岩浆储库是地壳内岩浆储存和演化的主要场所，是地球内外部圈层能量和物质交换的桥梁。迄今为止，除了可以借助地球物理手段对不同层位的岩浆储库的性质进行粗略观察外，深部基性岩浆储库内的动态演化细节和运行机制难以实现直接观测。对全岩进行定性和定量地球化学研究是破译岩浆岩成因的有力工具，但由于全岩是多种岩浆作用叠加的最终产物，经历过强烈演化的岩浆难以使用全岩地球化学特征准确识别岩浆储运系统的岩浆作用过程和演化历史。岩浆岩中斜长石的结构和成分可以记录其晶体的生长过程中岩浆演化的丰富信息，从而可以灵敏反映岩浆储运系统的历史。

东北地区新生代玄武岩一般多发育橄榄石和单斜辉石斑晶，斜长石斑晶通常较少。最近，“幔游”课题组在东北松花江两岸新发现一套上新世含斜长石巨斑晶（粒径长达1-2 cm）的玄武岩，为破解松花江斜斑玄武岩中发育大量斜长石巨斑晶的成因，我们在全岩地球化学研究的基础上，对其中的斜长石巨斑晶开展了详细的形态学和矿物化学研究。

图1 松花江斜斑玄武岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb (a)和ɛ_Nd-²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb (b)相关图

全岩地球化学特征表明，松花江斜斑玄武岩具有EM1型的Sr-Nd-Pb同位素组成，与长白山天池造盾期玄武岩保持一致（图1）。它们在主量元素上具有低镁（MgO=3.86~4.23 %）、高钛（TiO₂=3.15~4.25 %）的特征，说明其与长白山天池造盾期玄武岩中的斜斑玄武岩均经历了较高程度的演化。时间、空间以及地球化学特征上的紧密联系指示松花江斜斑玄武岩属于长白山天池造盾期岩浆作用的产物，即长白山天池造盾期玄武质岩浆当时流入了松花江古河道，向西北方向流动的距离达到了150公里左右。

图2 松花江斜斑玄武岩中斜长石巨斑晶的BSE图像和地球化学剖面图

背散射电子图像显示，松花江斜斑玄武岩中斜长石巨斑晶多数具有核-边结构，部分无环带结构，少数具熔蚀结构（图2）。斜长石巨斑晶的化学成分变化大，其中核-幔部主要为拉长石（An_48-65），边部为钠长石-拉长石（An_4-61）。多数斜长石巨斑晶的核-幔部具有细密振荡环带，An值仅呈较小幅度振荡变化，暗示其前期生长过程中物理化学条件较为稳定，地壳岩浆房持续受到同源岩浆的补给作用，岩浆房持续的时间较长，有利于斜长石巨斑晶的形成（图2a，图3a）。熔蚀结构的出现，指示斜长石在后期遭受了强烈的内部熔蚀。岩浆对流过程中晶体可被运移至温度更高的区域，形成熔蚀结构（图2c，图3b）。斜长石巨斑晶的边部An值突降以及熔蚀结构的发育，表明斜长石巨斑晶生长后期所处的物理化学条件发生了突变，对应于岩浆快速上升的减压过程（图2b，图3b）。携带斜长石巨斑晶的岩浆最终喷出于地表冷凝形成松花江斜斑玄武岩。

图3 松花江斜斑玄武岩的岩浆储运系统

上述研究结果建立了松花江斜斑玄武岩与长白山天池造盾期玄武岩之间的成因联系，揭示了东北松花江斜斑玄武岩中的斜长石巨斑晶承载了岩浆房中持续存在同源岩浆补给的印记，对理解长白山天池火山的形成过程具有重要约束意义。

相关研究成果近期发表于国内岩石学领域重要期刊《岩石学报》。张叶凡硕士为第一作者，陈立辉教授为通讯作者，该工作得到国家自然科学基金项目（42130310）的资助。

文章信息：张叶凡, 陈立辉, 王小均, 刘建强, 曾罡, 周中彪. 2024. 松花江新生代斜斑玄武岩中斜长石巨斑晶的成因及其对长白山天池造盾期岩浆储运系统的制约. 岩石学报, 40(7): 2019-2036. doi: 10.18654/1000-0569/2024.07.02

原文链接：http://www.ysxb.ac.cn/article/doi/10.18654/1000-0569/2024.07.02?viewType=HTML