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    地调局地质力学所张拴宏研究员等人在开展白云鄂博矿区富稀土-Nb火成碳酸岩年代学研究过程中,成功地从白云鄂博矿区东侧靠近晚古生代花岗岩接触带附近3个富稀土-Nb火成碳酸岩样品中分选出了斜锆石。

    作为硅不饱和岩浆中结晶的副矿物之一,斜锆石(ZrO2)在基性-超基性岩及碱性岩如碳酸岩、金伯利岩、辉绿岩、正长岩、辉长岩等精确定年中近十多年来发挥着越来越重要的作用。由于成因简单(一般均为岩浆结晶成因)并且普通铅含量很低,斜锆石已经成为国内外开展硅不饱和岩石U-Pb定年的首选矿物之一。

    对此次发现的斜锆石离子探针(SIMS)及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)U-Pb测年结果获得的结晶年龄为310~270 Ma,这一结晶年龄与白云鄂博火成碳酸岩侵位年龄(~1300 Ma)完全不同,而与附近花岗岩体的结晶年龄相接近。电子探针分析结果表明,在这些锆石中除包含有金云母、磷灰石、磁铁矿及铈褐钇钶矿外,还见有大量硅镁石的矿物包体。背散射及电子探针分析结果显示在部分斜锆石颗粒中还存在有与其共生的锆石。由于硅镁石是典型的接触交代矿物,这些斜锆石的测年结果及包体组成表明它们不是从火成碳酸岩岩浆中结晶出来的,而是接触交代成因的,代表了火成碳酸岩中发现的一种新的斜锆石类型。通过对富稀土-Nb火成碳酸岩中矿物组合及前人发表资料的综合分析,提出了这些斜锆石形成于晚古生代花岗岩侵位过程中已有锆石与白云石的交代反应,或者是矽卡岩化中某些阶段贫硅流体结晶的产物。对于认识受到接触交代影响的火成碳酸岩中斜锆石的成因机制及白云鄂博矿床的后期改造作用具有重要科学意义。

    该研究成果近期发表在国际SCI刊物Lithos上(Shuan-Hong Zhang, Yue Zhao, Qiu-Li Li, Zhao-Chu Hu, Zhen-Yu Chen, 2017. First identification of baddeleyite related/linked to contact metamorphism from carbonatites in the world's largest REE deposit, Bayan Obo in North China Craton. Lithos. 284–285, 654–665. DOI: 10.1016/j.lithos.2017.05.015)。

     

    白云鄂博矿区及其外围地质图 

     

    斜锆石反射光(ACE)及透射光图像(BDF 

     

    斜锆石包体组成(A-D)及共存的斜锆石及锆石(EF 

     

    斜锆石U-Pb谐和图 

    世界上首例在火成碳酸岩中发现接触交代成因的斜锆石

    岩浆补给作用为岩浆房补充热量和物质,促进岩浆房的对流、岩浆的分异演化和早期结晶晶体的熔蚀及再活化,并且可能导致岩浆房过压,触发火山喷发。同时,岩浆补给作用制约着高硅流纹质火山岩的形成,是晶体-熔体分离机制的关键因素之一,但该作用通常较为“隐蔽”。为揭示这一作用过程,自然资源部中国地质调查局地质研究所贺振宇研究员课题组颜丽丽博士后与南京大学徐夕生教授合作,选择中国东南沿海巨型火山-侵入杂岩带中具有代表性的浙江雁荡山破火山口火山-侵入杂岩为对象,对中央侵入相石英正长斑岩及其中发育的富晶体包体开展了斜长石原位Sr同位素研究。该研究揭示了斜长石颗粒之间的成分和Sr同位素组成变化,有效制约了酸性岩浆系统的岩浆补给和堆晶体的再活化过程。

    浙江雁荡山破火山口火山-侵入杂岩由包含四个岩性段的流纹质火山岩,以及中央侵入相石英正长斑岩组成(图1)。石英正长斑岩中发育次球状或不规则状的富晶体包体。这种包体与花岗岩中常见的暗色微粒包体不同,富含晶体和斑晶(图2)。同时,在雁荡山第四火山岩性段的流纹质晶屑-玻屑熔结凝灰岩中也发育这种富含晶体的浆屑或包体(图2)。目前一般认为这种类型的包体与岩浆房的晶粥活化作用有关。

    图1 浙江雁荡山破火山口火山-侵入杂岩地质简图。石英正长斑岩位于破火山口的中心,呈多个岩株出露。

    图2雁荡山石英正长斑岩和富晶体包体的野外露头照片(a-c)。第四火山岩性段火山岩中也发育类似的富晶体包体(d)。

    斜长石Sr同位素研究结果表明:

    1.雁荡山破火山口火山-侵入杂岩中的包体和寄主石英正长斑岩中发育的斜长石晶体虽然发育了复杂的内部结构和成分环带(图3),但颗粒内部的(87Sr/86Sr)i变化不明显。但是,斜长石颗粒间显示了明显的(87Sr/86Sr)i变化(图4),暗色了岩浆补给和岩浆混合过程,并且该作用过程可能驱动了晶体间熔体的抽取。

    2.尽管石英正长斑岩与包体的全岩(87Sr/86Sr)i差别很小,但是包体中斜长石的(87Sr/86Sr)i变化范围与其对应的全岩Sr同位素组成范围相似或偏低,而石英正长斑岩中斜长石的(87Sr/86Sr)i变化范围与其对应的全岩Sr同位素组成范围相似或偏高(图4)。因此,这些包体的变化范围较大的全岩(87Sr/86Sr)i,可能暗色了其主要组成矿物为来自不同端元的组合。这对于理解全岩Sr同位素组成的也提供了新的信息。

    图3 包体中斜长石斑晶的成分面扫描,显示其环带结构,核部低Ca并发育筛状构造,边部高Ca。

     

    图4雁荡山石英正长斑岩以及包体中斜长石颗粒间(87Sr/86Sr)i变化,以及与全岩Sr同位素组成对比。

    本研究同时也展示了斜长石原位Sr同位素分析在揭示酸性岩浆系统的岩浆作用过程研究中重要作用和潜力,也为支撑和推动地调局在深部地质调查与研究提供了新的研究思路。本研究受国家自然科学基金项目(41930214, 41102028)和中国博士后科学基金项目(2020M670402)资助,成果发表于国际地学期刊《Journal of Asian Earth Sciences》:Yan Li-Li, He Zhen-Yu, Xu Xi-Sheng, 2020. Magma recharge processes of the Yandangshan volcanic-plutonic caldera complex in the coastal SE China: constraint from inter-grain variation of Sr isotope of plagioclase. Journal of Asian Earth Sciences 201, 104511. 全文链接:https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2020.104511

    附:对雁荡山破火山口火山-侵入杂岩系统的锆石U-Pb定年、锆石Hf-O同位素和全岩地球化学等研究,制约了其岩浆来源,以及火山岩与侵入岩的具体成因联系等问题。该研究成果发表于Lithos:Yan Li-Li, He Zhen-Yu, JahnBor-ming, Zhao Zhi-Dan, 2016. Formation of the Yandangshan volcanic-plutonic complex (SE China) by melt extraction and crystal accumulation.Lithos 266–267, 287–308.http://dx.doi.org/10.1016/j.lithos.2016.10.029

     
     
    地质所斜长石原位Sr同位素研究获新进展