捕掳体的地质意义及其应用

文摘   2025-01-11 00:02   福建  

捕掳体(xenolith),又称捕虏体,是岩浆在侵入作用过程中所捕获的围岩碎块。捕掳体可以根据来源分为浅源捕掳体、深源捕掳体和地幔捕掳体,各类捕掳体具有不同的地质意义,以下是具体分析及其应用的探讨:

1、捕掳体的地质分类

(一)浅源捕掳体:

岩石类型:主要为各种变质岩或变沉积岩。

结构特征:具变晶结构或变余结构构造,有的与寄主岩浆相互作用后可发生成分变化,而形成各种交代结构和环带状构造。

地质意义:浅源捕掳体大量出现时,是主岩体被动侵位的标志。据其成分变化,可阐明同化混染作用特征。

(二)深源捕掳体:

岩石类型:主要为地壳深部先成岩石的碎块,可包括花岗岩源区的岩石。

结构特征:常具变晶结构,叶理状或块状构造,围岩中找不到对应的岩石,棱角多已圆化。

地质意义:深源捕掳体标志着深部组成特点、变质条件等。若为寄主岩浆源岩,可计算酸性岩浆形成时的熔融程度。

(三)地幔捕掳体:

岩石类型:主要由地幔岩浆(如玄武岩、金伯利岩、钾镁煌斑岩等岩浆)从地幔岩浆源区或从岩浆上升的地幔通道中捕虏而来的地幔岩碎片,包括方辉橄榄岩、尖晶石二辉橄榄岩、橄榄二辉岩、石榴二辉橄榄岩及纯橄岩等。

结构特征:以变质结构为主,具有原生粒状结构、碎斑结构、粒状镶嵌结构、板状等粒结构、部分熔融结构等。

地质意义:地幔捕掳体是研究地幔组成及结构的最直接的样品。

2、捕掳体的应用

捕掳体的研究在地质学领域具有广泛的应用价值:
(一)地壳深部研究:通过深源捕掳体的研究,可以了解地壳深部的组成、结构和变质条件,为地壳演化研究提供重要线索。
(二)地幔组成研究:地幔捕掳体作为来自地幔的样品,对于研究地幔的组成、结构和物理性质具有重要意义。通过对地幔捕掳体的分析,可以揭示地幔的化学组成、矿物相组成以及地幔的温度和压力条件等信息。
(三)岩浆活动研究:捕掳体的存在和特征可以反映岩浆活动的性质和过程。例如,捕掳体的形态、大小和分布可以揭示岩浆的流动方向、速度和强度等信息。同时,捕掳体与寄主岩浆之间的相互作用也可以提供有关岩浆同化混染作用的信息。
(四)矿产资源勘探:捕掳体的研究还可以为矿产资源勘探提供重要线索。例如,在某些金属矿产的形成过程中,捕掳体可能作为成矿物质的来源或载体。通过对捕掳体的分析,可以了解成矿物质的来源、运移和富集机制,从而为矿产资源的勘探和开发提供科学依据。
捕掳体在地质学领域具有重要的地质意义和应用价值。通过对捕掳体的深入研究,可以揭示地壳和地幔的组成、结构和演化过程,地质资源的勘探和开发提供科学依据。

以下以Alkali-carbonate melts in the cratonic mantle evidenced by a wehrlite xenolith from the Majuagaa kimberlite, West Greenland为例

碳酸盐熔体在深部碳循环、地幔熔融、氧化还原反应以及高度不相容元素的迁移过程中起着至关重要的作用。实验研究、交代作用转变以及捕掳体、金伯利岩和金刚石中的熔体/流体包裹体表明,克拉通地幔中存在碳酸盐熔体。然而,由于其短暂的存在时间和高度反应性的特性,确定这类熔体的确切成分十分困难。一旦形成,它们就会从源区迁移出来,并与硅酸盐地幔矿物(尤其是斜方辉石)发生反应,导致地幔交代作用。方辉橄榄岩是碳酸盐熔体与橄榄岩地幔相互作用的产物之一,因此是寻找原位碳酸盐熔体的理想候选对象。本文报道了位于格陵兰岛西部马朱阿加金伯利岩岩墙中的一颗石榴石方辉橄榄岩捕掳体的岩石学、地球化学和熔体包裹体数据。该捕掳体最后一次与地幔达到平衡的状态是在4.5 GPa和1000°C的条件下,其中含有大量由白云石、方解石、蛇纹石、尖晶石、磷灰石和金云母组成的熔池。尽管原始的岩浆矿物学特征在很大程度上被低温蚀变所破坏,但碳酸岩熔体结晶的残余部分仍作为液相Ti-Mg-Fe尖晶石中的原生熔体包裹体得以保存。这些由碳酸盐、碱碳酸盐、镁橄榄石/水镁石以及少量的卤化物、钾硫化物、磷灰石和金云母组成的熔体包裹体,是深部克拉通地幔中存在原位碱碳酸盐熔体的首个直接证据。从成分上看,它们与实验中发现的原生钠白云石熔体以及金刚石中的流体包裹体非常相似。

(A) 图为石榴石方辉橄榄岩捕掳体GGU477406的薄片在普通透射光下的图像,显示了橄榄石(无色)、单斜辉石(绿色)以及熔池(以红色高亮显示)的断裂情况。(B) 图为捕掳体中具有“挤压膨胀”纹理区域的背散射电子(BSE)图像,这些区域由白云石和蛇纹石组成,并被磁铁矿所环绕。其他次要成分包括方解石、磷灰石、金云母、硫化物以及钛镁铁尖晶石的聚集(红色椭圆标记)。

(A, B) 图A和图B分别为方辉橄榄岩捕掳体GGU477406中碳酸盐熔池的背散射电子(BSE)图像和伪彩色图像。熔池由白云石(绿色)、蛇纹石(蓝色)、方解石(青色)以及少量的磷灰石和金云母(两者均呈黄色)组成,其中富含大量分带的尖晶石晶体(红色)。(C–E) 图C至图E为图A中方框所示区域的BSE放大图像。(F–G) 图F和图G为图E中方框所示区域的BSE放大图像,展示了已结晶的熔体包裹体。熔体包裹体中的子矿物以白云石(do)、钠白云石(Na-do)、镁橄榄石(p)、方解石(cl)和尼瑞瑞石(n)为主,并伴有少量的磷灰石(ap)、钾镁矾(s)、杰氏石(dj)以及含氟(4 wt%)的布鲁斯石(br)。

碳酸盐熔体是强有力的交代作用介质,其地球化学特征和印记可见于全球各大洲不同构造背景下源自地幔的岩浆岩中。本研究的结果首次揭示了在地幔方辉橄榄岩中富含碳酸盐的熔池中,以尖晶石斑晶中的包裹体形式保存的原位初生富碱碳酸盐熔体的实例。我们的研究还证明了碳酸盐交代作用与无斜方辉石的地幔橄榄岩——方辉橄榄岩的形成之间存在成因联系。

参考文献

Ekaterina S. Kiseeva; Vadim S. Kamenetsky; Ivan F. Chayka; Roland Maas; Troels F.D. Nielsen Alkali-carbonate melts in the cratonic mantle evidenced by a wehrlite xenolith from the Majuagaa kimberlite, West Greenland. (2025) 53 (1): 89–93. https://doi.org/10.1130/G52274.1.

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