部分熔融和浅部岩浆过程对橄榄岩捕掳体掳体水含量的影响：来自安徽天长的实例

摘要

本文运用电子探针(EMP)，激光剥蚀等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)，显微傅里叶变换红外光谱仪(Micro-FTIR)以及拉曼光谱(Raman Spectroscopy)等分析手段对来自安徽天长市新生代碱性玄武岩中携带的橄榄岩捕掳体（包括14个二辉橄榄岩和1个方辉橄榄岩）进行了主微量元素以及水含量的分析。
　　单斜辉石、斜方辉石和橄榄石的水含量分别为70-280ppm，35-140ppm，～0ppm。矿物H2O含量与其主要元素含量之间存在很好的相关性，虽然橄榄石和斜方辉石中都有氢的丢失，但所有斜方辉石颗粒的核部都存在一个水含量的扩散平台，在该平台内，水的分布是均一的，并且同一样品内斜方辉石的核部水含量具有可比性，同时水在单斜辉石与斜方辉石中的分配系数Dcpx/opxH2O≈2,这表明辉石核部有效的保留了源区水含量的信息。假设水在橄榄石与单斜辉石之间的分配系数Dol/cpxH2O=0.1，根据矿物各自的百分含量计算出的全岩水含量为14～93ppm，平均值为52±25ppm，与MORB源区水含量的极低值相似。利用单斜辉石的Y和Yb元素含量来计算的天长橄榄岩的部分熔融程度为1％-10％。天长橄榄岩中未出现角闪石等含水矿物，但单斜辉石中轻稀土元素和大离子亲石元素（Th，U等）的富集表明其曾经遭受过地幔交代作用。全岩H2O含量与单斜辉石的(La/Yb)n值之间并无关系，而与Yb含量以及尖晶石的Cr＃之间存在很好的正相关性，说明天长橄榄岩H2O含量主要受地幔部分熔融程度控制，与地幔交代作用关系不大。利用实验获得的水在橄榄岩与熔体之间的分配系数，取DPeridotite/meltH2O=0.01～0.03，天长橄榄岩全岩水含量就可以很好地利用MORB源区地幔的部分熔融过程来模拟。天长橄榄岩矿物具有和MORB源区相似的化学组成，因此我们认为天长地区新生代岩石圈地幔是该地区软流圈地幔上涌冷却后形成的新生地幔。
　　所有样品的斜方辉石颗粒都显示出了氢的扩散环带，并且这种扩散与颗粒在包体中所处的位置无关，这也是第一次在天然斜方辉石中发现的氢扩散现象。单斜辉石、斜方辉石和橄榄石中水的分布特征表明氢在三者之间的扩散系数具有(D)ol＞10(D)opx＞1000(D)cpx的关系，利用前人实验得到的不同温度和机制作用下氢的扩散系数，我们认为天长橄榄岩包体中氢的扩散是在低温下(＜900℃)发生的，在根据辉石水含量来反演源区信息时，单斜辉石才是源区水含量最可靠的记录者，而对于斜方辉石要更加小心，其水含量的分布情况或许可以用来示踪岩浆的迁移或冷却过程。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 名义无水矿物中的水

1．2 岩石圈地幔水含量的研究途径

1．3 水含量的分析方法

1．4 岩石圈地幔水含量的制约因素

1．4．1 氧化还原反应对NAMs水含量的制约

1．4．2 部分熔融对NAMs水含量的制约

1．4．3 地幔交代对NAMs水含量的制约

1．5 橄榄石和辉石中H的结合机理及扩散

1．5．1 橄榄石和辉石中H的结合机理

1．5．2 橄榄石与辉石中H的扩散

1．6 存在的问题及本次工作的内容和意义

1．6．1 存在的问题

1．6．2 本文的研究内容及意义

第二章 地质背景与样品描述

2．1 地质背景

2．2 样品描述

第 三章 分析方法

3．1 电子探针(EMPA)

3．2 激光剥蚀等离子体质谱仪(LA- CP-MS)

3．3 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)

3．4 电子背散射衍射(EBSD)

3．5 傅里叶变换拉曼光谱(FT-Raman)

第四章 实验结果

4．1 电子探针分析结果

4．1．1 主量元素分析

4．1．2 包体的平衡温度

4．1．3 电子探针线分析及背散射图像(BSE)

4．2 激光剥蚀等离子体质谱仪分析结果

4．3 傅里叶变换红外光谱分析结果

4．3．1 矿物的OH吸收峰

4．3．2 矿物水含量分布特征

4．3．3 矿物及全岩水含量

4．4 背散射衍射结果(EBSD)

第五章 讨论

5．1 地幔部分熔融对受到交代的地幔矿物水含量的影响

5．1．1 地幔源区初始水含量的保存

5．1．2 天长橄榄岩经历的地幔过程

5．1．3 地幔过程对水含量的影响

5．1．4 小结

5．2 幔源斜方辉石中氢的扩散

5．2．1 斜方辉石氢扩散剖面的模拟

5．2．2 氢在辉石和橄榄石中的扩散

5．2．3 天长橄榄岩氢扩散行为的指示意义

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果