第二章超鎂鐵巖和鐵質(zhì)侵入體

第二章超鎂鐵巖和鎂鐵質(zhì)侵入體超鎂鐵巖包括(1)地幔巖，(2)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)侵入體

一.地幔巖1巖石類型包括二輝橄欖巖、方輝橄欖巖、純橄巖(和輝石巖)等；2地質(zhì)產(chǎn)狀：由玄武質(zhì)火山巖或金伯利巖直接從地幔捕獲而帶到地表（地幔巖捕擄體），主要在板內(nèi)伸展環(huán)境(裂谷帶)。含地幔捕擄體的玄武巖主要是偏堿性的，而拉斑玄武巖中少見，與密度有關(guān)。3礦物成分：除橄欖石、單斜輝石、斜方輝石外，還有尖晶石、鉻鐵礦、磁鐵礦、角閃石、金云母、硫化物和合金等。4化學(xué)成分：橄欖巖類強(qiáng)烈虧損親石元素如K,Na,Rb,Ba,Sr,Th,U,Pb,REE(只有球粒隕石0.01-0.6倍)等，但富集MgO,Cr,Ni,Co等相容元素；輝石巖富集稀土和不相容元素：代表玄武巖熔體或橄欖巖反應(yīng)產(chǎn)物，在地幔中呈細(xì)脈狀。含Al二輝橄欖巖的相圖Plagioclase：<50km；Spinel，50-80km；Garnet，80-400km；400km開始，相變開始從a相橄欖石變?yōu)閎相(歪曲尖晶石結(jié)構(gòu))，再?gòu)?00km變?yōu)間相真正尖晶石結(jié)構(gòu)（即八面體結(jié)構(gòu)6次配位的Ringwoodite,密度增加8%）>670km，硅酸鹽不穩(wěn)定，Ringwoodite分解成方鎂石MgO＋鈣鈦礦結(jié)構(gòu)MgSiO3下地幔：氧化物為主：柯石英SiO2，方鎂石MgO，方鐵礦FeO，剛玉Al2O3，金紅石TiO2等，密度增10%上地幔巖相

(800km內(nèi))Pl–Lher1000℃10kbCaAl2Si2O8+2Mg2Si04CaMgSi2O6+2MgSiO3+MgAl2O4AnFoDiEnSpCaMgSi2O6+MgAl2O4+SiO2CaMg2Al2Si3O12DiSpGt20kbMgSiO3+MgAl2O4+SiO2CaMg2Al2Si3O12EnSpGtGt-Lher

350km內(nèi)Ol>>>Opx>Cpx+Sp/GtSp–Lher+p-p+p-p+p-pOlα-Spβ-Sp密度增加10.6%Al-PyrMgFe-Gt密度增加10%地震波第一次大改變橄欖石Si配位數(shù)4(四面體)6(八面體)密度更大，地震波第二次大改變1000℃109kb116kb

>400km800km內(nèi)

>670km(1kb≈3.3km)巖石圈地幔軟流圈地幔與D”的位置性質(zhì)低速帶

即軟流圈地幔含1%略多的熔體

Vp8-10km/s湍流導(dǎo)致磁場(chǎng)外核-內(nèi)核-地幔的物態(tài)轉(zhuǎn)速Vp的差異是地球動(dòng)力之源堿性玄武巖中最常見的包體

包括上地幔捕虜體輝石巖類巖塊捕虜體各種單礦物巨晶(捕虜于深源)中/歪長(zhǎng)石(地殼-40km±

)富Al普通輝石

(50-100km±)輝石巖類(50-100km±)二輝橄欖巖類(≥

60km)尖晶石二輝橄欖巖捕虜體一般代表30-65km上地幔頂部組分最常見于堿性玄武巖特別是火山碎屑巖中全世界300余處產(chǎn)地樣品分析表明其礦物組成和主量元素異常穩(wěn)定但因受巖漿-流體交代而生成微量AmpPhl和富集不相容元素由此構(gòu)成富集地幔鉻透輝石含Cr2O3>0.8%翠綠色橄欖石扭折帶

系橄欖石變形葉片葉片接合面為(100)滑動(dòng)方向平行c軸形成于生長(zhǎng)應(yīng)力/負(fù)荷壓力下橄欖石可以有既垂直三個(gè)結(jié)晶軸又分別平行{100}/{010}/{001}三平行板面的解理因此不會(huì)發(fā)生該方位雙晶除非雙晶接合面平行于{110}

扭折帶葉片對(duì)接合面并非對(duì)稱消光弱變形橄欖石扭折帶強(qiáng)變形橄欖石扭折帶呈階梯狀消光橄欖石晶粒邊緣斜坡呈現(xiàn)干涉色等色圈該橄欖石切面為垂直光軸切面因暗灰干涉色系橄欖石光軸色散所致SpGtGt二輝橄欖巖

形成于65-70km以下的上地幔的p-t條件(-)(+)SpGt二輝橄欖巖

形成于Sp與Gt兩相共存的p-t條件石榴石二輝橄欖巖捕虜體

系75km以下的上地幔組分被堿性玄武巖漿爆發(fā)式噴發(fā)時(shí)快速挾帶至地表故保存良好較少受巖漿反應(yīng)和同化一般賦存于火山碎屑巖風(fēng)化后形貌Gt-Lherz福建明溪大洋窩采自稻田里(+)(+)(-)(-)

地幔巖捕虜體四類重要結(jié)構(gòu)

(依次發(fā)育)1原始粒狀結(jié)構(gòu)

Ol>4mm2殘碎斑狀結(jié)構(gòu)

Ol/En呈殘碎斑晶葉理良好DiSp

被分散3等粒狀結(jié)構(gòu)重結(jié)晶結(jié)構(gòu)三聯(lián)點(diǎn)發(fā)育4板狀結(jié)構(gòu)超塑性條件下定向構(gòu)造碎裂“峽谷”斜坡上呈現(xiàn)對(duì)稱干涉色色譜級(jí)序等粒狀結(jié)構(gòu)板狀結(jié)構(gòu)GtSp深綠(+)(-)(-)(-)(+)(+)Gt尖晶石-石榴石輝石巖單斜輝石巖石榴石輝石巖輝石巖類

捕虜體在25-100km左右深度從玄武巖漿中結(jié)晶形成呈巖塊/脈/平板狀產(chǎn)出其中Cpx是估算p-t最佳對(duì)象二.鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)侵入體地幔原生巖漿(苦橄質(zhì)、橄欖玄武質(zhì))侵位到地殼中，經(jīng)歷分離結(jié)晶和復(fù)雜的巖漿房演化而形成。有關(guān)成礦：鉻鐵礦(高寺臺(tái))、釩鈦磁鐵礦(攀枝花)、銅鎳硫化物礦床(金川、喀勒通克)……新疆東天山地區(qū)碰撞后鎂鐵－超鎂鐵侵入體二.鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)侵入體1分離結(jié)晶作用Bowen(1915)、Schairer(1957)根據(jù)實(shí)驗(yàn)：安山巖、流紋巖和花崗巖都是玄武巖母巖漿經(jīng)歷分離結(jié)晶作用而形成(富硅趨勢(shì))。但這是在簡(jiǎn)單體系中，跟自然界復(fù)雜體系差別很大。Fenner等(1929)提出玄武巖分異導(dǎo)致富鐵趨勢(shì)，而不是富硅！Osborn(1959)基于體系MgO-FeO-Fe2O3-SiO2，用一定的玄武質(zhì)巖漿起始，發(fā)現(xiàn)還原環(huán)境下(無氧)分離結(jié)晶形成富鐵趨勢(shì)(拉斑玄武巖系列）；恒定氧逸度下分離結(jié)晶形成富硅趨勢(shì)(鈣堿性系列)。兩個(gè)系列的差別可能與巖漿的氧逸度大小有關(guān)(?)Bowen反應(yīng)序列鈣堿性系列拉斑玄武系列Fenne富鐵殘余富硅殘余Sp+Ol+AnOl+AnPy+AnFoFaQ長(zhǎng)英質(zhì)區(qū)域Or54%+Q46%Ol+AnSp+Ol+AnFoFaIrvine(1976)據(jù)硅酸鹽融體中亞穩(wěn)融體不混容性對(duì)上述兩種分離結(jié)晶趨勢(shì)提出新的解釋。在Mg2SiO4-Fe2SiO4-CaAl2Si2O8-KAlSi3O8-SiO2體系（1atm）中，如果沒有KAlSi3O8組分則橄欖石和貧Ca輝石的結(jié)晶區(qū)域相對(duì)于長(zhǎng)英質(zhì)礦物大大縮?。ㄩL(zhǎng)英質(zhì)區(qū)域加大），反之，如果有KAlSi3O8組分則長(zhǎng)英質(zhì)組分區(qū)域大大縮小，結(jié)晶向著富硅方向發(fā)展：由于KAlSi3O8組分的加入抑制了亞穩(wěn)液體（長(zhǎng)英質(zhì)）不混熔區(qū)域。據(jù)Kushiro(1975)，KAlSi3O8和H2O有類似的效果。這是為什么鈣堿性巖漿向富硅方向演化（富含堿質(zhì)和水），而拉斑玄武質(zhì)巖漿向富鐵方向演化。

多數(shù)野外和實(shí)驗(yàn)都不支持Bowen的模式:(1)基性巖和酸性巖是co-magmatic，而不是演化關(guān)系；(2)Skaergaard層狀輝長(zhǎng)巖體是極端分離結(jié)晶的例子，但其通常表現(xiàn)為富鐵趨勢(shì)，不同于活動(dòng)大陸邊緣常見的玄武巖、安山巖和花崗巖組合。(3)層狀輝長(zhǎng)巖在主要的富鐵趨勢(shì)之后會(huì)產(chǎn)生少量酸性巖漿，對(duì)比這些酸性巖漿與花崗質(zhì)巖基(SierraNevada)后發(fā)現(xiàn)，兩者不吻合，表明花崗質(zhì)巖基不可能來自玄武巖的分離結(jié)晶作用。Bushveld侵入體也沒有產(chǎn)生典型花崗巖。2典型基性-超基性侵入體(1)層狀雜巖體，代表性巖體是南非前寒武的Bushveld雜巖體。規(guī)模大的主要在前寒武形成，年輕的基性侵入體通常規(guī)模較小。與板內(nèi)伸展有關(guān)。(2)同心環(huán)狀雜巖體，代表性巖體是阿拉斯加型(Alaskan-type)雜巖體：與俯沖帶有關(guān)。(1)Bushveld層狀侵入體(a)產(chǎn)狀：侵位于南非克拉通,與伸展環(huán)境有關(guān)；11萬多平方公里，7千米厚。與圍巖有接觸變質(zhì)帶，表明侵位淺。(b)典型層狀侵入體：成層分布，具明顯垂直分帶。底部為純橄巖、橄欖巖和輝石巖，中部為蘇長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖，上部為淺色輝長(zhǎng)巖、斜長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖。礦物結(jié)晶粒度通常下部粗粒，上部細(xì)粒，類似沉積巖的粒序?qū)永怼㈨嵚蓪永砘蚪诲e(cuò)層理，單層厚度可達(dá)幾米，也有不足1cm。(c)礦物種類和成分變化：橄欖石、斜方輝石、鉻鐵礦、硫化物（PGEs）、斜長(zhǎng)石。底部是橄欖石和鉻鐵礦，之后鉻鐵礦停止結(jié)晶，而出現(xiàn)含鉑族元素礦化的硫化物(熔離作用)；中部是富opx層；靠近頂部出現(xiàn)磁鐵礦，同時(shí)磷灰石也出現(xiàn)。早期出現(xiàn)的輝石和橄欖石富鎂，晚期富鐵(鈣鐵輝石和鐵橄欖石)。早期出現(xiàn)的斜長(zhǎng)石富鈣(An80)，晚期(頂部)逐漸富鈉(An30)；不同巖性的化學(xué)組成連續(xù)變化，富鐵趨勢(shì)明顯。由于殘余巖漿不斷富集Fe+3，P，堿(K,Na)，Si，最后結(jié)晶了磁鐵礦、磷灰石、鉀長(zhǎng)石和石英,富鐵趨勢(shì)中止并向富堿方向演化。成分分層粒度分層鐵鎂礦物為主鉻鐵礦層富斜長(zhǎng)石層Bushveld鉻鐵礦層富斜長(zhǎng)石層橄欖巖：不同粒度和比例的橄欖石和輝石分別富集輝石和斜長(zhǎng)石的細(xì)層呈互層狀雙擴(kuò)散對(duì)流分異圖(d)結(jié)晶分異的機(jī)制A重力分異：因重力差異發(fā)生晶體沉降,成分、粒序垂向韻律變化無法用單一重力分異解釋。B雙擴(kuò)散對(duì)流(doublediffusionconvection)堆晶結(jié)構(gòu)明顯，每層底部是富橄欖石層并夾有鉻鐵礦層，之后是富opx層；從底部向頂部鐵鎂礦物減少長(zhǎng)石增加的垂直分帶，且分帶可重復(fù)出現(xiàn)；輝長(zhǎng)巖也重復(fù)出現(xiàn)；韻律層分界明顯。以前認(rèn)為是巖漿間歇注入和重力分異結(jié)果，但因?yàn)閷?duì)需要注入的巖漿要求苛刻而受到懷疑?，F(xiàn)在認(rèn)為是均一巖漿房發(fā)生雙擴(kuò)散對(duì)流邊界層分異作用的結(jié)果。溫差導(dǎo)致密度差而產(chǎn)生對(duì)流，高密度低溫的下行巖漿將在對(duì)流層底部結(jié)晶，由于結(jié)晶潛熱釋放和底部加熱，殘余巖漿再上升，形成新的對(duì)流和新的結(jié)晶分離作用。(2)TheStillwatercomplex:類似于Bushveld(a)超基性巖帶：主要礦物先后是橄欖石、鉻鐵礦、斜方輝石、斜長(zhǎng)石、普通輝石(augite)。斜長(zhǎng)石是在15個(gè)超鎂鐵巖層之后才出現(xiàn)。超鎂鐵層通常是純橄巖(鉻鐵礦層在其頂部出現(xiàn))、嵌晶方輝橄欖巖(ol+opx；可能ol+SiO2=opx，隨著ol結(jié)晶，液體成分抵達(dá)轉(zhuǎn)熔點(diǎn))、粒狀方輝橄欖巖(ol,opx共結(jié))、斜方輝石巖。斜長(zhǎng)石和單斜輝石是粒間相。當(dāng)熔體變得富鐵橄欖石組分后，opx與ol共結(jié)。當(dāng)橄欖石不再結(jié)晶，液相線進(jìn)入輝石區(qū)結(jié)晶出斜方輝石巖。(b)層狀系列。斜長(zhǎng)石大量出現(xiàn)是層狀系列的標(biāo)志，斜長(zhǎng)石與斜方輝石共同結(jié)晶形成蘇長(zhǎng)巖。特征是：密集細(xì)層的斜長(zhǎng)石與輝石交替出現(xiàn)，但在侵入體上部斜長(zhǎng)石越來越多，并過渡到斜長(zhǎng)巖(三層，每層厚500米)。(c)斜長(zhǎng)巖的形成怎么解釋？因?yàn)榕c斜長(zhǎng)石同時(shí)結(jié)晶應(yīng)該有大量輝石，為什么發(fā)生兩者分離？巖相學(xué)：斜長(zhǎng)石晶體粗大，環(huán)帶復(fù)雜，可能與巖漿房對(duì)流有關(guān)，較重的opx堆晶到底部。斜長(zhǎng)石的REE中Eu強(qiáng)烈正異常，而輝石巖顯示負(fù)Eu異常。純橄巖(Fo)鉻鐵礦純橄巖＋鉻鐵礦方輝橄欖巖(反應(yīng))方輝橄欖巖（共結(jié)Fa）斜方輝石巖反應(yīng)區(qū)：Fo＋SiO2＝En(Mg-opx)共結(jié)區(qū)：Fa＋opx斜長(zhǎng)巖，韓國(guó)斜長(zhǎng)石（基性）占90％以上，暗色礦物很少，主要為輝石、角閃石、橄欖石。斜長(zhǎng)巖既可呈獨(dú)立的巖體產(chǎn)出，也可與輝長(zhǎng)巖共生。蘇長(zhǎng)巖輝長(zhǎng)巖斜長(zhǎng)巖輝綠巖輝石斜長(zhǎng)石溫度輝長(zhǎng)巖和輝綠巖；高、低水壓；高壓分離結(jié)晶。斜長(zhǎng)石低壓貧水，輝石高壓/高水壓環(huán)狀基性-超基性雜巖體：阿拉斯加型(Alaskan-type)(1)分布：沿深大斷裂成群分布，往往與俯沖帶有關(guān)，代表俯沖向伸展轉(zhuǎn)化階段；巖體體積較小，近圓形或橢圓形。最早在阿拉斯加發(fā)現(xiàn)。Alaska(Taylor1967;HimmelbergandLoney1995),theUralsofRussia(Fershtateretal.1997)。

(2)巖石類型：同心圓狀分布，核部是純橄巖(+鉻鐵礦)，向外分別是單輝橄欖巖(wehrlite)，單斜輝石巖，角閃單斜輝石巖，角閃輝長(zhǎng)巖，角閃石巖等。晚期有磁鐵礦，磷灰石等。(3)礦物成分：以橄欖石、單斜輝石、角閃石為主，而斜方輝石和斜長(zhǎng)石稀少。鉻尖晶石出現(xiàn)在純橄巖、單輝橄欖巖和橄欖輝石巖中，而輝石巖、角閃輝石巖、角閃石巖中副礦物以磁鐵礦、榍石、磷灰石等。尖晶石顯示Fe和Cr的反相關(guān)關(guān)系，顯示富鐵趨勢(shì)(Cr+3被Fe+3替代：晚期流體富集，鉻尖晶石與粒間流體在高氧逸度條件下發(fā)生反應(yīng))。這不同于蛇綠巖中鉻尖晶石(Fe+3恒定，Cr+3被Al+3替代)，原因：蛇綠巖中的基性-超基性堆晶是低壓貧水環(huán)境下分離結(jié)晶產(chǎn)物，而阿拉斯加型雜巖是高壓富水環(huán)境下分離結(jié)晶產(chǎn)物。(4)地幔源區(qū)和母巖漿性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明，二輝橄欖巖地幔被CO2+H2O交代，熔融(1320C1.5Gpa)形成含水的苦橄質(zhì)ankaramite巖漿(高CaO/Al2O3；高鈣苦橄巖漿）。隨著巖漿上升CO2的丟失，橄欖石或橄欖石+輝石出現(xiàn)(高壓分離結(jié)晶)，同時(shí)殘余巖漿水增加，導(dǎo)致尖晶石富鐵趨勢(shì)(低壓)。無水的二輝橄欖巖熔融不會(huì)產(chǎn)生高Ca/Al比苦橄巖(如MORB和地幔柱苦橄巖)。(5)與其它巖漿區(qū)別。Ankaramite巖漿與弧有關(guān)的boninite,以及MORB苦橄巖、夏威夷地幔柱苦橄巖相似的地方是都含有同時(shí)結(jié)晶的高M(jìn)g橄欖石(Mg#>90)和高Cr尖晶石(Cr#>75-90)，但是前者的橄欖石在一定Mg＃條件下低Ni。此外，雖然boninite與ankaramite都同時(shí)結(jié)晶高M(jìn)g橄欖石和高Cr尖晶石，但boninite中接著出現(xiàn)的液相線礦物是頑火輝石(enstatite)或古銅輝石(bronzite)，而ankaramite中接著出現(xiàn)的是透輝石，因?yàn)榕cboninite相比，ankaramite高CaO/Al2O3比值，而低硅。阿拉斯加型：含水+CO2、高壓分離結(jié)晶、ol+cpx+hb,少見pl+opx；島弧Bushveld型：貧水、低壓分離結(jié)晶、ol+opx+cpx+pl；地幔柱Krauseetal.2007LithosZonedultamaficrocksfromCentralUral,Alaskan-typeCpxOlivineChenetal.2009Cr-spinel的Fe和Cr反相關(guān)Coarse-graineddunitefromwhichOl,chromiteandcpxinclusionschosenforanalysesCoarse-grainedduniteChromitesareeuhedral,with

Cr#=78-80,

implyingtheduniteiscumulatesfromaprimitiveparentalmagma.

BSEimagesoftheduniteeuhedralchromiteMulti-phaseInclusionsfromaneuhedralchromitedunitechromiteMeltinclusionfromachromite.(cpx+phl±ap)chromiteSingle-phaseinclusion:euhedralcpxinclusioninchromiteEuhedralCpxinclusionchromiteCpxFarahatandHelmy2006FromCr-spineltomagnetite:duetoreactionbetweenspinelandinterstitialmelt/fluidandoxidation阿拉斯加型環(huán)狀雜巖體中Cr-尖晶石向磁鐵礦過渡，反映富鐵趨勢(shì)；而層狀侵入體則是富鋁趨勢(shì)：尖晶石與富斜長(zhǎng)石的粒間熔體/流體反應(yīng)HelmyandMahallawi2003埃及：晚前寒武阿拉斯加型超基性侵入體高壓和含水條件下分離結(jié)晶作用：GreenandRingwood(1967)對(duì)模擬天然玄武巖成分的合成體系進(jìn)行高壓實(shí)驗(yàn)以確