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薄弘泽：塔里木大火成岩省大规模酸性岩浆喷发前的演化与时间尺度【JGR-SE，2023】
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薄弘泽：塔里木大火成岩省大规模酸性岩浆喷发前的演化与时间尺度【JGR-SE，2023】 2023-02-20 阅读：1136次 不同于Siberian、Deccan以及峨眉山等典型的镁铁质大火成岩省只有少量长英质岩石（<7%），塔里木大火成岩省长英质岩石的面积大约为48,000 km2，占总面积的18%，属于介于镁铁质大火成岩省和硅质大火成岩省之间的过渡型大火成岩省，阐明其长英质岩石比例高的原因对于理解硅质大火成岩省的形成机制以及硅质大火成岩省和镁铁质大火成岩省之间的成因联系具有重要的意义。解决为什么长英质岩石有如此高比例的关键是要揭示酸性岩浆在岩浆房中的演化过程，特别是岩浆的滞留时间，以及地幔柱与含水地壳相互作用如何影响酸性岩浆系统的演化进程。石英的Ti扩散计时法已被广泛用于计算酸性岩浆系统的岩浆滞留时间，并且对于多数研究程度较高的酸性岩浆中都给出了几十年到几千年的时间尺度。然而这些结果目前存在较大争议：一方面是因为这些结果与近年来高精度锆石U-Pb测年的结果具有很大出入，后者总体上比前者要高两个数量级；另一方面是由于近两年来新测定的Ti在石英中的扩散系数与此前学界广泛采用的数值有两到三个数量级的区别，因此必然会导致计算的滞留时间尺度存在巨大差别。 围绕上述科学问题，我校地球科学与资源学院薄弘泽硕士在“岩浆-热液演化与金属成矿”求真群体张招崇教授的指导下，以塔里木过渡型大火成岩省中的流纹岩、粗面英安岩和凝灰岩这3类长英质岩石的岩心样品为研究对象，在传统的岩石学、矿物学和地球化学研究的基础上，开展了扩散计时数值模拟和晶体动力学（CSD分析）研究，取得了以下创新性成果： （1）石英斑晶从核部到边部，Ti的含量总体升高，局部表现为周期性的快速上升和缓慢降低（图1），TitaniQ温度计测算结果表明其生长过程中的温度变化超过100℃，这种反环带的特征指示了镁铁质岩浆补充使得晶粥活化、然后缓慢冷却并结晶分异的演化过程， Nd同位素的数值模拟结果进一步支持了这一结果（图2）；这些岩石中石英和长石的晶体分布呈现对数CSD的特征，指示了岩浆房中小晶体溶解与大晶体再生长的粗化过程（图3）。 （2）粗面英安岩具有相对均一的地球化学组成和斑晶含量，而流纹岩的地球化学组成和斑晶含量则梯度变化较大，它们分别对应组成了世界上多数酸性岩浆系统的两类长英质岩石端元（crystal-rich monotonous intermediates和crystal-poor high-silica rocks with large gradients）。均一粗面英安岩的形成可能与岩浆房中的潜热缓冲过程（latent heat buffering）有关，而不均一的流纹岩则可能是镁铁质岩浆在不同温压条件下向不同深度的岩浆房补充并相互反应的产物。 （3）基于最新报道的Ti在石英中的扩散系数，利用神经网络方法对石英核部和边部Ti扩散的拟合结果表明：晶粥再活化过程中岩浆补充的持续时间通常约为一百万年；而喷发前岩浆房内最后一次扰动的持续时间仅约为十万年（图4），这一结果与许多使用锆石U-Pb定年方法测定的酸性岩浆系统的绝对年龄差值基本一致；综合上述研究成果，提出塔里木酸性岩浆系统经历了周期性岩浆补充导致晶粥重熔（Recharge and Reactivation）、粗化（Coarsening）、结晶分异并冷却（Crystallization and Cooling）的岩浆房演化过程，并将其命名为RCC模式（图5）。 本项研究将传统的岩石学和地球化学方法与近年来兴起的晶体动力学和扩散计时法等数值模拟手段相结合，揭示了大型酸性岩浆系统喷发前的岩浆房演化过程，为进一步探索硅质大火成岩省和镁铁质大火成岩省的成因联系提供了新的思路和方向。 图1 石英斑晶的SEM-CL、BSE照片以及从核部到边缘Ti的含量、灰度以及相应的TitaniQ温度 图2 长英质火山岩补给和结晶过程以及简单混合过程的Nd同位素模拟 图3 长英质火山岩的各类CSD图解 图4 Ti扩散计时法计算的时间尺度和生长速率 图5 岩浆房演化的晶粥重熔、粗化、结晶分异并冷却的RRCCC模型 上述成果近期发表在国际地学期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上：Bo, H.Z., Zhang, Z.C.*, Cheng, Z.G., Ren, K.X., & Santosh, M. (2023). Pre-Eruptive Evolution and Timescales of Silicic Volcanism in the Tarim Large Igneous Province. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 128, e2022JB025016. 全文链接：https://doi.org/10.1029/2022JB025016 |
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