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：地幔中石榴石的残痕元素分布——以Zabargad为例R.Vannncci1,2,N.Shimizu3,G.B.Piccardo4L.Ottolini2,andP.Bottazzi2tDipartimentodiScienzedellaTerra,UniversitfidiPavia,viaBassi4,1-27100Pavia,Italy2CNR-CentrodiStudioperlaCristallochimicaelaCristallografia,viaBassi4,1-27100Pavia,Italy3DepartmentofGeologyandGeophysics,WoodsHoleOceanographicInstitution,WoodsHole,MA02543,USADipartimentodiScienzedellaTerra,Universit/tdiGenova,CorsoEuropa26,1-16132Genova,Italy摘要：在Zabargad的橄榄岩体的辉石矿物形成阶段的Al-Di离子探针显示组成铁镁质层的残斑状的辉石记录了重稀土的异常，Zr,Sc的富集并没有记录在尖晶石二辉岩中。在斜方辉石和尖晶石的晶簇中的斜方辉石在岩体的内部形成，在层状的辉石中自由生长的单斜辉石带显示出强烈的稀土元素分离模式(HREEN/LREEN1000;Yb100×ch)以及非常高的Zr,Sc和Y的丰度(分别高达30,672,600ppm)。在外部带，富单斜辉石带的残斑状辉石具有非常高的重稀土异常(HREEN/LREEN~29;Yb~269×ch)，并且显示出Sc、Zr非常高的丰度(分别高达819ppm和164ppm)。这显示出微量元素丰度异常是从先形成的石榴子石继承来的。复合的辉石层被解释为先前的石榴子石单斜辉石岩符合石榴子石/单斜辉石的分带模式。在内部带的尖晶石+斜方辉石（自由分布的单斜辉石）共生组合是由于石榴子石顶部减压作用导致其破碎产生的，原生石榴子石中的Ca全部进入了顽火辉石的固溶体中。破碎作用发生时Ca进入固溶体的温度估计有1000℃左右（压力在20-30Kbar的范围内）。在外部带，减压作用形成了尖晶石和斜方辉石的矿物共生组合；然而，钙铝榴石组分参与到新的单斜辉石的形成中来，新形成的单斜辉石与减压反应之前存在的单斜辉石反应，因此形成了cpx2+sp+opx的矿物共生组合。随着石榴子石的破坏，辉石发育独特的高场强元素异常，随红海裂隙作用发生的进上涌作用在斜长石相的环境下产生了不完全的反应。在先前存在石榴子石的地球化学特征在含尖晶石到花岗变晶含斜长石发生重结晶的共生组合时发生了部分的改变，只保留了一些残斑状的晶骸。先前石榴石中具有微量元素特征辉石的发现有重要的地球动力学和地球化学的应用。Al-Di辉石层在地幔中存在了很久，其形成早于区域上地壳岩石圈的裂开和减薄。这表明Al-Di辉石形成与深部的拉斑玄武岩岩浆，与红海的形成无关，因此这带代表了Zabargad上部地幔最早的事件。石榴子石的破碎代表了诱导型的热液流体的交代作用(富Ti的韭角闪石结晶)以及后期侵入的含水辉石岩脉。在地幔演化阶段，辉石中高场强元素的异常发生了明显的改变。我们注意到在矿物形成阶段高场强元素异常的研究显示出复杂的地球化学演化历史，这并没有在全岩系统中得到记录。1结果与讨论对选中的辉石抛光磨薄进行原地分析，是用CSCCPavia的IMS4f的离子微探针进行的，这与其他地方描述的相似(ShimizuandHart1982;Shi-mizuandRichardson1987;Bottazzietal.1990).分析得到的不确定性10%，Na,Sc,Ti,V,Cr,SrandZr对于REE5%。微量元素丰度平均标准化参照Cl的球粒陨石组分(AndersandEbihara1982)样品Z2096和Z2146这些样品的数据总结在了表2中；有代表性的REE模式画在图3中，轻稀土在单斜辉石中贫化，并有较少的重稀土分馏模式。负Ti异常和小部分的Zr异常经常出现(Vannuccietal.1991)。斜方辉石具有轻稀土贫化(Cey/Yb从~0.01到0.05)，在opx/cpx中Yb高达0.22，之前Ce高达0.05。如所预期的，斜方辉石具有Ti的正异常，不具有Zr的正异常(McDonoughandFrey1989;Ramponeetal.1991).稀土配分模式与干的、没有发生蚀变的地幔超铁镁质岩石中辉石稀土配分模式很相似(e.g.Frey1969;StoschandSeck1980;Menzies1983;Bodinieretal.1987;SaltersandShimizu1988;Downesetal.1991;Vannuccietal.1991).稀土配分模式在共生的辉石对与阿尔卑斯地块中的橄榄岩和法国的：Pyrenees辉石岩具有一致性。样品Z2036(自由生长的单斜辉石，内带)表3中的数据显示斜方辉石和斜长石具有微量元素丰度异常。斜方辉石中大多数具明显特征的REE显示出明显的分异模式(HREE/LREE1000)Yb成分超过100xch(图4)。较小的负Eu异常显示出来。较高的高场强元素丰度伴随出现较高的Zr(30ppm)、Sc(672ppm)和Y(在样品9\p\c,3\p\c和12\p中分别从39到60ppm)。在图4中的蛛网图显示了Ti的负异常或无异常；对于斜方辉石来说具有另一个异常特征，橄榄岩的斜方绘制具有典型的Ti异常(见McDonoughandFrey1989;Ramponeetal.1991)。斜长石作为薄层边缘产出于斜方辉石和尖晶石之间，同时显示出不同的微量元素丰度异常。图4显示出具有较高的全部REE，适量的轻稀土贫化，少量的Eu正异常。玄武岩中岩浆成因的斜长石显示出典型的轻稀土富集模式和非常高的Eu正异常。轻稀土元素浓度一般为1×球粒陨石。另外很明显的是样品中斜长石Sr成分非常低：在薄的尖晶石和斜方辉石分离的斜长石边缘丰度0.3ppm，在花岗变晶基质中的斜长石颗粒达到了12.8ppm。表2ZabargadAl-Di辉石岩中单斜辉石和斜方辉石REE和选定的微量元素丰度(ppm)（样品Z2096和Z2146）图例：在薄层带中分析的矿物数目\p=残斑晶;g=颗粒\c=核部;i=中部;r=边缘cpx数据来自Vannuccietal.(1991)：图3Al-DiZ2096和Z2146样品的辉岩中有代表性辉石标准化的元素丰度。图例的标号和薄层带中分析矿物的编号相同（见表2）。元素丰度依据C1球粒陨石组分标准化(AndersandEbihara1982)样品Z2036和Z2145（富单斜辉石带）表4和表5的数据显示出富单斜辉石带中单斜辉石和斜方辉石具有微量元素的丰度异常但是斜长石却没有。在Z2036B段，单斜辉石显示出强烈的分离模式，具有丰富的重稀土元素(HREEN/LREEN高达29)，Yb组分高达269个球粒陨石丰度(见Vannuccietal.1991)。另外，单斜辉石中富Sc（高达819ppm）和Zr（164ppm），贫Sr（~2ppm）。斜方辉石显示出的微量元素模式与cpx-free带中的相似。然而，它却有较低的HREE富集；Yb成分没有超过44倍的球粒陨石丰度，这与cpx-free带中的斜方辉石缺乏重稀土元素有些类似。在不相容性图表（图5）中，斜方辉石显示出了Ti的正异常和减少的重稀土元素成分。即便这些是可以改变的，Sc依旧很高，但是Zr却有明显的减少（下降到4ppm）。斜长石显示出正常的稀土分配模式：具有明显的轻稀土元素异常和较大的Eu正异常。与cpx-free带中的斜长石相比Sr具有较高的丰度（20-30ppm）。相对于Z2036B，Z2036C是边缘带部分，这代表了强烈花岗变晶结构，其中残斑状单斜辉石通常包含了出溶的斜方辉石和斜长石。残斑状的单斜辉石(HREEN/LREEN高达26)以及斜方辉石(Yb不超过28xch)在组分上变化较大，从高HREE、与Z2036B辉石相似的部分到HREE微异常(单斜辉石中HREEN/LREEr下降到小于10，Yb~6倍球粒陨石)。Zr和Sc因此而不同。碎斑状单斜辉石中出溶的斜方辉石层与碎斑状斜方辉石在微量元素组分上没有显示出明显的不同。在Z2036B，斜长石具有轻稀土富集，表现为Eu的正高异常，同时显示出更高的Sr组分（30-60ppm）。Z2145和Z2145B显示出与Z2036C中的辉石相似的微量元素丰度。斜方辉石中没有观察到Ti：的正异常。做为一个规律，在斜方辉石和单斜辉石中，可以观察到花岗变晶集合体中从残斑状到粒状具有明显的REE丰度的减小。表3ZabargadAl-Di辉石岩中单斜辉石和斜方辉石REE和选定的微量元素丰度(ppm)（样品Z2036,cpx-free带）图例同表2：图4cpx-free带中有代表性的标准化斜方辉石和斜长石。图例的标号与分析的矿物一致。参考Z2036A讨论：离子探针数据显示Z2036和Z2145记录了HREE、Zr、Sc富集异常，这在Z2096和Z2146的辉石中是不存在的。另外，碎斑状的辉石显示出辉石岩层中从内带到边缘部分富集程度减小的趋势。斜长石均显示出较一致的组分变化，由内部cpx-free到外部的cpx-rich带LREE和Sr富集程度增加。辉石的微量元素化学特征显示Al-Di辉岩Z2096和Z2146与造山带二辉橄榄伴生的含尖晶石的辉岩岩层具有相似的起源(Bodinieretal.1987;Downesetal.1991;ShervaisandMukasa1991)。总的看来，计算得出的辉石流体平衡组分具有REE模式与拉斑玄武岩具有密切的联系(Vannuccietal.1991)。相反地，形成cpx-free和cpx-rich带中的辉石和斜长石微量元素丰度显示出更复杂的过程，这会在接下来进行讨论。：图5cpx-rich带中有代表性的标准化斜方辉石和斜长石。图例的标号与分析的矿物一致。B、C参考Z2036B和Z2036C图6cpx-rich带中有代表性的标准化斜方辉石和斜长石。图例的标号与分析的矿物一致。参考Z2145单斜辉石游离带（cpx-freezone）：先前的区域有迹象显示残斑状斜方辉石和和斜长石边缘带有微量元素的丰度异常。这在岩相学上有记录(见Piccardoetal.1988)：斜长石（和橄榄岩）形成于减压成因尖晶石斜方辉石共生组合：的破坏，在反应中，REE和其他的微量元素分配与斜方辉石和斜长石。我们推测斜长石中微量元素丰度异常继承于先前生成的尖晶石和斜方辉石，本质上是来自于系统中的斜方辉石；换句话说，我们讨论微量元素的迁移能力在破坏反应过程中是被限制的。如果在几个厘米的距离内，在cpx-rich带的斜长石和单斜辉石中若发生反应，保持低的Sr组分是不可能的。初始斜方辉石的REE丰度被计算，主要取决于斜方辉石和斜长石的模式组分（0.85:0.15）和表1中的组分REEORIGlNALOPX=0.85REEOPX+0.15REEPLG。反应包括尖晶石（反应物）和橄榄石（产物），在考虑到REE分配中被忽略了。原始的斜方辉石保持着异常的微量元素丰度特征，例如LREE和HREE的分异，高HREE组分，以及Ti的负异常和Zr正异常。高Sc浓度在原始的斜方辉石中也被保持了。换句话说，当原生的斜方辉石和尖晶石共生在一起时，这些异常特征便显现出来。在图7中，原始的斜方辉石显示与石榴子石出明显的微量元素丰度特征（典型的铬尖晶石二辉橄榄岩中的石榴子石和石榴子石辉石来比较），我们讨论初始的矿物共生组合sp+opx是石榴子石上部减压反应的产物。同等重要的是斜方辉石和斜长石系统中非常低的Sr组分。单斜辉石的缺乏显示出原始斜方辉石中Ca的丰度是受到溶解度的限制的，主要是由于其在石榴子石中较低的丰度。因此，cpx-free带的高温压条件下石榴子石可以用以下反应来描述：式中的a,b,c和d分别代表石榴子石的摩尔数，各自的镁橄榄石、顽火辉