謝元惠 單偉 于學(xué)峰 遲乃杰 汪方躍 李大鵬 張巖 李小偉

1.地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083 2.自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東省地質(zhì)科學(xué)研究院, 濟(jì)南 250013 3.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,礦床成因與勘查技術(shù)研究中心, 合肥 230009

近年來，巖石學(xué)家和地球物理學(xué)家根據(jù)諸多證據(jù)逐漸認(rèn)識(shí)到，穿地殼巖漿系統(tǒng)包含了上地幔和地殼不同層次的多個(gè)巖漿儲(chǔ)庫，這些不同層次的巖漿儲(chǔ)庫主要通過巖墻形式彼此連通，在構(gòu)造活動(dòng)的影響下，發(fā)生物質(zhì)和能量的運(yùn)移(Cashmanetal.，2017；Mageeetal.，2018；Sparksetal.，2019)。對于穿地殼巖漿系統(tǒng)內(nèi)的某一個(gè)巖漿儲(chǔ)庫而言，它們大部分時(shí)間處于冷儲(chǔ)存狀態(tài)(熔體/晶體比值低，即晶體在整個(gè)巖漿系統(tǒng)內(nèi)占據(jù)較高比例；馬昌前等，2020)。在強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng)并伴隨下覆基性巖漿再補(bǔ)給的條件下，新巖漿或流體注入可以有效地降低巖漿系統(tǒng)的晶體占比，并短暫地轉(zhuǎn)入高熔體/晶體比的巖漿系統(tǒng)狀態(tài)，而火山系統(tǒng)的噴發(fā)恰恰是在這種條件下發(fā)生的(Cooper and Kent，2014)。

穿地殼巖漿系統(tǒng)內(nèi)不同層次的巖漿儲(chǔ)庫可在熔體成分、流體組分、晶體/熔體比例，以及流變學(xué)等性質(zhì)方面存在差異。同時(shí)，在單個(gè)巖漿儲(chǔ)庫內(nèi)可以發(fā)生一定程度的分離結(jié)晶或堆晶作用，包括流體對晶體的改造或交代作用(Edmondsetal.，2019；Sparksetal.，2019)?？紤]到巖漿的密度，揮發(fā)分含量，圍巖性質(zhì)，以及巖漿儲(chǔ)庫的層次，一般而言，下地殼層次多出現(xiàn)偏基性的巖漿儲(chǔ)庫(Cashmanetal.，2017)；在上地殼的淺部巖漿儲(chǔ)庫，同時(shí)受到熔體密度和揮發(fā)分含量的影響，可以同時(shí)存在偏酸性或偏基性的巖漿儲(chǔ)庫(Lietal.，2016；Cashmanetal.，2017；Jacksonetal.，2018；Gaoetal.，2020；Mangleretal., 2020)。在構(gòu)造活動(dòng)的影響下，不同批次的深層次巖漿可以遷移至淺部巖漿儲(chǔ)庫，并發(fā)生“巖漿混合”，這個(gè)過程可能反復(fù)多次發(fā)生。

同一穿地殼巖漿系統(tǒng)內(nèi)的某種礦物，在不同層級巖漿儲(chǔ)庫內(nèi)發(fā)生熔蝕、交代或再生長，進(jìn)入最淺層次的巖漿儲(chǔ)庫，最后發(fā)生固結(jié)成巖，這種類型的晶體被稱之為“再循環(huán)晶”(Jerram and Martin，2008；羅照華等，2013；馬昌前等，2020)。巖漿巖作為巖漿作用的綜合產(chǎn)物，它的晶體群組成可能受到整個(gè)穿地殼巖漿系統(tǒng)的影響。因此，再循環(huán)晶的出現(xiàn)也可以視為一種廣義上的巖漿混合，晶體與晶體之間的接觸關(guān)系，可以是一種共結(jié)關(guān)系，也可以是一種“反應(yīng)關(guān)系”(Ubideetal.，2014b)或“組合拼貼關(guān)系”(例如花崗質(zhì)侵入巖中鉀長石巨晶與周圍礦物之間的關(guān)系；Yinetal.，2021)。因此，開展巖漿通道系統(tǒng)的綜合研究，有助于闡明巖漿形成和演化的真實(shí)過程(馬昌前等, 2020)。

上述認(rèn)識(shí)對“斑狀結(jié)構(gòu)巖漿巖”的成因解釋提出了挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)意義上的“斑晶(phenocryst)”可能不是在封閉的單一巖漿儲(chǔ)庫內(nèi)形成的，而是來自開放系統(tǒng)內(nèi)不同層次的巖漿儲(chǔ)庫，即過去認(rèn)為的“斑晶”實(shí)際上并不是從全巖成分代表的巖漿中結(jié)晶出來的，而是來自穿地殼巖漿系統(tǒng)內(nèi)不同深度層次的再循環(huán)晶。大多數(shù)情況下，這些再循環(huán)晶和周圍的基質(zhì)更可能是一種不平衡關(guān)系。同時(shí)，這些再循環(huán)晶相互接觸，或者再循環(huán)晶與自生晶(autocryst，即以全巖成分為代表的巖漿內(nèi)結(jié)晶的晶體，Milleretal.，2007)相互接觸，很容易觸發(fā)穩(wěn)定同位素的非平衡分餾，引發(fā)一系列地球化學(xué)問題的再思考(Baietal.，2021；Dengetal.，2021)。

煌斑巖作為淺成相或半深成相富揮發(fā)分的一大類巖石，常呈斑狀結(jié)構(gòu)，它們的“粗晶(macrocryst，Clementetal.，1984)”與基質(zhì)常處于不平衡狀態(tài)(Ubideetal., 2014b；Weietal., 2015)?；诖┑貧r漿系統(tǒng)的概念，這些“粗晶”在大多數(shù)情況下不能稱之為斑晶，而更可能是再循環(huán)晶。

本文選擇膠東早白堊世鈣堿性煌斑巖及其中的單斜輝石“粗晶”作為主要研究對象，通過詳細(xì)的巖相學(xué)與礦物學(xué)成分分析，綜合全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)，劃分煌斑巖中單斜輝石晶體的類型，厘定它們的結(jié)構(gòu)和成分變化特征，闡明不同類型單斜輝石“粗晶”的形成過程，最后利用穿地殼巖漿系統(tǒng)的理念，重新認(rèn)識(shí)再循環(huán)晶對煌斑巖全巖成分的改造與影響，刻畫穿地殼巖漿系統(tǒng)內(nèi)不同層級巖漿儲(chǔ)庫之間的聯(lián)系。

1 地質(zhì)背景和樣品描述

華北克拉通北鄰中亞造山帶，東接蘇魯超高壓變質(zhì)帶，南鄰秦嶺大別造山帶(圖1a)，是世界上最古老的太古宙克拉通之一，并保存有大于3.8Ga 的陸殼記錄(Liuetal.，1992)。膠北地體位于華北克拉通東南緣(圖1a)；其西側(cè)為魯西地塊，以郯廬斷裂為界；東南側(cè)為蘇魯超高壓變質(zhì)帶，以五蓮-煙臺(tái)斷裂為界(圖1b；Tangetal.，2007，2008；Dengetal.，2015, 2017)。本文研究區(qū)位于膠北地體內(nèi)，該地體前寒武紀(jì)基底主要由新太古代膠東群火成片麻巖組成，包括英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗閃長巖系列(TTG)片麻巖(～2.9Ga 至～2.7Ga)、角閃巖(～2.5Ga)和基性麻粒巖(～2.4Ga)，并在～1.85Ga發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用(Tangetal.，2007；Wangetal.，2010, 2015；Liangetal.，2018)。

圖1 中國東部和華北克拉通主要構(gòu)造單元地質(zhì)簡圖(a，據(jù)Zeng et al.，2011修改)、膠東半島地質(zhì)簡圖(b，據(jù)Tang et al.，2006修改)和叢家?guī)r體及煌斑巖分布概況圖(c)

三疊紀(jì)早期，揚(yáng)子板塊與華北克拉通發(fā)生碰撞，形成蘇魯超高壓變質(zhì)帶(Cong，1996；Zhengetal.，2003；Zheng，2008)，并伴有區(qū)域巖漿活動(dòng)，時(shí)空上逐漸延伸至膠北地體。大量的年代學(xué)研究表明，中生代時(shí)期膠北地體主要發(fā)生了3期大規(guī)模巖漿活動(dòng)：晚侏羅世160～141Ma(Zhangetal.，2010；Maetal.，2013)、早白堊世早期132～123Ma(Yangetal.，2012)和早白堊世晚期118～111Ma(Zhangetal.，2010；張?jiān)罉虻龋?007)。上述多期次巖漿活動(dòng)導(dǎo)致大量巖漿巖侵入到前寒武紀(jì)基底中，典型代表為玲瓏花崗巖體(160～147Ma)和郭家?guī)X花崗閃長巖體(133～111Ma)(徐金方，1991；Wangetal.，1998；Zhangetal.，2003, 2010；Yangetal.，2012，2018；Maetal.，2013)。在這些中生代花崗巖中產(chǎn)出多種類型的白堊紀(jì)中基性巖脈，包括煌斑巖、輝綠巖和閃長巖等，這些脈巖的同位素年齡范圍為132～113Ma，峰值為125±5Ma(Meng，2003；Guoetal.，2004；Liuetal.，2008, 2009；Maetal.，2014a，2016；Dengetal.，2017)。叢家?guī)r體位于招遠(yuǎn)市宋家鎮(zhèn)以北(圖1b)，是郭家?guī)X序列花崗巖的重要組成部分，主體巖性為似斑狀花崗閃長巖(圖2a)。巖石中“粗晶”主要為鉀長石，粒徑可達(dá)1～5cm，含量約10%～15%；基質(zhì)礦物的粒徑范圍為1～5mm，呈中細(xì)粒，主要由石英(20%～25%)、斜長石(40%～45%)、鉀長石(約10%)、角閃石(5%～15%)和黑云母(約占5%)組成，副礦物主要為榍石、鋯石、磷灰石和不透明礦物等。石英呈他形粒狀，充填在其他礦物間隙中；鉀長石“粗晶”多為自形短柱狀或厚板狀，基質(zhì)多呈半自形板狀，部分晶體可見卡式雙晶發(fā)育；斜長石呈自形至半自形板狀或板條狀，角閃石多呈柱狀、粒狀，黑云母呈片狀產(chǎn)出。

圖2 叢家?guī)r體中煌斑巖野外地質(zhì)照片及鏡下照片

叢家?guī)r體內(nèi)產(chǎn)出了大量煌斑巖脈(圖1c)，這些煌斑巖脈沿北西走向密集展布，侵位于叢家似斑狀花崗閃長巖中(圖2a)，脈體中可見大量似斑狀花崗閃長巖捕虜體(圖2b)。上述巖脈寬度一般在20～90cm之間。叢家煌斑巖巖性主要為閃斜-拉輝煌斑巖類(圖2c-g)，它們的新鮮面主要呈深灰色，具“斑狀”結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造。巖石中的“粗晶”以單斜輝石(10%～20%)、角閃石(約2%)和斜長石(5%)為主，偶見少量綠簾石“粗晶”(約2%)?；|(zhì)主要有角閃石(35%～40%)、斜長石(35%～40%)、方解石(2%～5%)和綠簾石(2%～5%)。煌斑巖基質(zhì)中的副礦物有磁鐵礦、鋯石和磷灰石等。此外，個(gè)別煌斑巖中包含少量不混溶“珠滴”，類似于“杏仁體”(約2%)，主要成分為方解石(圖2c)。

煌斑巖中單斜輝石“粗晶”粒徑在0.2～2mm之間，偶見單斜輝石聚晶(圖2d-g)。單斜輝石“粗晶”自形程度較高，常表現(xiàn)復(fù)雜的環(huán)帶結(jié)構(gòu)。根據(jù)單斜輝石結(jié)構(gòu)特征的不同，本文將叢家煌斑巖中的單斜輝石“粗晶”分為兩種類型，即正環(huán)帶輝石和振蕩環(huán)帶輝石。正環(huán)帶輝石少見，具有典型的核-邊結(jié)構(gòu)(圖2d, e)。在背散射圖(BSE)中，它們顯示核部較暗而邊部較亮的特征。部分正環(huán)帶輝石核部發(fā)育典型的篩狀結(jié)構(gòu)，篩孔中主要包含一些斜長石、磁鐵礦和大量流體包裹體。邊部具振蕩環(huán)帶特征，總體反映出晶體生長過程中環(huán)境的變化。相比之下，具有振蕩環(huán)帶的“單斜輝石粗晶”(圖2f, g)較為發(fā)育，它們顯示干凈的振蕩環(huán)帶特征，核-邊結(jié)構(gòu)不發(fā)育。斜長石“粗晶”粒徑在0.2～1mm之間，多為半自形晶，部分顆粒蝕變?yōu)殁c黝簾石(圖2h)?；桶邘r中無論是“微斑晶”亦或是基質(zhì)中的角閃石，多為長柱狀，偶有粒狀角閃石發(fā)育(2i, j)，多色性明顯，角閃石“微斑晶”大小為0.2～0.5mm。

2 測試方法

2.1 全巖元素地球化學(xué)分析

為確定研究區(qū)煌斑巖脈的全巖元素地球化學(xué)組成，本研究選取6件未遭受明顯蝕變的樣品，并無污染粉碎至200目。全巖主量及微量元素分析均在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。全巖主量元素分析方法為波長色散X射線熒光光譜法，測試儀器為波長色散X射線熒光光譜儀(ZSXPrimusⅡ)，分析遵循中國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14506.28—2010)，采用中國國家?guī)r石標(biāo)準(zhǔn)(GBW07103、GBW07105、GBW07111)對測量樣品的元素濃度進(jìn)行校準(zhǔn)，最終的分析精度優(yōu)于±5%。全巖微量元素含量測定利用Agilent 7700e ICP-MS儀器完成，具體的分析流程與劉穎等(1996)的描述一致，本次用于校準(zhǔn)測量樣品元素濃度的巖石標(biāo)準(zhǔn)樣品為AGV-2，BHVO-2和BCR-2，微量元素含量的分析精度優(yōu)于±5%。

2.2 電子探針(礦物原位主量元素)分析

礦物電子探針分析在山東省地質(zhì)科學(xué)院山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析所用儀器型號(hào)為JEOL JXA-8230。工作電壓設(shè)置為15kV，發(fā)射電流為20nA，分析長石類礦物時(shí)的束斑直徑為5～10μm，其他礦物所用束斑直徑為1～5μm，分析精度優(yōu)于±2%。具體的分析步驟可參考Xingetal.(2020)及Huetal.(2019)的詳細(xì)描述。

2.3 礦物原位微量元素分析及元素含量分布面掃

礦物原位微量元素測定及元素掃面在合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院礦床與勘查中心(ODEC)利用LA-ICP-MS完成。分析儀器配備了激光燒蝕系統(tǒng)(PhotonMachines Analyte HE with 193 nm ArF Excimer)，ICP-MS型號(hào)為Agilent 7900。激光剝蝕過程中，氦氣和氬氣分別作為載氣和補(bǔ)充氣體，在進(jìn)入ICP前通過T型接頭與載氣混合。微量元素分析采用的激光頻率為8Hz，能量為2J/cm2，激光束斑大小為10～30μm。在每次激光開始剝蝕礦物之前，監(jiān)測20s的空白氣體信號(hào)。對硅酸鹽礦物的微量元素組成采用多外標(biāo)無內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行校正。用于數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的外部標(biāo)準(zhǔn)樣品為GSE-1G、BCR-2G、NIST 610和NIST 612。在每10個(gè)未知點(diǎn)分析后對標(biāo)準(zhǔn)樣品BCR-2G、NIST 610和NIST 612各進(jìn)行一次分析，GSE-1g則在每次礦物面掃的開始和結(jié)束時(shí)進(jìn)行一次分析。數(shù)據(jù)處理使用ICPMSDataCal軟件Liuetal.(2008)。大部分元素的不確定度優(yōu)于±10%。

3 分析結(jié)果

3.1 礦物主、微量元素地球化學(xué)

本次研究對叢家煌斑巖樣品中的主要造巖礦物(單斜輝石、角閃石及斜長石)進(jìn)行了電子探針分析，并對部分樣品中的單斜輝石進(jìn)行了原位微量元素分析。單斜輝石和斜長石的礦物化學(xué)式通過Geokit軟件(路遠(yuǎn)發(fā)，2005)獲得，角閃石礦物的化學(xué)式則利用Lietal.(2020)提出的方法進(jìn)行處理。為了直觀地反映元素在單斜輝石中的分布，本次研究選擇了一顆具篩狀結(jié)構(gòu)的單斜輝石顆粒進(jìn)行了LA-ICP-MS元素面掃描，共分析51種元素，并給出了重要元素(Al、Sr、Y、∑REE、Cr和Ni等)和相關(guān)參數(shù)(Mg#值)的分布情況。

3.1.1 單斜輝石

根據(jù)分析樣品中單斜輝石的(環(huán)帶)結(jié)構(gòu)特征(如圖2所示)及元素含量變化特征(見表1、表2)，本研究將這些單斜輝石分為主要的兩類，即正環(huán)帶輝石和振蕩環(huán)帶輝石。在Wo-En-Fs圖解中(圖3a)，大部分單斜輝石數(shù)據(jù)點(diǎn)落入透輝石區(qū)域，少數(shù)幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)落入普通輝石區(qū)域。

圖3 叢家?guī)r體中煌斑巖的礦物分類圖解

表1 叢家煌斑巖中單斜輝石主量元素?cái)?shù)據(jù)(wt%)

表2 叢家煌斑巖中單斜輝石微量元素組成(×10-6)

正環(huán)帶輝石的核部及邊部的化學(xué)成分存在一定差異。正環(huán)帶輝石核部的SiO2含量變化較大為49.4%～54.2%，MgO含量在14.4%～16.8%之間變化，F(xiàn)eOT含量范圍為1.59%～6.51%，CaO含量為22.2%～23.2%，Mg#值變化范圍為86.0～94.9。此外，對于無篩狀結(jié)構(gòu)核部，它們的Cr含量為39.6×10-6～45.8×10-6，Ni含量范圍為2.16×10-6～3.24×10-6，具較低的稀土元素總含量(∑REE：4.29×10-6～4.43×10-6)及Nb/Ta值(3.55～4.31)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖中(圖4a)，無篩狀結(jié)構(gòu)正環(huán)帶輝石核部未表現(xiàn)出明顯的Eu負(fù)異常(Eu/Eu*=0.85～1.04)，輕重稀土存在一定分異，(La/Yb)N值范圍為6.43～7.25。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘蛛圖中(圖4b)，無篩狀結(jié)構(gòu)正環(huán)帶輝石核部表現(xiàn)出Th、U、Pb、Zr和Hf等元素富集，而Nb、K、P等元素虧損的特征。

正環(huán)帶輝石邊部具有較為穩(wěn)定的SiO2含量，為50.2%～52.6%；Al2O3含量為2.44%～5.36%，CaO含量范圍20.6%～23.4%，F(xiàn)eOT含量在4.72%～8.01%之間，MgO含量為14.0%～16.3%。此外，邊部的Mg#值較核部偏低，為78.9～89.1；Cr和Ni含量較核部更高，分別為2458×10-6～6177×10-6和85.8×10-6～158×10-6；Nb/Ta值及∑REE均較之核部更高，分別為5.94～15.1和49.2×10-6～1055×10-6。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖中(圖4a)，正環(huán)帶輝石邊部的配分曲線具有與核部相似的趨勢，Eu/Eu*為0.90～1.03，(La/Yb)N值為5.57～6.21。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘蛛圖中(圖4b)，正環(huán)帶輝石邊部具富集Th、LREE(輕稀土元素)等元素，虧損Nb、Pb、P等元素的特征。

圖4 單斜輝石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a、c)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘蛛圖(b、d)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

本文選擇具有篩狀結(jié)構(gòu)核部的正環(huán)帶輝石，進(jìn)行LA-ICP-MS元素面掃描分析。如圖5所示，盡管輝石核部的篩孔中包裹體會(huì)造成異常值的存在，導(dǎo)致輝石核部本身的信息有所掩蓋，但仍然不難看出，輝石的Ca、K、Cr、Ba、Rb、Sr/Y等均表現(xiàn)出了顯著的核-邊結(jié)構(gòu)，其中Ca、Cr、Y等元素顯示出核部低而邊部含量高的特征，K、Rb、Ba等元素含量及Sr/Y比則顯示出核部高而邊部低的特征。此外，在這些高分辨率元素分布圖中，部分顯示出明顯的扇形分帶，這在BSE圖像及正交偏光鏡下照片中均得到反映(圖2d-e)。正環(huán)帶輝石沙漏狀扇形區(qū)域，Mg#值明顯偏高；而棱柱狀的扇形區(qū)域中強(qiáng)烈富集Al、Cr及∑REE等(圖5)。

為了進(jìn)一步排除篩孔中基質(zhì)成分的影響并更直觀地反映篩狀結(jié)構(gòu)輝石核部及幔部元素含量差異，從該晶體的元素面掃結(jié)果中截取了一條排除篩孔信息的橫向剖面(A-B，圖5所示)，數(shù)據(jù)列于表3中，幾種元素分布剖面圖展示于圖6。從剖面數(shù)據(jù)看，正環(huán)帶輝石的篩狀核部具有較高的K含量(2719×10-6～13518×10-6)，Ni含量(103×10-6～208×10-6)，Sr含量(202×10-6～577×10-6)，Rb含量(13.8×10-6～55.4×10-6)和Ba含量(71.8×10-6～2340×10-6)等；較低含量的Y(8.70×10-6～17.9×10-6)和Cr(517×10-6～810×10-6)；此外，核部表現(xiàn)出較高的Sr/Y比(18.7～49.3)。正環(huán)帶輝石的振蕩邊部具有比篩狀核更低含量的K(24.2×10-6～1426×10-6)、Ni(95.0×10-6～133×10-6)、Sr(132×10-6～181×10-6)、Rb(0～5.90×10-6)、Ba(1.10×10-6～81.8×10-6)及更低的Sr/Y比(5.78～11.7)，但具有比篩狀結(jié)構(gòu)單斜輝石核部更高的Y含量(15.5×10-6～26.8×10-6)和Cr含量(1381×10-6～2473×10-6)。總體而言，剖面的數(shù)據(jù)結(jié)果與元素面掃分布規(guī)律相吻合。

表3 篩狀結(jié)構(gòu)正環(huán)帶單斜輝石LA-ICP-MS面掃剖面數(shù)據(jù)(×10-6)

圖6 篩狀結(jié)構(gòu)正環(huán)帶單斜輝石A-B截面(如圖5所示位置)元素變化幅度圖

振蕩環(huán)帶輝石的SiO2含量范圍為48.0%～52.2%，Al2O3含量為2.88%～6.88%，CaO含量較為均一為22.3%～23.3%，F(xiàn)eOT含量范圍為4.62%～7.25%，MgO含量為13.0%～15.9%，Mg#值范圍為82.3～89.4。此外，振蕩環(huán)帶輝石Cr含量為554×10-6～2868×10-6，Ni含量為88.4×10-6～139×10-6，Nb/Ta值變化范圍較大，為2.37～14.3，稀土元素總量為60.7×10-6～149×10-6。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖中(圖4c)，所有振蕩環(huán)帶輝石樣品表現(xiàn)出與正環(huán)帶輝石邊部相似的配分模式，無明顯Eu負(fù)異常(Eu/Eu*=0.87～1.05)，輕重稀土分異明顯((La/Yb)N=4.42～7.15)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘蛛圖中(圖4d)，振蕩環(huán)帶輝石與正環(huán)帶輝石邊部具有相似的微量元素特征，表現(xiàn)為虧損K、Pb和P，富集Th、Ta及LREE等元素的特征。

3.1.2 角閃石

叢家?guī)r體煌斑巖中的角閃石均屬于鈣質(zhì)角閃石類，主要為韭閃石和鎂綠鈣閃石(圖3b)。根據(jù)其化學(xué)成分特征也可分為兩類，即具高SiO2含量的角閃石(簡稱為高硅角閃石)和具更低SiO2的角閃石(簡稱為低硅角閃石)，具體的角閃石主量元素含量見表4。高硅角閃石具有偏高的SiO2含量(40.3%～44.3%)；TiO2含量范圍為1.06%～3.01%，平均2.27%；Al2O3范圍為11.3%～12.8%；FeOT含量為10.0%～14.5%；MgO范圍為12.4%～15.2%，Mg#值為70.9～83.0；CaO含量為11.1%～11.7%；K2O含量在0.61%～0.88%之間。低硅角閃石SiO2含量偏低(38.4%～40.1%)；TiO2含量較高硅角閃石偏高，為3.13%～3.89%(平均3.51%)；Al2O3及K2O含量較高硅角閃石更高，分別為13.9%～15.4%和1.18%～1.44%；CaO含量為11.5%～12.3%；FeOT含量為9.86%～12.3%；MgO含量范圍為12.9%～14.6%，Mg#值變化范圍較大，為75.5～82.4。

3.1.3 斜長石

本次研究的斜長石樣品具有變化較大的主量元素含量(表5)，如SiO2含量(50.9%～56.7%)，Al2O3含量集中在26.8%～31.0%之間，CaO含量為8.42%～13.4%，Na2O含量范圍為3.77%～6.30%，An值為40～65。在An-Ab-Or圖解(圖3c)中，斜長石樣品主要落入拉長石-中長石區(qū)域內(nèi)。

表5 叢家煌斑巖斜長石探針數(shù)據(jù)(wt%)

3.2 全巖主、微量元素地球化學(xué)

叢家煌斑巖的主量元素及微量元素分析結(jié)果列于表6。本研究中的樣品燒失量(LOI= 1.32%～7.50%)較高且變化較大，這可能與巖石中發(fā)育碳酸巖類、簾石類礦物及蝕變礦物有關(guān)。高LOI值可能會(huì)影響對流體活動(dòng)性元素含量的估計(jì)，如CaO和LILEs(Songetal., 2008；McCoy-Westetal.，2010)。然而，本次采集的樣品中LOI與CaO及K、Na、Rb、Sr和Ba等流體活動(dòng)性元素之間不存在系統(tǒng)相關(guān)性，這意味著蝕變的影響有限(Wangetal., 2006)。此外，煌斑巖樣品中釷(Th)和鈾(U)元素之間存在良好的線性相關(guān)性，這也表明巖石未經(jīng)歷顯著的后期熱液蝕變作用(Sch?reretal., 1986)。

表6 叢家煌斑巖主量元素(wt%)及微量元素(×10-6)數(shù)據(jù)

本文繪制的全巖主量元素相關(guān)圖解中(圖7a, b)，均進(jìn)行了去除燒失量(LOI)后的歸一化計(jì)算。在TAS圖解(圖7a)中大部分樣品落在鈣堿性區(qū)域內(nèi)，屬于輝長巖-輝長閃長巖-閃長巖系列巖石。從SiO2-K2O巖石系列劃分圖(圖7b)上看，大部分樣品落入高鉀鈣堿性系列中。叢家煌斑巖的里特曼指數(shù)(σ)為1.87～4.17，表現(xiàn)為鈣堿性至弱堿性。叢家煌斑巖的TiO2含量為0.69%～1.04%，屬于低鈦煌斑巖，Al2O3含量及FeOT含量分為11.9%～15.2%、5.03%～8.27%。此外，叢家煌斑巖具較高的CaO含量(5.17%～10.7%)、MgO含量(5.61%～12.5%)和Mg#值(65.9～73.7)，樣品去燒失后的全堿(Na2O+K2O)含量為3.67%～6.50%。

圖7 叢家?guī)r體中煌斑巖脈樣品TAS圖解(a，據(jù)Middlemost，1994)和K2O-SiO2圖解(b，據(jù)Peccerillo and Taylor，1976)

叢家煌斑巖稀土元素總含量(∑REE)介于137×10-6～283×10-6之間，平均191×10-6。輕稀土與重稀土元素分異明顯，整體呈現(xiàn)為輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，(La/Yb)N為14.2～28.1。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(圖8a)中，煌斑巖樣品稀土元素配分曲線整體形態(tài)基本一致，均為右傾平滑曲線，未顯示明顯Eu負(fù)異常，Eu/Eu*為0.87～1.16。表明巖漿演化過程中斜長石可能未發(fā)生明顯的分離結(jié)晶或源區(qū)殘留。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘蛛圖(圖8b)中，所有煌斑巖樣品均表現(xiàn)出虧損Nb、Ta、P和Ti等元素，而富集Ba、Pb、Sr和Nd等元素的特征。從圖8中可以看出，叢家?guī)r體中的煌斑巖與膠北地體中相鄰區(qū)域出露的煌斑巖具有相似的微量元素特征，同時(shí)與膠東半島其他地區(qū)的早白堊世(130～110Ma)鈣堿性基性巖脈的REE配分模式相似(Maetal.，2014b)，但比阿留申弧玄武巖的輕稀土含量更高(Kelemenetal.，2003)。

圖8 叢家?guī)r體中煌斑巖樣品球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘蛛圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)

4 討論

4.1 “再循環(huán)晶”的識(shí)別

通過單斜輝石與熔體的Fe-Mg交換系數(shù)(KD(Fe-Mg)單斜輝石-熔體=0.28±0.08；Pichavant and Macdonald，2007；Putirka，2008)計(jì)算可知(圖9a)，叢家煌斑巖中正環(huán)帶輝石核部的少量數(shù)據(jù)點(diǎn)落入平衡曲線上部或者落在平衡曲線上，大部分核部數(shù)據(jù)點(diǎn)落在平衡曲線之下。鑒于它們出現(xiàn)在“粗晶”核部，同時(shí)具有較高的Mg#值，它們更可能結(jié)晶自偏基性熔體中。全部正環(huán)帶輝石邊部數(shù)據(jù)則落入平衡曲線下部，表明全巖組分與這些正環(huán)帶輝石不平衡，同時(shí)暗示了巖漿體系中可能存在外來的富鎂組分混入，導(dǎo)致了巖漿體系更加富鎂。

圖9 叢家?guī)r體中煌斑巖的礦物與寄主巖平衡圖解

所有分析的振蕩環(huán)帶輝石數(shù)據(jù)點(diǎn)與正環(huán)帶輝石邊部數(shù)據(jù)點(diǎn)具有相似的Mg#值，且在圖9a中，僅有少部分樣品落入平衡曲線內(nèi)而大部分樣品落入平衡曲線下部，這似乎也佐證了振蕩環(huán)帶輝石與全巖組分之間的不平衡。因此，本文推測這些正環(huán)帶及振蕩環(huán)帶輝石晶體不屬于“斑晶”(Larreaetal.，2013)。

巖相學(xué)觀察事實(shí)顯示，盡管一些正環(huán)帶輝石核部存在篩狀結(jié)構(gòu)，且化學(xué)成分上與邊部存在顯著差異(如核部Mg#值相對較高)，但這些核部與邊部之間并沒有發(fā)育明顯的熔蝕界面，且核部還保留有完整的晶型，邊部的振蕩環(huán)帶始終與核部保持著一致的結(jié)晶形態(tài)。在稀土元素配分模式圖中(圖4a)，盡管二者的稀土元素總量存在顯著差異，卻表現(xiàn)出近平行的配分模式曲線，這表明核部與邊部之間可能具有成因聯(lián)系。綜合上述特征，本文認(rèn)為正環(huán)帶輝石核部并非為殘余的“捕擄晶”，而是與邊部形成于同一穿地殼巖漿系統(tǒng)內(nèi)，二者生長時(shí)所處的巖漿系統(tǒng)在溫度、壓力或者組分條件上發(fā)生了一定的改變。同時(shí)，振蕩環(huán)帶輝石及正環(huán)帶輝石的振蕩邊中也未觀察到與寄主熔體反應(yīng)留下的熔蝕邊，且二者均保留有較為完整的晶型，且自形程度較好。這些特征也否定了它們是“捕擄晶”的可能性。振蕩環(huán)帶與全巖組分Mg#值的不平衡，很可能是由于巖漿在上升過程中的體系流體壓力振蕩變化導(dǎo)致的(Larreaetal.，2013；Ubideetal.，2014b)?？傊?，叢家煌斑巖中的單斜輝石解釋為“再循環(huán)晶”最為合理。根據(jù)這些單斜輝石再循環(huán)晶的化學(xué)成分，不同類型的再循環(huán)晶記錄了不同結(jié)晶歷史，但處在同一個(gè)穿地殼巖漿系統(tǒng)內(nèi)，不同的成分特征表明其可能結(jié)晶于同一巖漿儲(chǔ)庫內(nèi)的不同位置或來自不同的巖漿儲(chǔ)庫，并經(jīng)歷不同的巖漿補(bǔ)給事件，但顯著的結(jié)構(gòu)差異似乎表明再循環(huán)晶來自不同巖漿儲(chǔ)庫這一假設(shè)更為合理(Charlieretal.，2005；Reaganetal.，2006；Davidsonetal.，2007；Jerram and Martin，2008；Larreaetal.，2013)。

叢家煌斑巖中的角閃石主要以基質(zhì)形式產(chǎn)出，僅少數(shù)呈“微斑晶”，這些“微斑晶”在化學(xué)成分上與角閃石基質(zhì)沒有明顯差異。通過角閃石與熔體的Fe-Mg交換系數(shù)(KD(Fe-Mg)角閃石-熔體=0.28±0.11；Putirka，2016)計(jì)算了平衡曲線，并繪制了角閃石與寄主巖平衡圖解(圖9b)，所有角閃石樣品均落入平衡曲線之下。造成這種現(xiàn)象的原因可能有兩種，一種是這些角閃石與寄主巖漿是平衡的，它們屬于自生晶(autocryst)，但巖漿補(bǔ)給過程中帶入了大量不平衡的鎂鐵質(zhì)組分(如單斜輝石再循環(huán)晶)，從而升高了全巖組分的Mg#值(Ubideetal.，2014b)，進(jìn)而導(dǎo)致角閃石組分與全巖成分的“不平衡”。另一種可能性就是這些角閃石也屬于再循環(huán)晶，特別是低硅角閃石。因此，在討論礦物Fe-Mg系數(shù)與全巖Mg#之間的平衡關(guān)系時(shí)，必須格外小心，因?yàn)橥鈦礞V鐵質(zhì)組分的引入可能會(huì)導(dǎo)致全巖成分出現(xiàn)較大的偏差。

4.2 單斜輝石結(jié)構(gòu)成因

4.2.1 振蕩環(huán)帶成因

前文提及，叢家煌斑巖中的單斜輝石再循環(huán)晶具有明顯的振蕩環(huán)帶、篩狀結(jié)構(gòu)(圖2d, e、圖5)和扇形分區(qū)(圖5)，表明它們可能經(jīng)歷了復(fù)雜的生長、熔蝕或交代過程。前人的實(shí)驗(yàn)研究表明，單斜輝石的結(jié)構(gòu)和地球化學(xué)成分不僅受到熱力學(xué)條件的影響，而且也會(huì)受到晶體生長過程中動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的制約，如高過冷度或快速減壓(Lofgrenetal.，2006；Neaveetal.，2019；Masottaetal.，2020；Xing and Wang，2020)。因此，叢家?guī)r體煌斑巖中單斜輝石再循環(huán)晶復(fù)雜的環(huán)帶結(jié)構(gòu)和差異的化學(xué)成分，可以記錄其結(jié)晶時(shí)所處巖漿儲(chǔ)庫的熱力學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。

振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)常常發(fā)育在斜長石和單斜輝石中，且已有大量文獻(xiàn)證明了這種結(jié)構(gòu)具有記錄晶體生長過程中的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，巖漿補(bǔ)給事件和巖漿對流過程的作用(Downes，1974；Eriksson，1985；Ginibreetal.，2002；Streck，2008；Elardo and Shearer，2014；Xing and Wang，2020)。本次研究的輝石，它們的振蕩環(huán)帶由頻繁的、明暗交替的、寬度不等的生長層組成，且寬度較粗的生長層通常都表現(xiàn)出再吸收現(xiàn)象，這些再吸收界面可以橫切幾個(gè)生長層，也可只橫切一個(gè)生長層。以樣品JD1909中的振蕩環(huán)帶單斜輝石為例，輝石中的部分再生長界面在晶角(crystal corners)處表現(xiàn)為弧形邊緣(圖10)，部分沿長晶面發(fā)育的再生長界面呈指形或鋸齒狀(圖10)。通常認(rèn)為，帶有明顯再吸收界面的單層過度生長，往往指示晶體結(jié)晶過程中熔體成分發(fā)生了變化(Ginibreetal.，2002)。根據(jù)輝石環(huán)帶的明暗分布，其對應(yīng)的主、微量元素含量也反映出顯著的振蕩特征(圖10)，即暗色環(huán)帶中Mg#值，Cr含量和Ni含量較高，稀土元素總含量較低，而亮色環(huán)帶則與之相反。這表明在晶體生長過程中可能發(fā)生了偏基性或偏酸性巖漿的多次補(bǔ)給事件，也可能由巖漿去氣作用導(dǎo)致(例如，Eriksson，1985；Giacomonietal.，2014, 2016)。這一觀點(diǎn)也得到了正環(huán)帶輝石邊部的Mg#值及Cr元素含量分布特征的支持(圖5)。從圖中可以看出，正環(huán)帶輝石的無篩狀結(jié)構(gòu)振蕩邊，由多層Mg#值及Cr含量呈高低變化的環(huán)帶構(gòu)成，這與振蕩環(huán)帶輝石相一致。

圖10 叢家?guī)r體煌斑巖中振蕩環(huán)帶單斜輝石重要元素組分剖面圖

4.2.2 正環(huán)帶輝石的篩狀結(jié)構(gòu)成因

前人討論并總結(jié)了形成單斜輝石篩狀結(jié)構(gòu)的可能成因機(jī)制(Humphreysetal.，2006；Panetal.，2018；蘇昕瑤和厲子龍，2019；Xing and Wang，2020)包括：(1)輝石捕虜晶與寄主巖漿在上升過程中發(fā)生反應(yīng)(Shawetal.，2006；Suetal.，2011)；(2)高過冷度(Masottaetal.，2020)；(3)流體參與的不一致熔融(王永鋒和章軍鋒，2013)；(4)減壓熔融(Suetal.，2011)；(5)交代作用，表現(xiàn)為礦物-熔體/流體相互作用(Liuetal.，2012；Luetal.，2015)。為判別叢家煌斑巖中正環(huán)帶輝石核部出現(xiàn)篩狀結(jié)構(gòu)的原因，本文將在之后的討論中對上述成因逐一進(jìn)行分析：

(1)前文的討論已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這些篩狀結(jié)構(gòu)輝石并非為捕擄晶，因此第一種可能性可被排除。

(2)高過冷度可以導(dǎo)致單斜輝石骨架快速生長，導(dǎo)致晶體留下清晰的骨架和枝杈狀結(jié)構(gòu)，并伴隨發(fā)育規(guī)律的細(xì)生長層；同時(shí)，篩孔中會(huì)充填入大量基質(zhì)成分(Masottaetal.，2020)。盡管本文在篩狀結(jié)構(gòu)輝石的篩孔中觀察到較高含量的基質(zhì)成分，但是并未發(fā)現(xiàn)有明顯的骨架/枝杈結(jié)構(gòu)，同時(shí)細(xì)的生長層也不發(fā)育，表明篩狀結(jié)構(gòu)的形成與高過冷度無關(guān)。

(3)Hibbard and Sjoberg(1994)指出，不一致部分熔融形成的篩狀結(jié)構(gòu)單斜輝石，一般具有低Na、高Ca的特征；Guzmicsetal.(2008)亦提出，這類輝石較之無篩狀結(jié)構(gòu)的完整輝石可能會(huì)顯著虧損Na2O、Al2O3及FeO。事實(shí)上，振蕩環(huán)帶輝石與正環(huán)帶輝石邊部均表現(xiàn)為無篩狀結(jié)構(gòu)，且二者在化學(xué)成分上十分接近(表1)。故面掃結(jié)果(圖5)可用于直觀反映篩狀結(jié)構(gòu)輝石與完整輝石的差異。如圖5所示，篩狀核部具有比邊部更高含量的Na和Fe，而更低含量的Ca，這顯然與不一致熔融形成的篩狀結(jié)構(gòu)輝石不同。

(4)Panetal.(2018)指出，巖漿快速上升過程中的快速減壓可能導(dǎo)致單斜輝石具粗尺度的篩狀結(jié)構(gòu)，并具有比地幔捕虜體中的原生單斜輝石更高的Mg#值和更低的Al2O3。此外，Neave and Maclennan(2020)也指出，火山巖中單斜輝石的減壓溶解和再沉淀會(huì)降低其邊部的Al2O3。然而，在這項(xiàng)研究中，單斜輝石再循環(huán)晶的篩狀核并不發(fā)育粗尺度的篩孔，且其中心區(qū)域和邊緣位置具有相似的Al含量，而中心區(qū)域的Mg#甚至低于邊緣(圖5)，因此這種篩狀結(jié)構(gòu)不太可能由于快速減壓而形成。

(5)排除上述幾種可能性，本文將煌斑巖中輝石的篩狀結(jié)構(gòu)解釋為晶體與熔體/流體的相互作用似乎最為合理。首先，圖5所示的LA-ICP-MS元素面掃結(jié)果顯示，篩狀結(jié)構(gòu)輝石的篩孔顯著富集大離子親石元素(LILE)，如K、Ba、Sr等，表明這些正環(huán)帶輝石的篩狀核與流體/富流體的硅酸鹽熔體發(fā)生了反應(yīng)(Zhengetal.，2001；Suetal.，2011)。此外，正環(huán)帶輝石的篩狀核具有比振蕩邊明顯偏低的Cr含量，但卻顯示出稍高的Ni元素含量，篩狀核部中這種Cr與Ni元素的解耦(圖6)也是對流體參與反應(yīng)這一推測的有利證明。一般來說，Cr和Ni元素在巖漿系統(tǒng)中的化學(xué)行為是相同的，因?yàn)樗鼈冊诠杷猁}熔體分餾過程中保有相容性，但由于流體的加入，二者在溶解度/流動(dòng)性上表現(xiàn)出了明顯的差異，最終使得兩種元素發(fā)生解耦(Dareetal.，2014，2015)。

4.3 多級巖漿儲(chǔ)庫與巖漿演化

4.3.1 礦物平衡溫度與壓力估算

大量實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究結(jié)果表明，單斜輝石成分對結(jié)晶時(shí)的溫壓環(huán)境較為敏感，因而可以較好的限定其形成時(shí)寄主巖漿的溫壓條件(Putirka，2008；Neave and Putirka，2017；Neaveetal.，2019)。選擇恰當(dāng)?shù)膯涡陛x石溫壓計(jì)同樣至關(guān)重要，前面筆者已經(jīng)討論過，本次研究的單斜輝石均為再循環(huán)晶，與寄主巖組分并不平衡，故本研究認(rèn)為基于單斜輝石成分的溫壓計(jì)較為合適。本文選擇Putirka(2008)提出的方法對單斜輝石結(jié)晶條件進(jìn)行估算，值得注意的是，受篩狀結(jié)構(gòu)影響的正環(huán)帶單斜輝石核部的數(shù)據(jù)并未參與此次計(jì)算，因?yàn)檫@些篩狀結(jié)構(gòu)輝石與流體發(fā)生了相互作用(詳細(xì)討論見章節(jié)4.2.2)，而這將會(huì)對輝石成分造成影響，從而導(dǎo)致計(jì)算出的溫壓結(jié)果存在較大偏差。排除這些無效數(shù)據(jù)，得到的計(jì)算結(jié)果顯示(表1)，正環(huán)帶單斜輝石核部的結(jié)晶溫度為1184±58℃～1210±58℃，平均為1193℃，壓力為5.97±3.1kbar～10.2±3.1kbar(計(jì)算深度為22.6～38.6km)，平均為8.93kbar；正環(huán)帶單斜輝石邊部的結(jié)晶溫度為1164±58℃～1192±58℃，平均為1181℃，結(jié)晶壓力為3.74±3.1kbar～7.73±3.1kbar(計(jì)算深度為14.1～29.2km)，平均為5.70kbar，可以看出正環(huán)帶輝石邊部的結(jié)晶溫度和結(jié)晶壓力略低于核部。此外，振蕩環(huán)帶輝石的結(jié)晶溫度計(jì)算結(jié)果為1153±58℃～1195±58℃，平均1172℃，壓力為4.33±3.1kbar～8.44±3.1kbar(計(jì)算深度為16.4～32.7km)，平均6.47kbar，計(jì)算出的溫度及壓力結(jié)果跨度較大，表明其在不同地殼層次均發(fā)生結(jié)晶，不同結(jié)構(gòu)特征的單斜輝石可能形成于不同的巖漿儲(chǔ)庫。值得注意的是，根據(jù)Putirka(2008)提出的基于單斜輝石成分的溫壓計(jì)計(jì)算出的單斜輝石結(jié)晶溫度，即正環(huán)帶輝石核部、邊部及振蕩環(huán)帶輝石結(jié)晶溫度，在誤差范圍內(nèi)表現(xiàn)出變化極小的計(jì)算值，這可能是由于該計(jì)算方法誤差范圍較大導(dǎo)致的，故無法基于溫度差異對單斜輝石的結(jié)晶環(huán)境進(jìn)行區(qū)別。然而，由于估算出的結(jié)晶壓力仍然存在較大的差異性，本文謹(jǐn)基于壓力條件推測無篩狀結(jié)構(gòu)正環(huán)帶單斜輝石核部形成于更深層次的巖漿儲(chǔ)庫，正環(huán)帶單斜輝石邊部及振蕩環(huán)帶輝石可能于更淺層次的巖漿儲(chǔ)庫內(nèi)結(jié)晶。

實(shí)驗(yàn)表明，角閃石的成分也可以有效地用于估算其在鈣堿性巖漿中結(jié)晶時(shí)的溫壓條件(Putirka，2016；Ridolfi，2021)。前文已述，本次研究的角閃石與全巖成分似乎并不平衡(詳見章節(jié)4.1)，故本文選擇Ridolfietal.(2021)提出的僅基于角閃石成分溫壓計(jì)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。該方法可以在766～1064℃、73～1000MPa、3.4%0.5的角閃石。叢家煌斑巖中角閃石的Al#值范圍為0.12～0.21，Mg2+/(Fe2++Mg2+)的范圍為0.71～0.83，表明對于本次研究而言，該角閃石溫壓計(jì)是適用的。計(jì)算結(jié)果顯示(表4)，高硅角閃石溫度計(jì)算結(jié)果為872±22℃～947±22℃，平均919℃；壓力范圍為3.06～4.43kbar(誤差范圍為0.37～0.53kbar)，平均壓力3.88kbar；計(jì)算的結(jié)晶深度為11.5～16.7km。低硅角閃石的結(jié)晶溫度和壓力明顯高于高硅角閃石：溫度為976±22℃～1021±22℃，平均溫度1004℃；壓力范圍為5.72～8.94kbar(誤差范圍為0.69～1.07kbar)，平均壓力7.85kbar；計(jì)算的結(jié)晶深度為21.6～33.8km。

4.3.2 礦物平衡熔體性質(zhì)

基于主要礦物成分預(yù)測熔體組分對于還原巖漿過程具有重要意義(Müntener and UImer, 2018)，本文嘗試對叢家煌斑巖中單斜輝石的平衡熔體化學(xué)成分進(jìn)行定量評估。根據(jù)單斜輝石的成分，本文大致估算了與其平衡的熔體Mg#值。計(jì)算使用的單斜輝石與熔體的Fe-Mg交換系數(shù)為0.28±0.08(Pichavant and Macdonald，2007；Putirka，2008)，結(jié)果顯示，正環(huán)帶輝石核部對應(yīng)的平衡熔體Mg#值較高，為62.3～83.4(平均69.9)，接近地幔橄欖巖部分熔融形成的原生熔體(68～75，F(xiàn)reyetal.，1978)；正環(huán)帶輝石邊部對應(yīng)的平衡熔體Mg#值為50.2～68.9，較核部偏低；振蕩環(huán)帶輝石對應(yīng)平衡熔體的Mg#值與正環(huán)帶輝石邊部相近，為55.6～69.5，反映了補(bǔ)給巖漿性質(zhì)存在差異。參照Ubideetal.(2014a)給出的單斜輝石與鈣堿性煌斑巖的微量元素分配系數(shù)，進(jìn)行了部分微量元素的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表7，繪制的平衡熔體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖見圖11。結(jié)果顯示，正環(huán)帶單斜輝石核部的平衡熔體具有偏低的總稀土元素含量(∑REE=11.4×10-6～11.6×10-6)，無明顯Eu負(fù)異常(Eu/Eu*=0.77～0.95)，具高的Sr/Y比(217～287)和Zr/Hf比(66.3～69.3)；正環(huán)帶單斜輝石邊部對應(yīng)的平衡熔體總稀土元素含量更高(∑REE=123×10-6～262×10-6)，配分模式總體與核部的平衡熔體相近，Eu負(fù)異常(Eu/Eu*=0.82～0.94)不明顯，Sr/Y和Zr/Hf比較核部平衡熔體偏低，分別為48.5～89.2和47.2～57.2。振蕩環(huán)帶輝石對應(yīng)的平衡熔體微量元素特征與正環(huán)帶輝石邊部對應(yīng)熔體相似，總稀土元素含量為147×10-6～375×10-6，Eu/Eu*范圍為0.79～0.95，Sr/Y和Zr/Hf比分別為41.6～88.8和44.1～55.4?？傮w看來，正環(huán)帶單斜輝石邊部及振蕩環(huán)帶輝石的平衡熔體與叢家煌斑巖具有十分相近的稀土元素含量及配分模式，這似乎表明這些再循環(huán)晶單斜輝石邊部/振蕩環(huán)帶輝石生長的巖漿儲(chǔ)庫與最終的巖漿儲(chǔ)庫在成分特征上高度相似。然而，考慮到正環(huán)帶單斜輝石邊部/振蕩環(huán)帶輝石形成壓力與高硅角閃石的結(jié)晶壓力顯著不同，本文推測可能還存在一個(gè)比正環(huán)帶輝石邊部/振蕩環(huán)帶輝石、高硅角閃石形成深度更淺的巖漿房，這個(gè)更淺的巖漿房結(jié)晶了細(xì)粒的角閃石或其他礦物，大的循環(huán)晶(例如單斜輝石粗晶或角閃石粗晶)并沒有足夠的時(shí)間(高的過冷度)在這個(gè)淺部巖漿房中生長。

表7 單斜輝石平衡熔體重要微量元素?cái)?shù)據(jù)(×10-6)

圖11 不含篩狀結(jié)構(gòu)正環(huán)帶(a)及振蕩環(huán)帶(b)單斜輝石平衡熔體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)

4.3.3 多層級穿地殼巖漿系統(tǒng)及深部巖漿過程

基于礦物組分信息，結(jié)晶時(shí)的溫壓條件及平衡熔體性質(zhì)，本研究認(rèn)為，不同深度且相互連通的巖漿儲(chǔ)庫在經(jīng)歷了多批次巖漿輸運(yùn)和多次“補(bǔ)給”組裝后，這些晶體和熔體的“混合物”在最淺層次的巖漿儲(chǔ)庫內(nèi)匯聚，最終沿著構(gòu)造裂隙進(jìn)入上地殼淺部層次，固結(jié)形成了叢家煌斑巖。上述過程可通過多層級穿地殼巖漿系統(tǒng)的模型進(jìn)行合理解釋(圖12)：(1)地幔橄欖巖部分熔融形成的鎂鐵質(zhì)巖漿(Mg#=62.3～83.4)在下地殼或Moho面附近發(fā)生底侵作用，之后它停滯在下地殼巖漿儲(chǔ)庫中(壓力=5.97～10.2kbar，深度=22.6～38.6km)，其中高鎂單斜輝石(正環(huán)帶單斜輝石核部，Mg#=86.0～94.9，溫度=1184～1210℃)發(fā)生結(jié)晶分異。(2)與此同時(shí)，一部分鎂鐵質(zhì)巖漿注入一個(gè)富流體的巖漿儲(chǔ)庫內(nèi)，進(jìn)入該巖漿儲(chǔ)庫內(nèi)的高鎂單斜輝石發(fā)生流體相關(guān)的交代作用(富集大離子親石元素)，形成篩狀結(jié)構(gòu)。(3)還有一部分鎂鐵質(zhì)巖漿上升進(jìn)入中下地殼中形成新的巖漿儲(chǔ)庫(深度=14.1～34.4km)，在巖漿運(yùn)移及分異的過程中更低Mg#值的單斜輝石開始結(jié)晶，且由于持續(xù)的，具不同演化程度的“巖漿補(bǔ)給”，最終形成了具振蕩環(huán)帶的輝石(Mg#=82.3～89.4，溫度=1153～1195℃，壓力=4.33～8.44kbar)；而早先結(jié)晶的高鎂單斜輝石則生長出振蕩環(huán)帶邊緣(Mg#=78.9～89.1，溫度=1164～1192℃，壓力=3.74～7.73kbar)。隨著單斜輝石發(fā)生進(jìn)一步分離結(jié)晶，拉長石及低硅角閃石開始結(jié)晶(Mg#=75.5～82.4，溫度=976～1021℃，壓力=5.72～8.94kbar)。(5)一些演化程度更高的巖漿(872～947℃)上升到地殼中上部(壓力=3.06～4.43kbar，深度=11.5～16.7km)，形成巖漿儲(chǔ)庫，高硅角閃石及中長石在該巖漿儲(chǔ)庫中生長。(6)深層次巖漿儲(chǔ)庫中的巖漿沿著巖漿管道系統(tǒng)向最上層(最淺部)巖漿儲(chǔ)庫中匯聚，伴隨著斷裂的影響，巖漿儲(chǔ)庫發(fā)生釋壓，巖漿快速上涌，最終侵位結(jié)晶。

圖12 叢家煌斑巖成因模式簡圖

4.4 “再循環(huán)晶”研究的地質(zhì)意義

包括煌斑巖在內(nèi)的基性火成巖，因?yàn)榫哂休^高含量的MgO和相容元素，常常被認(rèn)為是接近源區(qū)性質(zhì)的母巖漿代表，是了解上地幔和基性巖漿過程的窗口(Ubideetal.，2014b)。然而，最近的研究強(qiáng)調(diào)，對這類具顯著斑狀結(jié)構(gòu)的巖石作出這樣的假設(shè)時(shí)應(yīng)格外謹(jǐn)慎，因?yàn)樗鼈兊摹澳笌r漿”在最終成巖之前可能經(jīng)歷了復(fù)雜的巖漿過程，比如不同批次的同源巖漿的重復(fù)混合(Heiken and Eichelberger，1980；Kentetal.，2010；Laurentetal.，2017)，再循環(huán)晶進(jìn)入晚期的巖漿批次(Cooper and Reid，2003；Davidsonetal.，2005；Reubi and Blundy，2009; 本研究重點(diǎn))，對流攪拌(convective stirring)誘發(fā)的巖漿自混合(self-mixing)(Couchetal.，2001)，及巖漿去氣導(dǎo)致的晶體快速生長(Blundy and Cashman，2001)。上述巖漿過程最終獲得的巖石組分代表了從多批次原生熔體生成、演化、再到不同層次巖漿房就位混合的“綜合”產(chǎn)物，這些巖石組分僅記錄著巖漿過程最終演化的“混合”信息(Reubi and Blundy，2008)。因此，這些巖石組分不一定可以代表母質(zhì)熔體(López-Moroetal.，2007；Sakyietal.，2012；Larreaetal.，2013；Ubideetal.，2014a，b)

前文提出的叢家煌斑巖穿地殼巖漿系統(tǒng)由垂向的管道結(jié)構(gòu)組成，地幔來源的巖漿通過復(fù)雜的結(jié)晶路徑向較淺層巖漿儲(chǔ)層上升(圖12)。正如本文在這項(xiàng)工作中所證明的那樣，以單斜輝石為主的再循環(huán)晶在巖漿儲(chǔ)庫的演化中起了至關(guān)重要的作用。如多批次注入的熔體與單斜輝石再循環(huán)晶反應(yīng)，使得單斜輝石發(fā)育振蕩環(huán)帶生長邊，同時(shí)這些成分環(huán)帶也記錄了不同階段和不同屬性的平衡熔體。這個(gè)過程與Jacksonetal.(2018)年提出的活動(dòng)性熔(流)體注入長期存在的晶粥儲(chǔ)庫模型相吻合。綜合以上認(rèn)識(shí)，可知再循環(huán)晶的加入對幔源巖漿的某些地球化學(xué)特征有顯著的影響(如圖11)。因此，具顯著“斑狀”結(jié)構(gòu)的基性巖石的相關(guān)全巖地球化學(xué)指數(shù)應(yīng)謹(jǐn)慎使用，對這類巖石形成過程的解釋需要同時(shí)考慮全巖及其中晶體的信息，尤其需要注意識(shí)別巖石中各類“再循環(huán)晶”的屬性。

5 結(jié)論

叢家煌斑巖中出現(xiàn)了振蕩環(huán)帶單斜輝石和正環(huán)帶單斜輝石兩種再循環(huán)晶類型，它們在不同層次巖漿儲(chǔ)庫內(nèi)發(fā)生熔蝕、流體交代或再生長。具有振蕩環(huán)帶特征的單斜輝石再循環(huán)晶，它的成分特征反映了結(jié)晶過程中存在多次巖漿補(bǔ)給事件，其中一次基性巖漿注入形成了高Cr和Ni、Mg#的環(huán)帶。正環(huán)帶輝石核部Mg#值較高，表明它們形成于更偏基性的熔體中；部分正環(huán)帶輝石核具篩狀結(jié)構(gòu)，指示它們可能遭遇了有流體參與的交代作用；正環(huán)帶輝石邊部與振蕩環(huán)帶輝石具有相似的特征，反映出它們共同經(jīng)歷了多期巖漿補(bǔ)給事件或體系流體壓力振蕩(巖漿去氣)變化?；桶邘r中不同類型的單斜輝石再循環(huán)晶的出現(xiàn)指示了深部穿地殼巖漿系統(tǒng)是由多級巖漿儲(chǔ)庫構(gòu)成的。上述單斜輝石再循環(huán)晶與周圍的基質(zhì)處于不平衡狀態(tài)，它們的混入導(dǎo)致了全巖成分更加富鎂。

致謝研究工作得到中國地質(zhì)大學(xué)(北京)羅照華教授的指導(dǎo)；野外和測試工作得到了山東地質(zhì)科學(xué)研究院熊玉新研究員、舒磊高級工程師、李增勝工程師和孫雨沁工程師的指導(dǎo)；兩位匿名審稿人提出了建設(shè)性的修改意見；在此一并致謝。