2017年5月30日
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地科院徐夕生教授课题组在花岗岩水含量研究方面取得进展

通常认为,花岗岩中某些特征矿物可以指示其结晶时水含量信息,比如角闪石的出现表明熔体结晶于相对富水的条件下(即熔体水含量大于4 wt.%),而斜方辉石的出现则指示相对高温贫水的结晶条件(即温度大于800 °C,熔体水含量小于3 wt.%)。流体和熔体包裹体的研究可以制约岩浆结晶时的水含量以及流体的种类,但是原始流体和熔体成分往往很难保存下来。岩浆结晶实验为岩浆水含量、结晶温度及压力提供了较为精确的制约,但是实验过程往往较为费时且国际上仅有为数不多的实验室开展岩浆结晶实验。 而结晶热力学模拟可为探究岩浆结晶温度、压力以及水含量条件提供方便快捷的途径。目前使用较为广泛的热力学模拟软件是rhyolite-MELTS。该软件主要针对结晶度小于50%的准铝质火山岩,且对于镁铁矿物(黑云母,辉石和铁钛氧化物等)结晶条件的制约存在较大误差。因此,对于广泛分布的花岗岩,寻找一种估算其结晶温度、压力及水含量的手段是当前研究中的迫切需求。

南京大学地球科学与工程学院徐夕生教授课题组探究了利用热力学模拟手段制约花岗岩结晶条件的可能性。热力学软件Perple_X是一种广泛应用于变质岩体系的热力学方法,该方法基于体系吉布斯自由能最小化的算法同样可以应用于热力学平衡的花岗岩体系中。该课题组利用岩浆结晶实验数据定量评估了该方法的可行性及不确定性,其结果表明热力学模拟在温度误差20-60 °C、水含量误差0.5-1 wt.%范围内可以较好的重现实验结果(如图1、2)。在此基础上,该课题组将此方法应用于华南钦州湾地区发育的紫苏花岗岩的研究中,并进行流体包裹体的研究。研究表明钦州湾地区的过铝质紫苏花岗岩缺乏以CO2为主的流体成分,这不同于国内外报道的准铝质紫苏花岗岩中的流体成分。结合岩相学分析的热力学模拟表明,钦州湾地区发育的过铝质紫苏花岗岩中的斜方辉石结晶于相对较低的温度(750-790±30 °C)和中高到较高的熔体水含量(3.5-5.6±0.5 wt.%)条件下,是在相对“湿”、“冷”的条件下结晶。

图1 T-XH2O相图中结晶实验及模拟结果的对比

图2 P-T相图中结晶实验及模拟结果的对比

该研究论文发表于《Contributions to Mineralogy and Petrology》。博士研究生赵凯为论文第一作者,徐夕生教授为通讯作者。论文链接:http://link.springer.com/article/10.1007/s00410-017-1344-2

(地球科学与工程学院 科学技术处)