吉林蛟河上地幔岩碎块内熔融微区矿物学及其地质意义

doi:10.13745/j.esf.sf.2020.5.50

摘要/Abstract

摘要：

吉林蛟河地幔岩碎块是被碱性橄榄玄武岩岩浆喷发携带至地壳浅部或地表的。碱性橄榄玄武岩中地幔岩碎块含量40%~55%,局部达60%以上;碎块大小不等,一般直径以5~10 cm居多,大者达20~35 cm,故定名为地幔岩集块熔岩(岩流)。地幔岩碎块以尖晶石二辉橄榄岩和尖晶石斜辉橄榄岩碎块为主,纯橄榄岩次之,未发现石榴石橄榄岩;胶结物为碱性橄榄玄武岩岩浆。本次研究发现地幔岩内存在丰富的、不同成分和形态的熔融微区。熔融微区类型以其形状可分为滴状、扇状、球状、不规则状、短脉状和环边状,以其特征新生矿物分为OL型、K型、Na+Chl型、PL型、OL+SP型、C+SP型和SP+Chl+Ser型。熔融微区结构为玻基间隐结构或放射状结构;矿物呈骸晶状、中空为玻璃质;残余玻璃脱玻化,产生少量针状和不透明黑色雏晶。熔融微区的形状、结构、物质组成及矿物结晶等特征具有标型性,表征这些熔融体是在上地幔深度保存的幔源岩熔融交代的产物,幔源结晶岩是固相残留。该幔源岩经历强火山喷发使其发生爆炸的地质事件,导致K、Na、Al、Ca易熔组分和H₂O、CO₂等挥发分开始熔融和气体释放,营造快速固化结晶和淬火的环境。这些少量的熔融物择优占据矿物间隙、裂隙、位错或晶体缺陷处汇聚并熔融交代相邻矿物,不断扩展空间,遂形成滴状等特征形状的“微区”。由于熔融程度不同,产生的熔融物的化学成分和结晶程度也有差异,所代表的初始岩浆性质也不一样,可以是超基性或碱性橄榄玄武质,抑或碧玄岩质岩浆。从检测出的这些信息证实,蛟河地幔岩是被不一致熔融抽取后的地幔残留,即岩石圈地幔。

关键词: 吉林蛟河, 地幔岩集块熔岩, 熔融微区, 地幔交代作用, 浆胞

Abstract:

The Jiaohe mantle rock fragment was brought to the surface by magmatic alkali olivine basalt, of which, 40-55% (in some parts 60%) are mantle fragments of different tile sizes, generally from 4×5×8 cm to 2×3×4 cm, with the largest measuring 20×22×35 cm and so named mantle rock agglomerate lava. The main mantle rock fragments are spinel iherzolite and clinopyroxene. The cement is alkali olivine basalt. Abundant melt microzones with different compositions and shapes have been found. These microzones can be divided according to shape into drop, fan, ball, irregular short vein and ringed edge. The new minerals can be divided into OL, K, Na+Chl, PL, Chl and SP+Chl+Ser types. The structure of the melt zone is the hidden or radial structure between glass bases, with minerals in skeletal crystal or hollow glass forms. The residual glass is devitrified, forming a small number of acicular and black opaque primary crystallites. The morphology, structure and material composition and mineral crystallization of the melt microzones have the characteristics of residual mantle crystalline rocks. The mantle rock underwent an explosion caused by strong volcanic eruption, resulting in the melting of fusible components such as K, Na and Ca and releasing of volatile components such as H₂O and CO₂, creating a rapid crystallization and quenching environment. These melts preferentially occupy mineral gaps, fissures, dislocation or crystal defect sites and gather and fuse nearby metasomatic minerals, continuously expanding space and forming microzone blobs. The melts have different chemical compositions and crystallization characteristics due to different degrees of melting. They represent different initial magmas, including ultrabasic, alkaline basaltic or lamprophyre magmas. Our data indicate that the Jiaohe mantle xenoliths are residue mantle from extracted melts, i.e., lithospheric mantle.

Key words: Jiaohe of Jilin, mantle agglomerate lava, melting zone, metasomatic texture of mantle, melt pocket

中图分类号:

刘劲鸿. 吉林蛟河上地幔岩碎块内熔融微区矿物学及其地质意义[J]. 地学前缘, 2020, 27(5): 48-60.

LIU Jinhong. Mineralogy and geological significance of the melting zone in the Jiaohe upper mantle fragment, Jilin[J]. Earth Science Frontiers, 2020, 27(5): 48-60.

图/表 19

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编号	点号	物质名称	w_B/%											产物形态
编号	点号	物质名称	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	<FeO>	MnO	MgO	CaO	K₂O	Na₂O	Cr₂O₃	总量	产物形态
Bds8-1	01	顽火辉石	54.81	0.07	2.53	5.05	0.06	36.65	0.46	0.00	0.00	0.41	100.04	02点的主晶
Bds8-1	02	古铜辉石	56.62	0.06	2.00	4.55	0.11	35.56	0.63	0.00	0.02	0.53	100.04	新生矿物
Bdh-03	08	单斜辉石	53.01	0.07	3.40	1.50	0.12	18.35	21.35	0.00	0.82	1.05	99.67	09点的主晶
Bdh-03	09	单斜辉石	53.67	0.05	3.34	2.16	0.00	18.99	20.37	0.00	0.83	0.77	100.26	新生矿物
Bdh-03	10	古铜辉石	54.53	0.00	2.64	4.63	0.10	36.14	0.56	0.04	0.05	0.44	99.13	新生矿物
Bdh-03	11	顽火辉石	55.77	0.16	2.91	4.87	0.03	35.34	0.50	0.07	0.03	0.35	100.03	10点的主晶
编号	点号	物质名称	晶体化学式 (以4个阳离子为基准计算)											En	Fa	其他	Di
Eds8-1	01	顽火辉石	(K_0.000Na_0.000Ca_0.017Mg_1.859Fe_0.110Mn_0.002Ti_0.002Cr_0.012)_2.002Fe_0.033(Al_0.102Si_1.865O₆)											90.04	7.00	2.96
Eds8-1	02	古铜辉石	(K_0.002Na_0.000Ca_0.023Mg_1.811Fe_0.129Mn_0.004Ti_0.002Cr_0.012Al_0.016)_1.997(Al_0.066Si_1.934O₆)											89.92	6.58	3.50
Edh03	08	单斜辉石	(K_0.000Na_0.057Ca_0.830Mg_0.991Fe_0.046Mn_0.004Ti_0.000Cr_0.092Al_0.066)_2.086(Al_0.078Si_1.922O₆)
Edh03	09	单斜辉石	(K_0.000Na_0.056Ca_0.784Mg_1.017Fe_0.065Mn_0.000Ti_0.002Cr_0.022Al_0.072)_2.018(Al_0.071Si_1.929O₆)
Edh03	10	古铜辉石	(K_0.000Na_0.004Ca_0.020Mg_1.847Fe_0.121Mn_0.002Ti_0.000)_1.994(Cr_0.012Fe_0.012Al_0.106Si_1.871O₆)											87.84	6.92	5.24
Edh03	11	顽火辉石	(K_0.004Na_0.000Ca_0.018Mg_1.799Fe_0.140Mn_0.000Ti_0.004Cr_0.008Al_0.035)_2.008(Al_0.084Si_1.906O₆)											90.15	7.30	2.55

编号	点号	物质名称	w_B/%											产物形态
编号	点号	物质名称	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	<FeO>	MnO	MgO	CaO	K₂O	Na₂O	Cr₂O₃	总量	产物形态
Bds8-1	01	顽火辉石	54.81	0.07	2.53	5.05	0.06	36.65	0.46	0.00	0.00	0.41	100.04	02点的主晶
Bds8-1	02	古铜辉石	56.62	0.06	2.00	4.55	0.11	35.56	0.63	0.00	0.02	0.53	100.04	新生矿物
Bdh-03	08	单斜辉石	53.01	0.07	3.40	1.50	0.12	18.35	21.35	0.00	0.82	1.05	99.67	09点的主晶
Bdh-03	09	单斜辉石	53.67	0.05	3.34	2.16	0.00	18.99	20.37	0.00	0.83	0.77	100.26	新生矿物
Bdh-03	10	古铜辉石	54.53	0.00	2.64	4.63	0.10	36.14	0.56	0.04	0.05	0.44	99.13	新生矿物
Bdh-03	11	顽火辉石	55.77	0.16	2.91	4.87	0.03	35.34	0.50	0.07	0.03	0.35	100.03	10点的主晶
编号	点号	物质名称	晶体化学式 (以4个阳离子为基准计算)											En	Fa	其他	Di
Eds8-1	01	顽火辉石	(K_0.000Na_0.000Ca_0.017Mg_1.859Fe_0.110Mn_0.002Ti_0.002Cr_0.012)_2.002Fe_0.033(Al_0.102Si_1.865O₆)											90.04	7.00	2.96
Eds8-1	02	古铜辉石	(K_0.002Na_0.000Ca_0.023Mg_1.811Fe_0.129Mn_0.004Ti_0.002Cr_0.012Al_0.016)_1.997(Al_0.066Si_1.934O₆)											89.92	6.58	3.50
Edh03	08	单斜辉石	(K_0.000Na_0.057Ca_0.830Mg_0.991Fe_0.046Mn_0.004Ti_0.000Cr_0.092Al_0.066)_2.086(Al_0.078Si_1.922O₆)
Edh03	09	单斜辉石	(K_0.000Na_0.056Ca_0.784Mg_1.017Fe_0.065Mn_0.000Ti_0.002Cr_0.022Al_0.072)_2.018(Al_0.071Si_1.929O₆)
Edh03	10	古铜辉石	(K_0.000Na_0.004Ca_0.020Mg_1.847Fe_0.121Mn_0.002Ti_0.000)_1.994(Cr_0.012Fe_0.012Al_0.106Si_1.871O₆)											87.84	6.92	5.24
Edh03	11	顽火辉石	(K_0.004Na_0.000Ca_0.018Mg_1.799Fe_0.140Mn_0.000Ti_0.004Cr_0.008Al_0.035)_2.008(Al_0.084Si_1.906O₆)											90.15	7.30	2.55

编号	点号	物质名称	w_B/%											产物形态
编号	点号	物质名称	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	<FeO>	MnO	MgO	CaO	K₂O	Na₂O	Cr₂O₃	总量	产物形态
浆胞1	18	高中长石质玻璃	52.02	0.33	31.97	0.56	0.00	1.70	7.78	0.76	4.78	0.16	100.07	在斜长石间,绿褐色,无定形
浆胞1	19	高中长石	49.90	0.16	32.20	1.27	0.06	2.50	8.82	0.43	4.70	0.00	100.04	条柱状
浆胞2	20	橄榄石	40.49	0.09	0.64	11.42	0.19	46.79	0.16	0.00	0.06	0.20	100.02	粒状、半自形
	21	高拉长石	50.33	0.46	29.82	1.14	0.02	3.35	10.49	0.22	3.99	0.02	99.84	条柱状、具聚片双晶
	22	高中长石质玻璃	50.69	0.66	32.68	0.22	0.03	0.76	9.84	0.30	4.90	0.00	100.09	在斜长石间,绿褐色,无定形
浆胞3	14	歪长石	60.77	0.35	23.03	0.95	0.02	1.71	0.62	4.97	6.64	0.00	99.06	板柱状
	15	Ca-K高钠长石	58.72	0.35	22.50	1.65	0.09	5.31	0.34	5.09	5.71	0.22	99.96	板柱状
	16	绿泥石	38.47	0.00	12.33	6.75	0.05	28.02	0.57	0.45	0.26	0.08	86.97	叶片状,浅绿色
浆胞4	01	Ca-Na透长石	65.54	0.73	20.72	0.46	0.00	0.50	1.31	6.46	4.29	0.27	100.28	板柱状
	02	歪长石	60.17	0.24	23.00	1.04	0.00	0.75	3.62	3.16	8.17	0.12	100.25	板状
	03	橄榄石	42.70	0.18	1.02	14.20	0.29	40.36	0.28	0.49	0.68	0.00	100.21	粒状、半自形
	04	橄榄石	41.95	0.00	0.61	10.21	0.11	41.57	4.80	0.10	0.07	0.16	99.59	细柱状
	05	Ca-K透长石质玻璃	60.05	1.39	18.18	1.89	0.07	2.47	0.33	12.79	1.60	0.32	99.09	在碱性长石间,绿褐色,无定形
	点号	物质名称	晶体化学式 (以5个阳离子为基准计算)											Or	Ab	An
	18	高中长石质玻璃	(K_0.026Na_0.394Ca_0.407Mg_0.166Mn_0.002Fe_0.047Ti_0.168Al_0.787)_1.997(Al_0.850Si_2.150)_3.0O₈											3.20	49.55	47.25
	19	高中长石	(K_0.027Na_0.406Ca_0.421Mg_0.166Mn_0.003Fe_0.048Ti_0.005Cr_0.000Al_0.919)_1.995(Al_0.775Si_2.225)_3.0O₈											3.14	47.19	49.67
	21	高拉长石	(K_0.011Na_0.346Ca_0.505Mg_0.224Mn_0.000Fe_0.043Ti_0.027Al_0.849)_2.005(Al_0.735Si_2.265)_3.0O₈											1.30	40.63	58.07
	22	高中长石质玻璃	(K_0.016Na_0.426Ca_0.472Mg_0.051Mn_0.000Fe_0.008Ti_0.022Al_1.005)_2.000(Al_0.725Si_2.275)_3.0O₈											1.82	48.39	49.79
	14	歪长石	(K_0.283Na_0.578Ca_0.029Mg_0.115Mn_0.000Fe_0.035Ti_0.011Al_0.949)_2.000(Al_0.270Si_2.730)_3.0O₈											31.90	65.10	3.00
	15	Ca-K高钠长石	(K_0.288Na_0.491Ca_0.016Mg_0.349Mn_0.002Fe_0.058Ti_0.011Al_0.784Cr_0.005)_2.004(Al_0.395Si_2.605)_3.0O₈											33.05	56.34	10.61
	01	Ca-Na透长石	(K_0.373Na_0.379Ca_0.063Mg_0.033Mn_0.000Fe_0.016Ti_0.025Al_1.100Cr_0.011)_2.000(Al_0.014Si_2.986)_3.0O₈											41.50	42.10	16.40
	02	歪长石	(K_0.181Na_0.696Ca_0.173Mg_0.050Mn_0.000Fe_0.038Ti_0.008Al_0.850Cr_0.005)_2.001(Al_0.346Si_2.654)_3.0O₈											20.45	78.65	0.90
	05	Ca-K透长石质玻璃	(K_0.756Na_0.144Ca_0.014Mg_0.171Mn_0.003Fe_0.074Ti_0.050Al_0.776Cr_0.011)_1.999(Al_0.218Si_2.782)_3.0O₈											81.44	15.51	3.05
	点号	物质名称	晶体化学式 (以3个阳离子为基准计算)											Fo	Fa	其他
	20	橄榄石	(K_0.000Na_0.003Ca_0.006Mg_1.713Mn_0.004Fe_0.236Cr_0.003Al_0.031)_1.997(Al_0.004Si_0.996O₄)											86.56	11.97	1.47
	03	橄榄石	(K_0.015Na_0.032Ca_0.095Mg_1.478Fe_0.291Mn_0.006Ti_0.003Al_0.090Cr_0.000)_2.010(Si_1.049O₄)											76.40	16.10	7.50
	04	橄榄石	(K_0.003Na_0.003Ca_0.130Mg_1.563Fe_0.216Mn_0.003Ti_0.000Al_0.018Cr_0.004)_1.940(Si_1.059O₄)											78.11	11.77	10.12
	16^*	绿泥石	(K_0.057Na_0.045Ca_0.057Mg_3.949Fe_0.534Mn_0.006Ti_0.000Al_1.011)_5.659(Al_0.364Si_3.634O₁₀)(OH)_8.215

编号	点号	物质名称	w_B/%											产物形态
编号	点号	物质名称	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	<FeO>	MnO	MgO	CaO	K₂O	Na₂O	Cr₂O₃	总量	产物形态
浆胞1	18	高中长石质玻璃	52.02	0.33	31.97	0.56	0.00	1.70	7.78	0.76	4.78	0.16	100.07	在斜长石间,绿褐色,无定形
浆胞1	19	高中长石	49.90	0.16	32.20	1.27	0.06	2.50	8.82	0.43	4.70	0.00	100.04	条柱状
浆胞2	20	橄榄石	40.49	0.09	0.64	11.42	0.19	46.79	0.16	0.00	0.06	0.20	100.02	粒状、半自形
	21	高拉长石	50.33	0.46	29.82	1.14	0.02	3.35	10.49	0.22	3.99	0.02	99.84	条柱状、具聚片双晶
	22	高中长石质玻璃	50.69	0.66	32.68	0.22	0.03	0.76	9.84	0.30	4.90	0.00	100.09	在斜长石间,绿褐色,无定形
浆胞3	14	歪长石	60.77	0.35	23.03	0.95	0.02	1.71	0.62	4.97	6.64	0.00	99.06	板柱状
	15	Ca-K高钠长石	58.72	0.35	22.50	1.65	0.09	5.31	0.34	5.09	5.71	0.22	99.96	板柱状
	16	绿泥石	38.47	0.00	12.33	6.75	0.05	28.02	0.57	0.45	0.26	0.08	86.97	叶片状,浅绿色
浆胞4	01	Ca-Na透长石	65.54	0.73	20.72	0.46	0.00	0.50	1.31	6.46	4.29	0.27	100.28	板柱状
	02	歪长石	60.17	0.24	23.00	1.04	0.00	0.75	3.62	3.16	8.17	0.12	100.25	板状
	03	橄榄石	42.70	0.18	1.02	14.20	0.29	40.36	0.28	0.49	0.68	0.00	100.21	粒状、半自形
	04	橄榄石	41.95	0.00	0.61	10.21	0.11	41.57	4.80	0.10	0.07	0.16	99.59	细柱状
	05	Ca-K透长石质玻璃	60.05	1.39	18.18	1.89	0.07	2.47	0.33	12.79	1.60	0.32	99.09	在碱性长石间,绿褐色,无定形
	点号	物质名称	晶体化学式 (以5个阳离子为基准计算)											Or	Ab	An
	18	高中长石质玻璃	(K_0.026Na_0.394Ca_0.407Mg_0.166Mn_0.002Fe_0.047Ti_0.168Al_0.787)_1.997(Al_0.850Si_2.150)_3.0O₈											3.20	49.55	47.25
	19	高中长石	(K_0.027Na_0.406Ca_0.421Mg_0.166Mn_0.003Fe_0.048Ti_0.005Cr_0.000Al_0.919)_1.995(Al_0.775Si_2.225)_3.0O₈											3.14	47.19	49.67
	21	高拉长石	(K_0.011Na_0.346Ca_0.505Mg_0.224Mn_0.000Fe_0.043Ti_0.027Al_0.849)_2.005(Al_0.735Si_2.265)_3.0O₈											1.30	40.63	58.07
	22	高中长石质玻璃	(K_0.016Na_0.426Ca_0.472Mg_0.051Mn_0.000Fe_0.008Ti_0.022Al_1.005)_2.000(Al_0.725Si_2.275)_3.0O₈											1.82	48.39	49.79
	14	歪长石	(K_0.283Na_0.578Ca_0.029Mg_0.115Mn_0.000Fe_0.035Ti_0.011Al_0.949)_2.000(Al_0.270Si_2.730)_3.0O₈											31.90	65.10	3.00
	15	Ca-K高钠长石	(K_0.288Na_0.491Ca_0.016Mg_0.349Mn_0.002Fe_0.058Ti_0.011Al_0.784Cr_0.005)_2.004(Al_0.395Si_2.605)_3.0O₈											33.05	56.34	10.61
	01	Ca-Na透长石	(K_0.373Na_0.379Ca_0.063Mg_0.033Mn_0.000Fe_0.016Ti_0.025Al_1.100Cr_0.011)_2.000(Al_0.014Si_2.986)_3.0O₈											41.50	42.10	16.40
	02	歪长石	(K_0.181Na_0.696Ca_0.173Mg_0.050Mn_0.000Fe_0.038Ti_0.008Al_0.850Cr_0.005)_2.001(Al_0.346Si_2.654)_3.0O₈											20.45	78.65	0.90
	05	Ca-K透长石质玻璃	(K_0.756Na_0.144Ca_0.014Mg_0.171Mn_0.003Fe_0.074Ti_0.050Al_0.776Cr_0.011)_1.999(Al_0.218Si_2.782)_3.0O₈											81.44	15.51	3.05
	点号	物质名称	晶体化学式 (以3个阳离子为基准计算)											Fo	Fa	其他
	20	橄榄石	(K_0.000Na_0.003Ca_0.006Mg_1.713Mn_0.004Fe_0.236Cr_0.003Al_0.031)_1.997(Al_0.004Si_0.996O₄)											86.56	11.97	1.47
	03	橄榄石	(K_0.015Na_0.032Ca_0.095Mg_1.478Fe_0.291Mn_0.006Ti_0.003Al_0.090Cr_0.000)_2.010(Si_1.049O₄)											76.40	16.10	7.50
	04	橄榄石	(K_0.003Na_0.003Ca_0.130Mg_1.563Fe_0.216Mn_0.003Ti_0.000Al_0.018Cr_0.004)_1.940(Si_1.059O₄)											78.11	11.77	10.12
	16^*	绿泥石	(K_0.057Na_0.045Ca_0.057Mg_3.949Fe_0.534Mn_0.006Ti_0.000Al_1.011)_5.659(Al_0.364Si_3.634O₁₀)(OH)_8.215

产地	样品名称	浆胞类型	玻璃主要成分含量w_B/%				玻璃性质	参考文献
产地	样品名称	浆胞类型	SiO₂	MgO	K₂O	Na₂O	玻璃性质	参考文献
浙江西垅	石榴石二辉橄榄岩	GOD	57.98~65.06	2.38~5.10	11.98~15.19	0.68~1.15
浙江西垅	石榴石二辉橄榄岩	GOD	60.59~64.96	1.33	11.08~11.69	3.30~3.46
浙江西垅	石榴石二辉橄榄岩	GOD	58.14~63.74	0.69~6.17	11.82~15.88	0.66~3.19
吉林蛟河	纯橄榄岩	GOD	43.5~47.8	0.5~11.5	0.7~3.4	0.06		[22]
吉林蛟河	纯橄榄岩	PL	47.8~65.9	0.1~3.1	1.3~7.5	0.01~4.5		[22]
吉林伊通	二辉岩(一期)		36.22~40.69	7.87~11.09	0.26~0.59	0.46~1.26	Hrb	[4]154-230
辉南		PL	49.1~57.1	2.4~2.7	3.5~4.9	0.32~1.1		[4]154-230
大麻坪		GOD	65.99~66.78	微量	5.32~7.57	6.33~8.14		[23]
山东栖霞	方辉橄榄岩	GOD	46.50~50.80	12.16~14.24	4.32~5.54	0.06~0.09	Bi	[4]154-230
蛟河	尖晶石二辉橄榄岩	Pl	52.02	1.70	0.76	4.78	高中长石	本文
蛟河	尖晶石二辉橄榄岩	Pl	50.69	0.76	0.30	4.90	高中长石
蛟河	尖晶石二辉橄榄岩	Na+Chl	58.72	5.31	5.09	5.71	Ca-K高钠长石
蛟河	尖晶石二辉橄榄岩	K	65.54	0.50	6.46	4.29	Ca-Na透长石
蛟河	尖晶石二辉橄榄岩	K	60.05	2.47	12.79	1.60	Ca-K透长石