为什么有些富碱火山会产生碳酸岩，而另一些却不会？坦桑尼亚北部橄榄石硅碱岩-霞石正长岩-磷霞岩-碳酸岩组合的相平衡关系

《Lithos》：Why do some alkali-rich volcanoes produce carbonatites and others not? Phase relations in olivine melilitite-nephelinite-phonolite?carbonatite associations from northern Tanzania

　　**摘要**坦桑尼亚北部Gregory裂谷中含碳酸岩火山Kerimasi、Mosonik和Shombole的碱性硅不饱和岩石从原始橄榄石镁黄长石岩（X_Mg > 0.6），经中间型霞岩（X_Mg < 0.5–0.35），到演化型霞岩、音石霞岩和音石岩（X_Mg < 0.35）。它们表现出惊人相似的矿物组合和成分，即使与空间上相关的Oldoinyo Lengai以及不含碳酸岩的火山Sadiman和Burko相比也是如此。这表明具有共同的软流圈源区。基于详细的岩石学研究及相平衡热力学建模，这些岩石系列由初始橄榄石+磁铁矿的结晶分异形成，经由钙钛矿+镁黄长石（与非洲长石岩堆晶一致）和镁黄长石+单斜辉石（uncompahgrites），到后期霞石+单斜辉石+石榴石±钛铁矿（霓霞岩）。广泛的霞石分异增加了熔体中的a_CaO并稳定钙榴石，随后是钙硅石。最终，长石在音石岩、暗色正长岩和正长岩中稳定，局部演化为晚期过碱性方沸石-神秘石-钙霞石组合。在Oldoinyo Lengai，早期高钙相（钙硅石、combeite和石榴石）的存在表明要么源区CaO含量更高，要么是冷却与更多霞石或其他低钙相分异的组合。总体而言，从橄榄石镁黄长石岩到钙硅石霞岩的演化伴随着a_SiO?从约0.1–0.2略增至~0.2–0.4，且ΔFMQ恒定为~0。与其他碱性和硅不饱和岩套相比，低钙相（如橄榄石+磁铁矿）的低压力分异而非单斜辉石，随后是镁黄长石的分异，特别促进了碳酸岩的形成。**引言**镁黄长石岩和霞岩是碱性、强硅不饱和、源自软流圈的岩石，主要出现在大陆伸展区（如Binder等，2023；Braunger等，2018；Dawson，2008；Klaudius和Keller，2006；Melluso等，2010；Melluso等，2011；Mitchell和Dawson，2022；Peterson，1989a；Zaitsev等，2012），但也出现在洋岛（如Schmidt和Weidendorfer，2018）和俯冲带环境（如Tatsumi等，1999）。它们常含有软流圈捕岩（如Dawson和Smith，1988），被认为从变质软流圈的低压部分熔融结晶（如Day等，2023；Green，2015；Mana等，2015）。硅黄长石（Ca?MgSi?O?，镁黄长石族的镁端元）的沉淀需要具有高Ca/Mg比的熔体，这进而要求熔融软流圈组合中有碳酸盐或地壳碳酸盐的同化（Binder等，2024b及其参考文献；Lustrino等，2022）。基于实验，原始橄榄石镁黄长石岩和橄榄石霞岩之间没有分异结晶联系，尽管两者都可以演化为无橄榄石霞岩和音石岩（Brey，1978；Platt和Edgar，1972）。相反，形成橄榄石镁黄长石岩的熔体在更深的软流圈深度产生和/或代表比橄榄石霞岩更低的熔融程度（如Brey，1978）。这是因为压力主要控制部分熔融物的Na/Ca比，随压力增加而降低，因为Na?O在单斜辉石（霞石组分）中随深度变得更加相容并在部分熔融期间保留。相反，更高的熔融程度（如由于源区温度更高或挥发分更多）会增加部分熔融物中的SiO?含量，有利于斜方辉石而非硅黄长石的结晶（Binder等，2024b；Brey，1978；Green，2015）。然而，区分这些岩石的岩石圈和软流圈源区来源仍然困难，因为改变岩石圈软流圈的流体可能来自软流圈，且软流圈源区中古老的再循环地壳组分可能导致变化的放射成因同位素标志（Yaxley等，2022）。许多碳酸岩与镁黄长石岩和霞岩相关，通常由演化型镁黄长石岩岩浆（如Kaiserstuhl，Braunger等，2018；Cap Verde，Weidendorfer等，2016）或演化型霞岩岩浆（如Shombole，Peterson，1989b）的不混溶来解释。迄今为止，关于东非裂谷系统北坦桑尼亚发散区（NTDZ）含碳酸岩火山的母岩浆仍存争议（Keller等，2006；Mourey等，2023；Peterson，1989b）。为对这一讨论做出贡献，我们展示了NTDZ三个含碳酸岩火山（Kerimasi、Mosonik和Shombole）的镁黄长石岩、霞岩和音石岩的岩石学观察和矿物成分。我们通过a_SiO?、a_CaO和f_O?模拟观察到的相组合，以理解其成因并揭示它们之间的潜在差异。最后，我们将它们与Oldoinyo Lengai（显示异常钠质gregoryite-nyerereite碳酸岩）以及附近未喷发碳酸岩的Sadiman和Burko火山进行比较。**章节摘录****地质学**东非裂谷系统是一个大型伸展区，其特征为地堑结构，常与活火山至死火山相关，从埃塞俄比亚和吉布提延伸到莫桑比克，跨越数千公里（Chorowicz，2005）。它沿着莫桑比克带的先存（泛非）弱带发育（Ebinger，2005）。伸展由基岩正断层引起，演变为地堑，导致埃塞俄比亚洋中脊玄武岩的喷发，并最终导致海洋...**样品与方法**大多数研究样品于2023年2月的野外工作中从Kerimasi、Mosonik、Shombole和Oldoinyo Lengai采集。采样集中在溢流岩（熔岩）及其中的粗粒包体以及丰富的火山碎屑沉积（主要为火山灰和凝灰岩）中。由于植被茂密和暴露有限，大多数样品沿峡谷和干河床采集。四份样品取自Eledoi和Kisete火山口，均位于Kerimasi东北。该样品集...**岩石学**所有样品根据矿物模式进行分类（Le Maitre等，2002），并区分三个岩石组，即镁黄长石岩（橄榄石镁黄长石岩和粗粒镁黄长石岩）、霞岩至音石岩（霞岩、音石霞岩和音石岩以及粗粒霓霞岩、正长岩和霞石正长岩），以及粗粒辉石岩和云母岩。所有火山岩均为斑状，具有显微晶或玻璃/脱玻化基质。**讨论**火山岩从原始橄榄石镁黄长石岩（X_Mg > 0.6），经中间型霞岩（X_Mg < 0.5–0.35），到演化型霞岩、音石霞岩和音石岩（X_Mg < 0.35；补充图B1 g）。基于全岩数据，矿物分异由例如MgO、Ni和Sc的降低（橄榄石、斜方辉石），CaO（硅黄长石、钙钛矿、斜方辉石以及后期的钙榴石、钙硅石、钛铁矿），P?O?（磷灰石），FeO（磁铁矿、石榴石）和TiO?（石榴石、钙钛矿...**结论**源自碳酸化和变质软流圈的原生熔体最可能是NTDZ中主要为霞岩和局部碳酸岩火山的来源。母岩浆可能为橄榄石镁黄长石岩成分，冷却时通过橄榄石、磁铁矿、钙钛矿、镁黄长石、单斜辉石和霞石的分异结晶演化，导致碱总体富集和a_SiO?的增加。足够的霞石和单斜辉石分异允许石榴石...**CRediT作者贡献声明****Fabian H. Schmitt：** 写作——初稿，可视化，验证，方法论，调查研究，正式分析，数据管理。**Michael Marks：** 写作——审阅与编辑，写作——初稿，验证，监督，项目管理，方法论，调查研究，资金获取，概念化。**Anatoly Zaitsev：** 写作——审阅与编辑，验证，监督，调查研究。**Gregor Markl：** 写作——审阅与编辑，验证，监督，资源，项目...**资金**本工作由德国研究基金会（项目编号：MA 2563-26和MA 2135-30）支持。**未引用参考文献**McDonough和Sun，1995**利益冲突声明**作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Fabian H. Schmitt报告获得德国研究基金会的资金支持。如有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。**致谢**我们感谢坦桑尼亚科学与技术委员会授予在坦桑尼亚开展研究的许可。非常感谢J4，他载我们前往最偏远和难以到达的地方；感谢Samwel Meiyan和整个坦桑尼亚团队在野外考察期间给予的支持。特别感谢Larissa Leach提供的组织协助。此外，我们感谢Simone Schafflick在图宾根进行的样品制备。我们感谢两位...Fabian H. Schmitt|Michael Marks|Anatoly Zaitsev|Gregor Markl图宾根大学，地质学系，GUZ，Schnarrenbergstrasse 94-96，D-72076 图宾根，德国