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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
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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大火成巖省只有少量長英質巖石（<7%），塔里木大火成巖省長英質巖石的面積大約為48,000 km2，占總面積的18%，屬于介于鎂鐵質大火成巖省和硅質大火成巖省之間的過渡型大火成巖省，闡明其長英質巖石比例高的原因對于理解硅質大火成巖省的形成機制以及硅質大火成巖省和鎂鐵質大火成巖省之間的成因聯(lián)系具有重要的意義。解決為什么長英質巖石有如此高比例的關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)的演化進程。石英的Ti擴散計時法已被廣泛用于計算酸性巖漿系統(tǒng)的巖漿滯留時間，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間尺度。然而這些結果目前存在較大爭議：一方面是因為這些結果與近年來高精度鋯石U-Pb測年的結果具有很大出入，后者總體上比前者要高兩個數(shù)量級；另一方面是由于近兩年來新測定的Ti在石英中的擴散系數(shù)與此前學界廣泛采用的數(shù)值有兩到三個數(shù)量級的區(qū)別，因此必然會導致計算的滯留時間尺度存在巨大差別。 圍繞上述科學問題，我校地球科學與資源學院薄弘澤碩士在“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類長英質巖石的巖心樣品為研究對象，在傳統(tǒng)的巖石學、礦物學和地球化學研究的基礎上，開展了擴散計時數(shù)值模擬和晶體動力學（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溫度計測算結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巖漿補充使得晶粥活化、然后緩慢冷卻并結晶分異的演化過程， Nd同位素的數(shù)值模擬結果進一步支持了這一結果（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組成和斑晶含量，而流紋巖的地球化學組成和斑晶含量則梯度變化較大，它們分別對應組成了世界上多數(shù)酸性巖漿系統(tǒng)的兩類長英質巖石端元（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，而不均一的流紋巖則可能是鎂鐵質巖漿在不同溫壓條件下向不同深度的巖漿房補充并相互反應的產物。 （3）基于最新報道的Ti在石英中的擴散系數(shù)，利用神經網(wǎng)絡方法對石英核部和邊部Ti擴散的擬合結果表明：晶粥再活化過程中巖漿補充的持續(xù)時間通常約為一百萬年；而噴發(fā)前巖漿房內最后一次擾動的持續(xù)時間僅約為十萬年（圖4），這一結果與許多使用鋯石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)經歷了周期性巖漿補充導致晶粥重熔（Recharge and Reactivation）、粗化（Coarsening）、結晶分異并冷卻（Crystallization and Cooling）的巖漿房演化過程，并將其命名為RCC模式（圖5）。 本項研究將傳統(tǒng)的巖石學和地球化學方法與近年來興起的晶體動力學和擴散計時法等數(shù)值模擬手段相結合，揭示了大型酸性巖漿系統(tǒng)噴發(fā)前的巖漿房演化過程，為進一步探索硅質大火成巖省和鎂鐵質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、灰度以及相應的TitaniQ溫度 圖2 長英質火山巖補給和結晶過程以及簡單混合過程的Nd同位素模擬 圖3 長英質火山巖的各類CSD圖解 圖4 Ti擴散計時法計算的時間尺度和生長速率 圖5 巖漿房演化的晶粥重熔、粗化、結晶分異并冷卻的RRCCC模型 上述成果近期發(fā)表在國際地學期刊《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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