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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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薄弘澤：塔里木大火成巖省大規(guī)模酸性巖漿噴發(fā)前的演化與時(shí)間尺度【JGR-SE，2023】
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薄弘澤：塔里木大火成巖省大規(guī)模酸性巖漿噴發(fā)前的演化與時(shí)間尺度【JGR-SE，2023】 2023-02-20 閱讀：1136次 不同于Siberian、Deccan以及峨眉山等典型的鎂鐵質(zhì)大火成巖省只有少量長英質(zhì)巖石（<7%），塔里木大火成巖省長英質(zhì)巖石的面積大約為48,000 km2，占總面積的18%，屬于介于鎂鐵質(zhì)大火成巖省和硅質(zhì)大火成巖省之間的過渡型大火成巖省，闡明其長英質(zhì)巖石比例高的原因?qū)τ诶斫夤栀|(zhì)大火成巖省的形成機(jī)制以及硅質(zhì)大火成巖省和鎂鐵質(zhì)大火成巖省之間的成因聯(lián)系具有重要的意義。解決為什么長英質(zhì)巖石有如此高比例的關(guān)鍵是要揭示酸性巖漿在巖漿房中的演化過程，特別是巖漿的滯留時(shí)間，以及地幔柱與含水地殼相互作用如何影響酸性巖漿系統(tǒng)的演化進(jìn)程。石英的Ti擴(kuò)散計(jì)時(shí)法已被廣泛用于計(jì)算酸性巖漿系統(tǒng)的巖漿滯留時(shí)間，并且對于多數(shù)研究程度較高的酸性巖漿中都給出了幾十年到幾千年的時(shí)間尺度。然而這些結(jié)果目前存在較大爭議：一方面是因?yàn)檫@些結(jié)果與近年來高精度鋯石U-Pb測年的結(jié)果具有很大出入，后者總體上比前者要高兩個(gè)數(shù)量級(jí)；另一方面是由于近兩年來新測定的Ti在石英中的擴(kuò)散系數(shù)與此前學(xué)界廣泛采用的數(shù)值有兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)的區(qū)別，因此必然會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的滯留時(shí)間尺度存在巨大差別。 圍繞上述科學(xué)問題，我校地球科學(xué)與資源學(xué)院薄弘澤碩士在“巖漿-熱液演化與金屬成礦”求真群體張招崇教授的指導(dǎo)下，以塔里木過渡型大火成巖省中的流紋巖、粗面英安巖和凝灰?guī)r這3類長英質(zhì)巖石的巖心樣品為研究對象，在傳統(tǒng)的巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)研究的基礎(chǔ)上，開展了擴(kuò)散計(jì)時(shí)數(shù)值模擬和晶體動(dòng)力學(xué)（CSD分析）研究，取得了以下創(chuàng)新性成果： （1）石英斑晶從核部到邊部，Ti的含量總體升高，局部表現(xiàn)為周期性的快速上升和緩慢降低（圖1），TitaniQ溫度計(jì)測算結(jié)果表明其生長過程中的溫度變化超過100℃，這種反環(huán)帶的特征指示了鎂鐵質(zhì)巖漿補(bǔ)充使得晶粥活化、然后緩慢冷卻并結(jié)晶分異的演化過程， Nd同位素的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)一步支持了這一結(jié)果（圖2）；這些巖石中石英和長石的晶體分布呈現(xiàn)對數(shù)CSD的特征，指示了巖漿房中小晶體溶解與大晶體再生長的粗化過程（圖3）。 （2）粗面英安巖具有相對均一的地球化學(xué)組成和斑晶含量，而流紋巖的地球化學(xué)組成和斑晶含量則梯度變化較大，它們分別對應(yīng)組成了世界上多數(shù)酸性巖漿系統(tǒng)的兩類長英質(zhì)巖石端元（crystal-rich monotonous intermediates和crystal-poor high-silica rocks with large gradients）。均一粗面英安巖的形成可能與巖漿房中的潛熱緩沖過程（latent heat buffering）有關(guān)，而不均一的流紋巖則可能是鎂鐵質(zhì)巖漿在不同溫壓條件下向不同深度的巖漿房補(bǔ)充并相互反應(yīng)的產(chǎn)物。 （3）基于最新報(bào)道的Ti在石英中的擴(kuò)散系數(shù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對石英核部和邊部Ti擴(kuò)散的擬合結(jié)果表明：晶粥再活化過程中巖漿補(bǔ)充的持續(xù)時(shí)間通常約為一百萬年；而噴發(fā)前巖漿房內(nèi)最后一次擾動(dòng)的持續(xù)時(shí)間僅約為十萬年（圖4），這一結(jié)果與許多使用鋯石U-Pb定年方法測定的酸性巖漿系統(tǒng)的絕對年齡差值基本一致；綜合上述研究成果，提出塔里木酸性巖漿系統(tǒng)經(jīng)歷了周期性巖漿補(bǔ)充導(dǎo)致晶粥重熔（Recharge and Reactivation）、粗化（Coarsening）、結(jié)晶分異并冷卻（Crystallization and Cooling）的巖漿房演化過程，并將其命名為RCC模式（圖5）。 本項(xiàng)研究將傳統(tǒng)的巖石學(xué)和地球化學(xué)方法與近年來興起的晶體動(dòng)力學(xué)和擴(kuò)散計(jì)時(shí)法等數(shù)值模擬手段相結(jié)合，揭示了大型酸性巖漿系統(tǒng)噴發(fā)前的巖漿房演化過程，為進(jìn)一步探索硅質(zhì)大火成巖省和鎂鐵質(zhì)大火成巖省的成因聯(lián)系提供了新的思路和方向。 圖1 石英斑晶的SEM-CL、BSE照片以及從核部到邊緣Ti的含量、灰度以及相應(yīng)的TitaniQ溫度 圖2 長英質(zhì)火山巖補(bǔ)給和結(jié)晶過程以及簡單混合過程的Nd同位素模擬 圖3 長英質(zhì)火山巖的各類CSD圖解 圖4 Ti擴(kuò)散計(jì)時(shí)法計(jì)算的時(shí)間尺度和生長速率 圖5 巖漿房演化的晶粥重熔、粗化、結(jié)晶分異并冷卻的RRCCC模型 上述成果近期發(fā)表在國際地學(xué)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. 全文鏈接：https://doi.org/10.1029/2022JB025016 |
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