地幔橄榄岩中锆石稳定性的相平衡模拟及其壳幔相互作用意义  

作　　者：向华[1] 郑建平[2] 李毅兵 张泽明[1] 

机构地区：[1]中国地质科学院地质研究所,自然资源部深地动力学重点实验室,北京100037 [2]中国地质大学(武汉)地球科学学院,地质过程与矿产资源国家重点实验室,武汉430074

出　　处：《中国科学：地球科学》2022年第2期309-326,共18页Scientia Sinica(Terrae)

基　　金：国家自然科学基金项目(批准号:41972067、41930215);自然资源部深地动力学重点实验室自主基金课题(编号:J1901-11)资助。

摘　　要：锆石是各种岩石中常见的副矿物,不仅是最佳的定年矿物,且其微量元素、同位素还记录岩石形成演化过程的大量信息.关于地幔橄榄岩等超基性岩中出现锆石的报道越来越多,但通常认为超基性岩SiO_(2)不饱和,不太可能结晶锆石,导致其成因和来源常受质疑.本文通过热力学相平衡模拟,计算不同条件下岩石的SiO_(2)活度与锆石/斜锆石转变条件,以探讨SiO_(2)活度的受控因素、锆石/斜锆石在超基性-基性岩特别是地幔橄榄岩中的稳定性,为解释地幔岩中出现的锆石成因和意义提供热力学依据.SiO_(2)活度主要受控于矿物组合及温压条件.在橄榄岩中,斜方辉石+橄榄石组合的缓冲作用使岩石具有较高的SiO_(2)活度并维持在较小的变化范围内,且锆石稳定温度可达1500℃以上.橄榄岩在低温蛇纹石化过程中,蛇纹石取代橄榄石和辉石,SiO_(2)活度会明显降低,且斜锆石可稳定于<530℃和<2.7GPa的条件下;但在被含SiO_(2)流体强烈交代时,大量SiO_(2)的加入可导致SiO_(2)活度升高,使锆石也能稳定在低温条件下.超基性-基性岩中SiO_(2)活度不仅与SiO_(2)含量正相关,还与全岩中CaO、Na_(2)O等含量呈负相关.这是由于Ca、Na等元素在优先形成斜长石或单斜辉石等富硅矿物时要消耗SiO_(2),导致SiO_(2)活度降低.这可能是在超基性岩中可以出现锆石而在部分基性或碱性岩中出现斜锆石的原因.热力学模拟计算结果也可以合理解释在超基性-基性岩中锆石与斜锆石之间存在相互转变的现象.这些结果表明,在非常广的温压范围内,锆石均可在地幔橄榄岩中稳定存在,是壳-幔物质循环和相互作用的重要信息载体,其形成与熔/流体交代作用有关.

关 键 词：锆石 斜锆石 相平衡模拟 地幔橄榄岩 超基性岩 

分 类 号：P597.3[天文地球—地球化学] P588.125[天文地球—地质学]