注入的基性岩浆在气体喷发作用下引发的晶体软化与再生现象——以中国东北大兴安岭地区的阿尔山火成岩复合体为例

《Journal of Petrology》：Crystal mush rejuvenation triggered by gas sparging of injected mafic magma: Insights from Arxan Igneous Complex in the Great Xing’an Range, northeastern China

　　

摘要

众所周知，基性岩浆注入可以有效地 rejuvenate（重新激活）硅质岩浆混合物，但其具体的作用机制至今尚未完全明了。我们对中国东北部大兴安岭地区晚古生代阿尔赞火成岩复合体（3.11–3.10亿年前）进行了综合的岩石学、矿物学和地球化学研究。该复合体包括正长岩、斑状正长岩、碱性长石 granite、似正长岩、闪长岩包体以及角闪岩。来自闪长岩包体的锆石可以分为两类：一类具有较深的色心（dark-CL），另一类具有较浅的色心（light-CL），两者具有不同的 Hf 同位素组成。深色心锆石的 ε_Hf(t) 值较低（+3.98 至 +7.73），与碱性长石 granite、正长岩和斑状正长岩的 ε_Hf(t) 值（+4.45 至 +11.55）相似；而浅色心锆石的 ε_Hf(t) 值较高（+7.99 至 +11.25），与角闪岩的 ε_Hf(t) 值（+7.29 至 +14.52）相近。似正长岩的 ε_Hf(t) 值范围也较宽（+4.90 至 +10.30）。在闪长岩包体和似正长岩中都发现了具有反向分带的斜长石，这些斜长石具有滤过状和尘埃状结构，并可划分为高 An 域和低 An 域。原位 Sr 同位素分析表明，高 An 域的 (⁸⁷Sr)/⁸⁶Sr)_i 比值较低（0.7037–0.7043），接近角闪岩的值（0.7035–0.7048）；而低 An 域的 (⁸⁷Sr)/⁸⁶Sr)_i 比值较高（0.7048–0.7051）。这些矿物学和同位素特征表明，闪长岩包体和似正长岩是通过基性岩浆与长英质岩浆的混合形成的。正长岩、斑状正长岩和碱性长石 granite 的 Sr–Nd–Hf 同位素组成相对一致，但其锆石的 δ¹⁸O 值存在明显差异。在阿尔赞火成岩复合体中，锆石的 δ¹⁸O 值从正长岩（9.57–10.33‰）、斑状正长岩（8.63–9.12‰）、碱性长石 granite（7.99–9.25‰）、似正长岩（7.85–8.89‰）和闪长岩包体（7.28–7.75‰）逐渐降低到角闪岩（6.33–7.00‰）。研究结果表明，具有最高锆石 δ¹⁸O 值的正长岩代表了尚未被重新激活的硅质岩浆混合物；而具有最低锆石 δ¹⁸O 值的角闪岩则代表了引发两个关键过程的基性岩浆：近端的岩浆混合以及远端的排气作用。含水基性岩浆的注入促进了岩浆混合物在硅质岩浆混合物与基性岩浆之间的接触面上的混合，从而形成了闪长岩包体和似正长岩。这一过程通过 Sr–Nd–Hf–O 同位素特征以及这些岩石中斜长石成分与全岩地球化学成分的不平衡得到了证实。同时，含水角闪岩中的低 δ¹⁸O 挥发性物质向上渗透，重新激活了接近固相线的硅质岩浆混合物，这解释了碱性长石 granite 和斑状正长岩中较低的锆石 δ¹⁸O 值及更高的水分含量，并导致斑状正长岩中钾长石巨晶的生长。此外，排气作用增加了硅质岩浆混合物的熔融分数和内部压力，通过间隙熔融物的提取，使得碱性长石 granite 和斑状正长岩的地球化学成分趋于一致。这些发现为基性岩浆注入所引发的岩浆混合和排气作用在岩浆混合物重新激活及晶体-熔融体分离过程中的作用提供了新的见解。