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曹明堅等-AM:菲律賓黑山斑巖銅礦斜長石斑晶微米和納米環帶機制研究
2019-04-24 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  斜長石晶體中常發育豐富的成分和結構環帶,被用來示蹤結晶環境、巖石成因和熱演化過程,其環帶通常表現為微米尺度(10-100 μm),對于是否存在納米尺度(10-100 nm)環帶,目前尚不清楚。原子探針可給出納米尺度(10-100 nm)不同元素原子的三維空間分布,并能進行定量分析,但原子探針技術主要在材料科學領域應用較多,在地球科學領域的應用起步較晚。 

  中科院地質與地球物理所礦產資源研究院重點實驗室斑巖成礦系統學科組曹明堅副研究員在澳大利亞科廷大學訪問交流期間,依托科廷大學John De Laeter研究中心的原子探針儀器(LEAP 4000X HR),與Steven Reddy教授合作,率先對廣泛發育成分環帶的菲律賓黑山斑巖銅礦成礦斑巖中的同一顆斜長石斑晶開展了微米和納米環帶研究(圖1-3),取得了以下新發現: 

  (1)斜長石核部和邊部顯示斜長石牌號(An)成分變化小的微米尺度環帶(50-200 μm),成分為中長石(An38-48 mol%),幔部為An突變、成分相對均一的鋇長石(An~80 mol%)熔蝕環帶;培長石幔部發育納米尺度的富Al-Ca和富Si-Na環帶(25-30 nm);

  (2)基于與斜長石斑晶共生的角閃石研究,揭示斜長石斑晶形成于相對穩定巖漿房中(T=865℃-895℃P=5.3-6.2 kbarfO2=NNO+0.6-NNO+1.1,富水),指示斜長石微米尺度環帶主要受控于內部晶體生長機制;

  (3)通過對比晶體生長和元素擴散消失所需的時間,發現晶體生長(幔部邊部)的時間(14-1460天)遠多于元素擴散消失的時間(~7天),表明納米尺度環帶形成于晶體生長后的出溶機制;

  (4)斜長石內部微米和納米尺度環帶形成于不同階段,通過擴散模擬計算,兩類環帶分別揭示了斑巖銅礦深部巖漿房緩慢冷卻過程(>0.0005℃)及巖體就位時快速冷卻過程(>0.26℃)。

1 菲律賓黑山斑巖銅礦成礦巖石(閃長玢巖)礦物分布特征(a-c),測試斑晶電子探針(EMP)、激光剝蝕(LA)和原子探針分析位置分布,以及聚焦離子束FIB取樣特征(d

2 菲律賓黑山斑巖銅礦測試斑晶BSEa)、X-ray掃面(b-c)及剖面元素分布特征(d-i)顯示微米尺度結構和成分分帶

3 菲律賓黑山斑巖銅礦測試斑晶原子探針分析NaCa原子三維分布特征及圓柱狀剖面原子變化特征顯示納米尺度成分分帶    

  上述成果系首例將原子探針技術應用與斑巖銅礦研究中,顯示了該技術在運用納米尺度礦物學研究示蹤成巖成礦過程的巨大應用前景,拓展了原子探針在地球科學研究中的應用。

  研究成果發表于American MineralogistCao M J, Evans N J, Reddy S M, et al. Micro-and nano-scale textural and compositional zonation in plagioclase at the Black Mountain porphyry Cu deposit: Implications for magmatic processes[J]. American Mineralogist, 2019, 104: 391–402. DOI: 10.2138/am-2019-6609)(原文鏈接

 
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