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白洋等-GCA:鎂鐵-超鎂鐵巖成巖成礦過程中的Cr同位素分餾機制
2019-10-14 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  元素的擴散作用制約著礦物顆粒的結晶及與周圍介質之間持續的物質遷移,對礦物晶體中保存的、能反映其生長歷史的化學信息有著重要影響,是定量估算礦物對元素封閉性的基礎,更可以用來揭示巖漿體系及后期冷卻過程中元素及其同位素交換的封閉溫度及冷卻速率。然而,鉻(Cr)等高價元素在礦物間的擴散行為長期以來被人們忽視。究其原因,主要是由于其較低價元素具有更低的擴散速率及更高的擴散封閉溫度,導致元素在擴散中產生的成分梯度難以被識別。近年來,隨著質譜分析技術的提升和雙稀釋劑方法的廣泛應用,使得通過測試其在礦物內的同位素組成來制約粒間的擴散行為成為現實。 

  中國科學院地質與地球物理研究所礦產資源研究院重點實驗室的白洋博士與導師蘇本勛研究員等人合作,對來自北美Stillwater大型層狀超鎂鐵-超鎂鐵雜巖體3個采樣點的21個不同類型的巖石樣品中的橄欖石、斜方輝石、鉻鐵礦進行了Cr同位素分析。分析結果顯示,鉻鐵礦內的Cr同位素(-0.23‰~-0.07‰)與隕石及地幔樣品類似,顯示其同位素組分基本不受擴散作用影響;而硅酸鹽礦物的Cr同位素組成變化較大,具有橄欖石(-0.09‰~0.25‰)重于斜方輝石(-0.11‰~0.07‰,)和鉻鐵礦的特征。這與前人對地幔包體研究得到的Cr同位素粒間平衡分餾特征相反,指示硅酸鹽礦物中Cr元素在巖體冷卻過程中發生亞固相的擴散,從而具有更重的同位素組成。 

1  Stillwater巖體橄欖石、斜方輝石、鉻鐵礦單礦物Cr同位素與已發表的全巖及單礦物數據對比

  此外,由于Cr元素在硅酸鹽礦物內具有較FeMgLi更小的擴散速率及較高的封閉溫度。因而其較大的度量衡可以被用來揭示緩慢冷卻的巖漿過程,同時規避了后期熱力學事件的影響。模擬結果顯示,Stillwater巖體橄欖巖帶的冷卻時間大概在110萬年之間。該模擬結果相比于前人基于擴散冷卻的熱力學計算所得約100萬年的冷卻時間更快,而與基于對流冷卻的計算結果2萬年類似。該結論為Stillwater巖體鉻鐵礦層的對流冷卻機制提供了新的證據。 

2  橄欖石及斜方輝石Cr元素及同位素組成隨巖體冷卻時間變化的模型曲線與實際樣品測試結果對比

  研究成果發表于Geochimica et Cosmochimica Acta。(Bai Y*, Su B X*, Xiao Y, Chen C, Cui M M, He X Q, Qin L P, Charlier B. Diffusion-driven chromium isotope fractionation in ultramafic cumulate minerals: Elemental and isotopic evidence from the Stillwater Complex[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2019, 263: 167-181.DOI: 10.1016/j.gca.2019.07.052)(原文鏈接 

 
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