科马提质原始岩浆的显著穿地壳演化：对大陆溢流玄武岩成分二分性的启示

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Distinct Transcrustal Evolutions of Komatiitic Primitive Magma: Implications for the Compositional Dichotomy of Continental Flood Basalts

　　

大陆溢流玄武岩（Continental Flood Basalts, CFBs）省中高钛（high-Ti）和低钛（low-Ti）玄武岩之间成分二分性（compositional dichotomy）的起源仍存在争议。大多数现有研究直接将这种二分性归因于原始岩浆成分的变化，以规避多相分离结晶等显著演化过程的复杂性。在此，研究人员评估了科马提质岩浆（komatiite）作为晚二叠世峨眉山大火成岩省（Emeishan Large Igneous Province, ELIP）可能的母岩浆，以约束其岩浆演化。所研究的苦橄岩（picrites）中的橄榄石斑晶和尖晶石包裹体表现出密切的亲缘关系，与来自共同的科马提质母岩浆一致。温压计约束定义了橄榄石-尖晶石-单斜辉石结晶序列，并揭示了两个压力区间：0–4.4和5.7–8.5 kbar。热力学模拟成功再现了观察到的矿物组合和液相线演化趋势（liquid lines of descent），解释了两种不同的绝热和多阶段演化路径。研究人员提出，沿液相线演化趋势的广泛地壳分异产生了高钛玄武岩，而有限的演化、熔体-堆晶再平衡或不完全的晶体-熔体分离产生了低钛玄武岩。这些结果表明，作用于共同科马提质岩浆的对比性地壳演化路径控制着全球大陆溢流玄武岩省中观察到的成分多样性。

大陆溢流玄武岩（Continental Flood Basalts, CFBs）中高钛（high-Ti, HT）和低钛（low-Ti, LT）玄武岩的成分二分性（compositional dichotomy）在全球大火成岩省（Large Igneous Provinces, LIPs）中普遍存在，但其成因长期争议。传统观点强调地幔源区不均一性（如不同熔融深度、程度或氧化还原条件）或地壳混染的主导作用，却忽视了地壳演化过程中多相分离结晶的复杂影响。本研究以峨眉山大火成岩省（Emeishan Large Igneous Province, ELIP）为例，旨在通过苦橄岩（picrites）中橄榄石斑晶和尖晶石包裹体的矿物学记录，结合热力学模拟，检验科马提质岩浆（komatiitic magma）作为共同母岩浆的可行性，并揭示地壳演化路径对HT-LT二分性的控制机制。

研究人员对ELIP大理和打营地区苦橄岩进行了系统研究，包括电子探针（EMP）和LA-ICP-MS矿物成分分析、全岩主微量元素（XRF和ICP-MS）测定，以及橄榄石-尖晶石温度计、单斜辉石温压计和氧逸度计约束。通过热力学模拟（MAGEMin 1.4.4，火成岩数据库Holland et al., 2018）和标准化Z分数距离反演，重建了岩浆演化的压力-温度（P-T）条件与液相线演化趋势。研究证实，共同科马提质母岩浆（约22–25 wt% MgO）经历不同的地壳演化路径产生了HT和LT玄武岩，而地幔源区不均一性作用有限。该成果发表于《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》。

### 主要关键技术方法（不超过250字）
本研究采用的关键技术方法包括：**电子探针**（EMP）分析矿物主量元素，**LA-ICP-MS**测定矿物微量元素，**全岩XRF和ICP-MS**分析主微量元素。**热力学模拟**使用MAGEMin 1.4.4（Riel et al., 2022）结合火成岩数据库（Holland et al., 2018），模拟科马提质、橄榄岩（KLB-1）、辉石岩（MIX1-G）及其1:1混合物的熔融和演化，固定氧逸度ΔFMQ-1和4 wt% H₂O。**标准化Z分数距离法**用于对比自然样品与模拟熔体成分，以推断P-T条件。样本来自ELIP大理和打营地区的苦橄岩。

### 研究结果
**4.1 岩相学**：通过岩相学观察，苦橄岩具斑状结构，斑晶为橄榄石（0.2–2 mm）、尖晶石和少量单斜辉石，基质为单斜辉石、斜长石和Fe-Ti氧化物。橄榄石常含尖晶石和熔体包裹体，显示环带和熔蚀结构，表明早期橄榄石-尖晶石结晶及后续反应。

**4.2 矿物成分**：矿物成分分析显示，橄榄石具有高Fo值（82.2–90.2，最高达93.8），高NiO（0.28–0.41 wt%），低MnO和CaO，与全球科马提质橄榄石重叠。尖晶石主要为铬尖晶石，Cr#从0.75降至0.50，Mg#从0.60降至0.32，成分演化趋势落入科马提岩范围。这些亲缘关系支持苦橄岩源自共同的科马提质母岩浆。

**4.3 全岩成分**：全岩成分显示苦橄岩高MgO（18.7–20.0 wt%），低SiO₂（42.9–44.4 wt%），与科马提岩趋势吻合。在MgO-TiO₂图解上，样品显示两条亚平行趋势，分别对应HT和LT玄武岩演化方向。微量元素表明原始岩浆特征，未受强烈地壳混染。

**4.4 岩浆温压计和氧逸度计**：橄榄石-尖晶石温度计给出1134–1334°C（EMP）和1075–1301°C（LA-ICP-MS），熔体包裹体温度高达1152–1479°C。氧逸度集中在ΔFMQ≈-1。单斜辉石温压计识别出两个压力簇：低压组0–4.4 kbar（<13 km深度）和高压组5.7–8.5 kbar（17–26 km深度），表明存在浅部和深部岩浆房。

### 讨论总结与结论翻译
讨论中，研究人员首先通过结晶序列和矿物成分论证了科马提质母岩浆的存在（5.1）。通过Sr-Nd同位素和Ti含量分析，证明了地壳演化而非源区不均一性主导HT-LT二分性（5.2）。热力学模拟揭示了不同压力下的相关系和液相线演化路径，包括绝热和多阶段演化（5.3）。利用标准化Z分数距离法，识别了两种主要演化路径及熔体-堆晶再平衡过程（5.4）。通过与全球LIPs对比，提出地壳岩浆房系统在不同深度下的分异是产生成分二分性的普遍机制，地幔源区作用次要（5.5）。

**研究结论翻译**：科马提质岩浆（komatiitic magma）可能是峨眉山大陆溢流玄武岩（Continental Flood Basalts, CFBs）的原始岩浆，这与苦橄岩中橄榄石斑晶及其尖晶石包裹体的亲缘关系一致。使用科马提质成分的热力学模拟表明，产生的演化熔体可以解释天然苦橄岩、玄武岩和熔体包裹体的全岩成分。此外，来自橄榄石-熔体包裹体、橄榄石-尖晶石对和单斜辉石温度计的温度估计与相图中描绘的相边界一致。基于标准化Z分数距离的反演模拟，结合自然样品分析，揭示了两种主要的演化路径：绝热上升和多阶段上升，以及橄榄石主导的堆晶与熔体之间的再平衡。地震波速可以识别出不同的古老地壳岩浆管道系统，这些系统在空间上可能容纳这些不同的演化路径。研究人员得出结论，压力驱动的分异是产生CFBs中观察到的成分二分性的主要机制。高钛玄武岩（high-Ti basalts）由广泛的地壳分离结晶和分异产生。相比之下，低钛玄武岩（low-Ti basalts）通过有限的地壳演化、涉及堆晶与熔体再平衡的过程，或晶体与熔体不完全分离而形成。因此，不同的穿地壳演化过程可以显著控制ELIP中观察到的成分二分性，而地幔源区不均一性可能起次要作用。