科学研究

程志国:地质温度计比较法揭示Etendeka大火成岩省地幔热异常【JP,2020】
2020-08-17 阅读:37

大火成岩省的形成通常归因于来自核幔边界的地幔热柱作用。经典的地幔柱模型预测大火成岩省中高镁岩浆会记录显著的地幔热异常,所以多数学者将高的热异常作为大火成岩省是否是地幔柱成因的一个关键性指标。位于非洲纳米比亚的Etendeka大火成岩省曾被认为是地幔柱成因的经典范例,但最近却遭到质疑,一些学者认为该大火成岩省地幔源区并未有明显的热异常记录。与此同时,世界上很多大火成岩省也缺少支持地幔柱模型的热异常证据。因此,准确可靠地估算大火成岩省热异常是验证地幔柱模型的先决条件。

针对这一科学问题,我校地球科学与资源学院程志国博士与侯通教授合作,对来自Etendeka大火成岩省的苦橄质岩石开展系统的橄榄石微量元素和热异常研究,综合运用橄榄石-熔体Mg-Fe平衡温度计、PREMELTS3SPINMELT-2.0尖晶石温度计、橄榄石-熔体Sc/Y温度计和橄榄石铝饱和温度计等多种地质温度计进行温度估算,研究发现:

1Etendeka大火成岩省苦橄质岩石的橄榄石具有高的Mn/Fe值、高的Mn/Zn值和低的Zn/Fe值,表明源区物质以耐熔的橄榄岩为主,因此可根据现有模式进行地幔浅温的估算(图1)。

2、不同温度计对同一样品估算的温度误差在100°C以内,多数样品的最高温度变化范围在1300-1400°C之间,少数样品的最高温度变化范围在1420-1440°C,基于此,使用经验公式估算Etendeka大火成岩省的地幔浅温变化范围为1414-1525°C,相较于南大西洋大洋中脊地幔源区具有100-150°C的热异常,指示了一个异常热的地幔。

3、橄榄石铝温度计(Al-in-olivine thermometry)可摆脱对熔体成分的依赖,因此被广泛应用于高镁岩浆热异常识别的研究工作中。本次研究发现橄榄石和尖晶石包裹体存在明显的成分不平衡现象,主要表现为同一橄榄石斑晶中的尖晶石包裹体可呈现出较大的成分变化。如何选择正确的尖晶石成分是橄榄石铝温度计正确应用的关键。根据SPINMELT-2.0模拟结果,具有最高Al含量和最低Cr#(Cr#Cr/(Cr+Al))值的尖晶石颗粒最接近与熔体平衡的理论值(图2a)。使用此标准计算出的温度范围与橄榄石Fo值呈现出明显的正相关性(图2b),并与其它方法计算出的温度值基本一致。

1. Etendeka苦橄质岩石橄榄石成分指示橄榄岩源区

2. (a) JVT-09-26样品中的尖晶石组分与SPINMELT-2.0计算的与熔体平衡理论值的比较图解,计算的压力条件为0.10.30.61GPa,氧逸度条件为FMQ+0.4–FMQ+2.2(b)使用高Al和低Cr#值的尖晶石成分计算的温度结果与橄榄石Fo值呈现正相关性

 

上述成果近期发表在国际岩石学领域顶级期刊《Journal of Petrology》上:Cheng, Z. G., Hou, T.*, Keiding, J.K., Veksler, I. V., Kamenetsky, V. S., Hornschu, M., & Trumbull, R. B., 2019. Comparative geothermometry in high-Mg magmas from the Etendeka Province and constraints on their mantle source. Journal of Petrology, 60(12), 2509-2528. [IF= 3.451]

全文链接:https://academic.oup.com/petrology/article-abstract/doi/10.1093/petrology/egaa016/5739452