地幔交代引發(fā)地幔性質(zhì)的轉(zhuǎn)變不僅涉及物質(zhì)組成變化，還包括地幔溫度變化。地幔巖石中的角閃石是含水地幔交代的產(chǎn)物。角閃石的稀土元素（REE）組成和形成溫度對(duì)交代熔體的性質(zhì)以及交代事件的溫度具有重要的指示意義。然而，由于地幔巖石中的角閃石常呈它形小顆粒出現(xiàn)在其他礦物粒間，難以進(jìn)行精確的原位成分分析。另外，已有的角閃石溫度計(jì)，主要用于計(jì)算巖漿巖中角閃石（斑晶）的結(jié)晶溫度，或者變質(zhì)巖中角閃石與伴生礦物之間的平衡溫度，不能精確計(jì)算地幔巖石中角閃石的形成溫度。
針對(duì)以上問(wèn)題，吉林大學(xué)許文良教授引領(lǐng)的“地球深部動(dòng)力學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”成員王春光副教授與美國(guó)布朗大學(xué)梁焱教授開(kāi)展合作研究，利用高溫高壓實(shí)驗(yàn)參數(shù)化的晶格應(yīng)變模型，建立了地幔條件下輝石-角閃石REE分配模型和REE溫度計(jì)，揭示了地幔交代過(guò)程中的REE分布規(guī)律與溫度特征。具體研究成果如下：
1. 輝石、角閃石與熔體之間的REE分配系數(shù)主要受控于溫度、礦物主量元素成分（Sun and Liang, 2012; Yao et al., 2012; Shimizu et al., 2017）。據(jù)此建立了輝石-角閃石REE分配系數(shù)與溫度的關(guān)系，并使用天然地幔樣品對(duì)模型進(jìn)行校正。結(jié)果表明地幔巖石中角閃石的結(jié)晶溫度低于斜方輝石和單斜輝石的結(jié)晶溫度（圖1）。
2. 利用以上模型，可以通過(guò)角閃石和輝石的主量元素和REE成分反演角閃石的結(jié)晶溫度（圖1）。與已有的角閃石溫度計(jì)相比，該REE溫度計(jì)可以更好地表征含水熔體交代巖石圈地幔的溫度。
圖1 使用輝石-角閃石REE溫度計(jì)反演溫度（樣品來(lái)自Matusiak-Ma?ek et al., 2017）
3. 利用模型得出的分配系數(shù)和輝石的REE含量計(jì)算出角閃石的REE含量，計(jì)算結(jié)果很好地?cái)M合了測(cè)量值（圖2）。因此，在難以獲取角閃石REE成分的情況下，分配模型可以幫助計(jì)算角閃石的REE含量，進(jìn)而推斷交代熔體的成分。
圖2 使用分配模型計(jì)算的角閃石REE配分形式與測(cè)量結(jié)果對(duì)比（樣品來(lái)自Matusiak-Ma?ek et al.,2017; Aradi et al., 2020; Puziewicz et al., 2023）
以上研究成果于2024年3月以“Distribution of REE between amphibole and pyroxenes in the lithospheric mantle: An assessment from the lattice strain model”為題發(fā)表于國(guó)際礦物學(xué)權(quán)威期刊《American Mineralogist》上。該工作得到吉林大學(xué)科技創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)（2021TD-050）資助。研究的詳細(xì)信息請(qǐng)參考原文。
原文信息：Chunguang Wang, Yan Liang, Wenliang Xu, Chenguang Sun, Shimizu Kei. Distribution of REE between amphibole and pyroxenes in the lithospheric mantle: An assessment from the lattice strain model. American Mineralogist (MARCH 08, 2024). https://doi.org/10.2138/am-2022-8831.
參考文獻(xiàn): Aradi et al., 2020, Lithos, 378–379, 105831. Matusiak-Ma?ek et al., 2017, Lithos, 286–287, 302–323. Puziewicz et al., 2023, J Petrol, 64, egad049. Shimizu et al., 2017, Am Mineral, 102, 2254–2267. Sun and Liang, 2012, Contrib Miner Petrol, 163, 807–823. Yao et al., 2012, Contrib Miner Petrol, 164, 261–280.
轉(zhuǎn)載自 公眾號(hào)：地學(xué)之家
