您当前所在的位置 :
大洋岩石圈水化作用过程中的Mg-O同位素研究
来源:碳中和科学与工程学院 时间:2024/04/25 浏览量:

大洋岩石圈的水化作用会引起岩石中挥发分和元素的迁移,在此过程中海水与岩石发生相互作用,会改变岩石的压力和摩擦力,降低岩石圈的强度。此外,水通过降低地幔物质的熔融温度和黏度促进岩浆的产生及火山活动。因此,研究岩石圈水化过程对理解地质过程具有重要意义。岩石圈中橄榄岩的蛇纹石化作用和基性岩的异剥钙榴岩化过程是两个重要的水化过程,但是,目前对这两个过程中的流体的来源和性质、反应过程中的Mg-O同位素组成变化以及这两个反应之间的关系还不清楚。

针对以上问题,研究者选取西藏日喀则蛇绿岩中的橄榄岩、蛇纹岩、辉长岩和异剥钙榴岩作为研究对象,对这些岩石的全岩主微量元素和Mg-O同位素进行了详细分析。研究结果发现,橄榄岩的Mg同位素值与地幔值 (δ26Mg = –0.25 ± 0.03‰)接近,而蛇纹岩具有更重的Mg同位素组成(δ26Mg = –0.16 ± 0.09‰),表明蛇纹石化过程中发生了明显的Mg同位素分馏。

对蛇纹石化过程中的同位素变化进行瑞利分馏过程模拟,得到蛇纹石化过程中流体与蛇纹岩之间Mg同位素的分馏系数α (26Mg/24Mg)值为0.997–0.999 (图1a)。这个值与前人理论计算结果一致(图1b),表明低温蛇纹石化过程中利蛇纹石的形成会优先从流体中吸收重的Mg同位素。计算获得与蛇纹岩平衡的流体的δ26Mg值接近–1.9‰,显著低于现今海水的Mg同位素组成。

图1 橄榄岩蛇纹石化过程中Mg同位素变化的瑞利分馏模拟(a)以及矿物-流体间Mg同位素分馏值与温度的关系(b)

 

对基性辉长岩和异剥钙榴岩的研究结果发现,辉长岩具有与正常大洋岩石圈基性岩的Mg-O同位素组成(图2),但是异剥钙榴岩的Mg-O同位素组成变化范围较大,其Mg同位素比值明显低于正常大洋岩石圈基性岩(图2)。利用模拟计算,可以对水岩平衡条件下异剥钙榴岩中的Mg和O同位素组成进行限定。结果发现,超基性橄榄岩水化反应后的流体可以很好的解释基性异剥钙榴岩中的Mg-O同位素组成。因此,蛇纹石化流体可以是形成异剥钙榴岩的交代流体,蛇纹石化作用与异剥钙榴岩化作用紧密相关。

图2  含碳酸盐流体与基性辉长岩的Mg-O同位素混合模拟结果

由于大洋底部水化作用广泛存在,并在地球历史上长期存在,随着蛇纹石化过程中Mg元素加入海水,该过程会对海水的Mg同位素组成造成显著影响。同时,海底蛇纹石化会形成具有重Mg同位素组成的蛇纹岩,这些蛇纹岩随着大洋岩石圈俯冲进入地幔会引发地幔Mg同位素组成的不均一性,并可能使相关岩浆岩产生重Mg同位素组成的信号。