含水玄武岩体系角闪石/熔体Nb Ta分配:对弧岩浆演化和大陆壳形成的制约

摘要

为了了解角闪石在弧岩浆演化过程中对铌钽分异的影响，用中钾及高钾两种玄武岩作为初始物进行高温高压实验研究，以此得到不同温度、压力、水含量、氧逸度和钛含量下的角闪石/熔体间的铌钽分配系数（DNb和DTa）。实验中得到的DNb范围从0.16～0.90，DTa从0.13～0.68，而DNb/DTa从0.76～2.81。没有观察到钛含量和氧逸度对分配系数的影响。DNb和DNb/DTa与温度、角闪石的镁值和熔体水含量呈负相关，而与熔体聚合度呈正相关。在弧岩浆冷却结晶的过程中，角闪石中的镁值会随着温度的降低而降低，同时熔体聚合度会相应升高，这使得角闪石/熔体间的分配系数也随之升高，并且DNb/DTa从小于1变为大于1，因此铌钽的分异会随着结晶过程的进行而增强。另一方面，熔体中的水含量会随着结晶程度的增加而增加，这又会减缓DNb和DNb/DTa的升高。因此，只有在低温并且少水的条件下会产生高的DNb和DNb/DTa。而弧岩浆通常含水量在3%～6%，此时的DNb和DNb/DTa分别大于0.35和1.2，这足以导致演化岩浆中铌钽比值的明显降低。用实验获得的铌钽分配系数进行模拟表明，将铌钽比值从岛弧玄武岩的15～16降低到全大陆地壳的12～13这一过程中需要角闪石作为主要的结晶相。