结晶后,由于粒间熔体不混溶形成了富Fe熔体,富Fe熔体与第一期橄榄石化学不平衡而反应造成的。研究表明,显微镜下直接观察到的橄榄石结构具有迷惑性,并不一定能反映其真实的生长过程,而橄榄石的P环带或能揭示复杂的岩浆房过程。

  相关研究成果发表在Earth and Planetary Science Letters上,研究工作受到中科院战略性先导科技专项(B类)、国家杰出青年基金、国家面上基金和国家青年基金的资助。

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