第七届青年地学论坛

    在汇聚大陆边缘，弧地壳的增生和分异、以及物质和能量的循环一直以来是地球科学领域重要的话题。在大陆弧背景下，含水的幔源基性岩浆侵入于地壳，并在地壳的不同尺度形成热带，深部热带也是弧岩浆发生存储、批式补给、结晶分异和同化混染的场所。弧岩浆演化过程中，角闪石作为重要的含水矿物，其结晶行为备受争议：一部分学者认为角闪石能够直接从弧岩浆中结晶出来并在弧地壳中堆晶，角闪石的分异对熔体成分的变化有着重要的影响，且这些堆晶相能储存水和富集元素信号，因而被称作“角闪石海绵”（Davidson et al., 2007）；而另外一部分学者认为角闪石为岩浆演化晚期阶段富水熔体与辉石相互反应而形成的（Smith，2014）。此外，由于陆弧常发育厚的地壳，高温基性岩浆的侵入不可避免会引发广泛的地壳熔融，形成批式的高演化、富水、富集组分较高的熔体。那么，这些熔体是如何作用于弧地壳（包括深部热带），是否参与角闪石结晶，以及是否贡献于“角闪石海绵”都是值得探究的问题。这里，我们选取扬子板块西缘一套新元古代弧有关的侵入岩序列及其其围岩作为研究对象，对其进行了岩相学、全岩和矿物地球化学成分分析。结果显示，壳源熔体不仅显著参与了弧岩浆的演化，而且与围岩发生了明显的熔体-岩石反应，这些过程不仅会使辉石大量转化为角闪石，也会导致其自身的富集信号和水储存于中上弧地壳中，利于元素和水的循环。
    扬子板块西缘经历了新元古代的陆缘弧过程，后期的构造运动使得深部地壳的弧岩浆侵入体以及伴随的围岩暴露于地表，有利于我们了解大陆弧地壳演化过程。本次研究的弧岩浆岩为一套分异演化的辉长质-闪长质-石英闪长质侵入体序列，围岩是两套基性的片麻岩。其中，弧岩浆岩结晶于~840—820 Ma，发育堆晶结构，堆晶相以早期结晶的斜长石和稍晚的角闪石和辉石为主，堆晶矿物之间分布着演化晚期的间隙熔体“假象”。嵌晶角闪石结构、全岩和角闪石的低Mg#表明其应形成于较为演化的含水的母岩浆在浅部岩浆房的分异。全岩富集的Sr-Nd同位素和地化特征表明其经历了壳源物质的加入。晚期的熔体与先存矿物发生转熔反应，形成了单斜辉石核-角闪石边、阳起石核-角闪石边等现象。辉石核部具Eu的负异常，但角闪石边却未见Eu负异常，加上角闪石呈现富集轻稀土、高Ba的特征，表明晚期的熔体不是岩浆正常演化到晚期形成的，而更可能是外源地壳熔体来源。因此，壳源熔体的加入使得应是导致角闪石形成和弧岩浆具富集元素特征的主要原因。
    两个基性片麻围岩样品也记录了明显的古老壳源熔体加入的特征：1）两个样品中的锆石发育有明显的核-边结构，定年结果表明两者原始分别结晶于~1400Ma和~850Ma，但均经历了~830 Ma的同弧岩浆的深熔作用；2）两个样品的边部ε_Hf(t=830Ma)分别为-15.2 ~ -9.2和-7.6 ~ -3.4，对应的核部ε_Hf(t=830Ma) 分别为 -19.9 ~ -25.2和 ~ +10.7；3）边部锆石的平均δ¹⁸O= ~9‰，高于核部1~2‰。壳源熔体的加入引发了一系列的转熔反应和矿物结晶，形成1）锆石的核-边结构；2）辉石转化为角闪石；3）斜长石大多转化为钾长石；4) 白云母、石英和钾长石代表的脉状熔体“假象”，且这些 “假象”多具有连通或半连通的结构特点。受到外源壳源熔体加入和改造，围岩的地球化学上发生了元素的迁入和迁出。具体表现在，两个基性围岩强烈富集Sr-Nd同位素，高K、Rb和Pb含量等特征，但P、Ti和重稀土却强烈亏损；辉石转化为角闪石也表明了该过程中强烈的水化作用。
    以上的研究表明在弧地壳演化过程中，同期的弧岩浆岩和围岩能够捕获深部壳源熔体中的水和富集元素，具有类似 “海绵”的效果。

 

陆弧,角闪石,壳源熔体,地壳演化,熔体交代