Question

岩浆成岩过程的鉴别

Answer 1

由前述平衡部分熔融和分离结晶作用中微量元素分配演化的定量模型,可以根据微量元素的行为对成岩过程进行鉴别。

Hanson (1978)使用固—液分配系数很低的不相容微量元素Ce和另一高分配系数的相容微量元素Sr作图(图5-40)。可见部分熔融和分离结晶作用在图中构成趋势形态明显不同的两条曲线。图5-40 中两种岩浆岩都来自均匀的同一母体,设一种岩石含有 Ce (铈)10×10^-6 ,D=0,强不相容元素;Sr (锶)278×10^-6 ,D=4,相容元素。原岩先发生40%的部分熔融;形成的岩浆又发生分离结晶,直至完全结晶。考察不相容元素和相容元素含量的变化 (表5-11 和表5-12)。

地球化学

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由表5-11、表5-12 和图5-40 可见,当岩石发生部分熔融时,不相容元素Ce的含量急剧下降,而相容元素Sr的含量缓慢增加。与此形成鲜明对比,当经历 40%部分熔融程度的岩浆发生分离结晶时,不相容元素Ce的含量缓慢增加,而相容元素Sr的含量急剧减少。由此得出以下结论:相容元素是辨别分离结晶程度最佳的定量指标,而不相容元素则是判断部分熔融程度最佳的定量指标。

Allege et al.(1978)提出了判别部分熔融和分离结晶的方法:

1 )固—液相分配系数高的相容元素,如Ni 和 Cr 等,在分离结晶作用过程中这些元素的浓度变化很大,但是在部分熔融过程中变化缓慢。

2)固—液相分配系数低的微量元素 (超岩浆元素 hypermagmatophile,简写为 H),如Ta、Th、La、Ce等,它们的总分配系数很低,与0.2～0.5 相比可以忽略不计。在部分熔融过程中这些元素的浓度变化大,但是在分离结晶作用过程中浓度变化缓慢。

图5-40 部分熔融和分离结晶作用过程中微量元素浓度的变化

(据 Hanson,1978)

3)固—液相分配系数中等的微量元素 (亲岩浆元素, magmatophile 简写为M),如 HREE、Zr、Hf、Sm 等,它们的总分配系数与1相比可以忽略不计。

在批次 (平衡)部分熔融过程中:

=1/(

(1-F)+F),对于H元素其D⁰ 值可以忽略,而对于M元素的

值就不能不予考虑。因此有:

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近似有:

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当用超岩浆元素H与亲岩浆元素M的浓度比值

对超岩浆元素H的

作图时,平衡部分熔融的轨迹是一条斜率为

的直线(图5-41)。

在分离结晶过程中:

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由于 H 元素和M元素的D值相对于 1 都可以忽略,因此有:

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两式相除得:

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在

图解中,代表一个火山熔岩系列的成分点将沿一条水平线分布(图5-41)。

图5-41 La/Sm-La 图解

图5-42 西藏冈底斯花岗岩类的La/Sm-La图解

Treuil et al.(1973,1975)研究了冰岛地表火山岩和 Reykjanes 洋脊火山岩的样品,用w (La)/w (Sm)比值对 La 丰度作图(图5-41 ),发现前者符合分离结晶的趋势,而后者为具有一定斜率的斜线,符合平衡部分熔融的趋势。

赵振华等 (1982)通过研究得知,我国西藏冈底斯岩带的斑状黑云母花岗岩应主要通过分离结晶过程形成,而闪长岩、花岗闪长岩和二云母花岗岩系列则应为批次部分熔融形成岩浆的产物 (图5-42)。