喜马拉雅淡色花岗岩中电气石的成因机制:来自天然样品和实验研究的约束

来源 :中国地震局地质研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jicck321
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喜马拉雅淡色花岗岩是印度-欧亚板块碰撞过程中地壳深熔作用的产物,能够记录喜马拉雅造山带的构造演化过程。电气石淡色花岗岩是喜马拉雅淡色花岗岩的主要类型之一,由于电气石特殊的成因机制和多期生长的特征,研究电气石的矿物结构、矿物成分和结晶条件有助于限定喜马拉雅淡色花岗岩的形成机制和岩浆演化过程。本文将天然电气石研究和高温高压实验模拟相结合,探讨了喜马拉雅淡色花岗岩中电气石的形成机制,以电气石作为载体讨论了淡色花岗岩岩浆的来源和演化过程,并对不同类型淡色花岗岩的成因联系提出了新的约束。纳木纳尼电气石淡色花岗岩中存在两种不同类型的电气石,矿物结构及主量元素成分显示这两种电气石结晶于岩浆演化的不同阶段,Ⅱ型电气石的核部和幔部与被其他矿物包裹的电气石成分相似,具有富Mg贫Fe特征,显示其结晶于岩浆演化的早期,Ⅲ型电气石经常包裹其他矿物,成分上与Ⅱ型电气石的边部类似,表现为富Fe贫Mg,显示其在岩浆演化晚期结晶的特征。纳木纳尼淡色花岗岩中电气石的B同位素成分显示双峰式分布,Ⅱ型电气石核部和幔部δ11B值较高(-7‰-8‰),Ⅱ型电气石的边部与Ⅲ型电气石的B同位素组成相似,δ11B值集中于-12‰-15‰。B同位素分馏计算结果显示,两期电气石δ11B值差异的主要原因是岩浆演化晚期脱挥发分作用带走了大量11B,使残余岩浆的δ11B值急剧降低,同一期次电气石δ11B值的细微差别表明电气石结晶可使岩浆的B同位素发生低程度分馏。结合前人研究可得,喜马拉雅淡色花岗岩中电气石的B同位素组成并不均一,造成这种不均一的原因包括:淡色花岗岩源岩不同,或岩浆演化过程中B同位素存在分馏。我们利用不同B含量的花岗岩玻璃,在不同的温度(650-800℃)、氧逸度(NNO和NNO+2)、水活度(1、0.7和0.5)条件开展了电气石结晶实验,系统研究了电气石在花岗质熔体中的结晶条件。实验结果显示:熔体B含量是决定电气石结晶的最主要因素,电气石结晶需要熔体B含量超过一个临界值(WB),此临界值随着氧逸度、水活度等条件的变化而变化,并随温度的升高而急剧增大。低水活度高氧逸度条件有利于电气石结晶。熔体的铝饱和指数(ASI值)对电气石结晶的影响不大,电气石可以在ASI值<1.1的准铝质熔体中保持稳定。实验样品的矿物组合显示,在含B的花岗质熔体中,熔体的水活度和B含量共同控制了液相线矿物的种类,水活度和B含量改变,熔体的液相线矿物随之改变。蓝线石可能是富B花岗质岩浆中除电气石以外最主要的富B矿物,高B低水活度熔体中,蓝线石可能是液相线矿物。沙漏型电气石的结晶显示岩浆型电气石也可能存在沙漏状成分环带。因此,花岗岩中电气石成分环带成因的多样性也要求我们在利用电气石成分环带判断其结晶条件时需要更加慎重。我们在600700℃,200MPa条件下开展了含B流体与二云母花岗岩的交代反应实验,重点研究了温度和流体B含量对交代反应产物的影响。实验结果表明,富B流体与二云母花岗岩反应可以形成电气石花岗岩。在700℃条件下,富B流体的加入会使二云母花岗岩发生部分熔融,电气石从部分熔融熔体中结晶。600℃实验中未产生熔体,富B流体使黑云母发生分解,形成磁铁矿,其余Fe、Mg和Al与流体中的B结合形成电气石。实验产生的电气石普遍具有核-边结构,显示矿物结晶过程伴随熔体或者流体成分的改变。由实验结果可以推断,含B花岗质岩浆房结晶晚期脱挥发分作用产生的富B流体在上升运移过程中,可能与岩浆房边缘相的二云母花岗岩发生反应,形成电气石花岗岩岩株或岩脉。本研究表明,岩浆后期富B流体参与的自交代反应可能是电气石花岗岩的重要成因之一。天然电气石研究和电气石结晶实验结果显示,喜马拉雅淡色花岗岩中电气石的成因具有多样性,但其主要结晶于岩浆演化的晚期。结合前人研究,本文将不同类型淡色花岗岩的成因联系总结为两种主要模式:初熔岩浆决定淡色花岗岩类型和岩浆结晶分异决定淡色花岗岩类型。
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