上更新世至全新世期间坦桑尼亚伊格维西山（Igwisi Hills）金伯利岩熔岩中橄榄石群体的分类方案，以及对橄榄石颗粒起源和演化的研究

《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：A classification scheme for olivine populations in the Upper Pleistocene to Holocene Igwisi Hills (Tanzania) kimberlite lavas and investigation of grain origins and evolution

橄榄石 zoning 模式与伊古西山脊 kimberlite 火山岩上升模型研究。通过显微和电子探针分析，发现四种橄榄石群体（macrocrysts, nodules, microcrysts-a, microcrysts-b），均具有 core-internal zone-rim-rind-outermost rind 的 zoning 结构，揭示熔体演化与深部 mantle 物质 entrainment 的动态过程。新提出的 ascent 模型解释了 zoning 的形成顺序及化学分异机制。

　　### 解读：伊格维西山 Kimberlite 中橄榄石的分类与形成机制

#### 引言：Kimberlite 的火山学与地球化学

Kimberlite 是一种罕见的碱性火成岩，通常与金刚石有关。这些岩石源于地幔深处，通常超过 150 公里，其高挥发性成分和低粘度使其能够快速上升。Kimberlite 的研究不仅对理解地球深部过程至关重要，还因其在经济上对天然金刚石的贡献而受到重视。在本研究中，科学家们聚焦于伊格维西山（Igwisi Hills）的 Kimbrite 岩石，这些岩石形成于上更新世至全新世，具有相对年轻和保存良好的特点，使得它们成为研究 Kimberlite 形成、上升和喷发过程的理想对象。

伊格维西山的 Kimberlite 岩石是西非坦桑尼亚地区的一部分，位于古老的坦桑尼亚克拉通上。克拉通通常具有厚的地壳和地幔，为 Kimberlite 的形成提供了必要的条件。该地区的地壳平均厚度为 39 公里，而地幔的厚度估计在 150 至 250 公里之间。根据研究数据，伊格维西山的 Kimberlite 岩石地幔厚度约为 195 公里，这一深度表明它们可能与深部地幔物质的混合有关。

研究者们通过多种方法对橄榄石的分类和形成过程进行了详细分析。橄榄石是 Kimberlite 中最显著的矿物之一，它们通常具有复杂的化学成分和结构。根据其形态、化学成分和结晶过程，橄榄石被分为四种类型：宏观晶体（macrocrysts）、结节（nodules）、微晶（microcrysts-a）和微晶（microcrysts-b）。这些橄榄石的形成与 Kimberlite 熔体的上升过程密切相关，而不同类型的橄榄石可能反映了不同的上升阶段和化学环境。

#### 橄榄石的分类与特征

研究者们发现，橄榄石的分类不仅仅基于其形态，还与它们的化学组成和结晶过程有关。宏观晶体通常具有较大的尺寸，超过 1500 微米，形状为圆形或椭圆形，具有单一晶体结构，核心富含镁（Fo 90.5–92.8），镍（Ni）含量较高，但钙（Ca）和锰（Mn）含量较低，这些特征与地幔橄榄岩一致。结节的尺寸也超过 1500 微米，具有类似的镁富集核心，但它们是多晶结构，这表明它们可能来源于地幔中的多相物质。

微晶则分为两种类型：微晶-a 和微晶-b。微晶-a 橄榄石通常具有较高的镁含量（Fo 90–92.5），而微晶-b 橄榄石则具有较低的镁含量（Fo 89–91），可能来源于地幔中的碎屑或重新结晶的矿物。微晶-a 和微晶-b 的核心与它们的周围区域在化学成分上存在显著差异，这为它们的来源提供了线索。

此外，橄榄石在所有四种类型中都显示出四个明显的结晶区：内部区（internal zone）、边（rim）、壳（rind）和最外层壳（outermost rind）。这些结晶区的形成与 Kimberlite 熔体的演化密切相关。内部区通常由原始 Kimberlite 熔体形成，而边和壳则可能在熔体进一步上升和结晶过程中形成。最外层壳则可能在熔体最终上升阶段形成，显示出较高的镁含量。

#### 研究方法与样本分析

为了更好地理解这些橄榄石的特征，研究者们采用了多种分析方法，包括光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和电子探针微区分析（EPMA）。这些方法帮助研究人员识别橄榄石的化学成分和结构特征，从而揭示其形成过程。

样本主要来自伊格维西山东北火山的玄武岩流，这些样本在 2010 年的实地考察中被采集。研究者们对这些样本进行了详细的显微镜检查，并记录了它们的化学成分。SEM 成像揭示了橄榄石的微观结构和结晶区，而 EPMA 分析则提供了关于镁、镍、钙、锰等元素的详细数据。

通过这些方法，研究人员发现橄榄石的化学成分在不同结晶区之间存在显著差异。例如，宏观晶体和结节的核心通常具有较高的镁含量，而边和壳则可能具有不同的成分。这种化学成分的变化反映了 Kimberlite 熔体在上升过程中的演化和相互作用。

#### 研究结果与讨论

研究结果表明，橄榄石的形成过程是一个多阶段的复杂过程。宏观晶体和结节的核心可能来源于地幔橄榄岩，而边和壳则可能在 Kimberlite 熔体的上升过程中形成。微晶-a 和微晶-b 的核心成分不同，可能反映了不同的地幔来源或结晶环境。

此外，研究者们还注意到橄榄石的结晶区在不同样本中存在差异。例如，某些橄榄石可能只保留了核心、内部区和边，而没有壳和最外层壳。这种现象可能与快速上升过程中颗粒间的磨损和化学溶解有关。研究人员提出，这种磨损可能是 Kimberlite 熔体快速上升的结果，导致许多橄榄石无法保留所有结晶区。

研究还发现，橄榄石的化学成分与 Kimberlite 熔体的演化密切相关。例如，内部区通常具有较高的镁含量，而边和壳则可能含有更多的钙和锰。这种化学成分的变化反映了熔体在上升过程中的不同阶段和相互作用。

#### 结论与意义

本研究对伊格维西山 Kimberlite 中橄榄石的分类和形成过程进行了深入分析，揭示了其多阶段的演化机制。橄榄石的四种类型（宏观晶体、结节、微晶-a 和微晶-b）反映了 Kimberlite 熔体在上升过程中的不同阶段和化学环境。研究还指出，橄榄石的结晶区变化与 Kimberlite 熔体的演化密切相关，这种变化可能为未来的地球化学研究提供新的视角。

研究结果对于理解 Kimberlite 的形成和上升过程具有重要意义。通过分析橄榄石的化学成分和结构特征，科学家们能够推断出 Kimberlite 熔体在上升过程中的演化路径，这有助于更全面地认识地球深部过程。此外，这些发现也为未来的 Kimberlite 研究提供了新的方向，特别是在利用橄榄石的结晶区进行年代测定和演化研究方面。

总之，伊格维西山 Kimberlite 中橄榄石的分类和形成机制为理解 Kimberlite 的火山学和地球化学提供了重要的线索。这些研究不仅有助于揭示地球深部的化学和物理过程，还为未来的 Kimberlite 研究和应用提供了基础。