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华北克拉通由于保存了奥陶纪金伯利岩中的地幔包体和中生代.新生代玄武岩和侵入岩中的地幔包体,是世界上唯一保留有大陆根破坏前、后岩石圈地幔物质的地区,成为研究大陆稳定与改造等地球动力学核心问题的最佳天然实验室之一。玄武岩及其携带的地幔包体是研究深部地幔的探针,而地幔源区特征、部分熔融程度、温度和压力等多个因素控制了基性岩浆的形成过程和化学组成,玄武岩全岩地球化学证据的多解性(如对四合屯高Si、高Mg玄武岩的成因)使华北克拉通破坏机制存在不同认识。
熔体包裹体是晶体在岩浆体系中生长时捕获岩浆体系的微小熔体组分,主矿物在岩浆演化不同阶段捕获的熔体包裹体和外界熔体隔离,不受后期结晶分异、脱气作用和岩浆混合或同化混染作用影响,提供了直接测定熔体组成的介质。玄武岩斑晶中熔体包裹体成分特征可以推断玄武岩源区物质组成,反映岩浆形成演化过程。熔体包裹体保存了比寄主岩石和基质玻璃更多样的熔体组成,熔体包裹体可以保存更原始的岩浆组成。
对熔体包裹体的研究依赖于微区地球化学测试技术的发展。电子探针(EMP)和二次离子探针(SIMS)是测试熔体包裹体主、微量元素和挥发性元素及其部分同位素的常用测试技术。然而,EMP和SIMS对非均质熔体包裹体全岩的测定都需要对包裹体高温淬火均一化处理,这一过程存在很多问题而限制了它们在包裹体研究中的广泛应用。LA-ICP-MS在分析单个熔体包裹体中不受包裹体矿物相控制、不需要对包裹体均一化处理、包裹体不必出露到表面等优点成为最新的研究方向。
本研究对采自辽西四合屯早白垩世玄武岩斑晶中的熔体包裹体进行了LA-ICP-MS测试研究,建立了测试单个熔体包裹体组成分析技术,取得以下认识:
1.利用纳米台阶仪对在不同参数下的激光剥蚀坑的深度进行了测试,采用同一激光条件下对同一件样品剥蚀不同的次数,使剥蚀坑具有不同深度。纳米台阶仪得到的深度和剥蚀次数具有良好的相关性(R>0.9),得到玻璃标样和矿物的剥蚀速率。在不同的激光能量下不同基体的样品具有不同的剥蚀速率,但NIST610的激光剥蚀速率明显高于其他标样和矿物;而USGS标准玻璃的剥蚀速率和天然矿物相似。
2.利用LA-ICP-MS分析技术,采用无内标、USGS多外标数据校正方法,结合Fe-Mg在橄榄石、单斜辉石与玄武岩熔体间的分配系数比对四合屯玄武岩橄榄石、单斜辉石斑晶中单个熔体包裹体的主、微量元素进行了定量分析。
3.橄榄石、单斜辉石斑晶中的熔体包裹体在主、微量元素含量上表现出了比全岩更大的变化范围,但微量元素分配特征和全岩一致。单斜辉石斑晶中包裹体的CaO、CaO/Al2O3、Cr2O3随着单斜辉石Mg#的降低而降低,反映了单斜辉石结晶分离的影响;包裹体中Al2O3和Sr之间的显著相关性则记录了斜长石结晶分离作用的影响;包裹体MgO-Ni和MgO-CaO/Al2O3的变化反映了橄榄石的分离结晶作用。包裹体元素组成变化总体受橄榄石、单斜辉石和斜长石的结晶分离作用控制。玄武岩母岩浆组成较均一,与玄武岩来自高硅熔体与橄榄岩反应形成的辉石岩的部分熔融机制一致。
4.高Fo橄榄石斑晶中的熔体包裹体比采用向全岩中添加橄榄石方式计算出的原始熔体更能真实反映原始熔体组成。两个Fo>89的橄榄石斑晶中的包裹体组成和利用PRIMELT1向全岩中添加橄榄石方式计算出的原始熔体具有一定的可比性,但具有较低的CaO、SiO2、MnO含量和Mg#。由这些高Fo橄榄石中的熔体包裹体计算出的原岩的Mg#=90-91,他们更可能代表了原始熔体组成,而全岩可能受到岩石混染和堆晶作用影响。
5.高Mg#单斜辉石斑晶中少量高Mg#、高Si含量、不富集Ni、Cr元素含量、低其他微量元素含量的熔体包裹体反映玄武岩浆上升早期受到了Si质岩石的混染。