斜長(zhǎng)石環(huán)帶的成因機(jī)制-吳平霄

1、地 質(zhì) 地 球 化 學(xué)G E O L O G Y一 G E O C HE M IS I, R Y1 9 9 7N O. 年第 4 期4 199 7斜長(zhǎng)石環(huán)帶的成因機(jī)制吳平 霄 l ) 吳金平 2 ) 肖文 丁 ` ) 李才偉2 )l ) ( 中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué) 研究所, 廣州, 5 1 0 64 0 )2 ) ( 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (武漢 )應(yīng)用化學(xué) 系, 武漢. 4 30 07 4 )摘 要 東統(tǒng) 地 分 析 了針長(zhǎng) 石 環(huán) 帶 的

2、研 究現(xiàn) 狀, 并提 出 了針長(zhǎng) 石 的 小 尺 度 韻 律環(huán) 帶 起 因于 自組 織過程, 而 與環(huán) 晚 因 索無 關(guān), 其形 成對(duì) 應(yīng) 著相 對(duì) 靜 態(tài)的 環(huán)境 ; 抖長(zhǎng) 石 的 大 尺 度 韻 律環(huán) 帶 劉起 因 于環(huán) 境 ( 主 要是 浪度、 壓 力 ) 的“ 周期 性” 波 動(dòng), 而 不 可 能 是 自組 織 成 因, 其形 成過 程 記 錄 了環(huán) 帶 生 長(zhǎng) 期 間 巖 漿活 動(dòng) 的 情況 ( 巖 漿的盈 度、 壓 力、 組

3、 分 濃度 等 )。 針 長(zhǎng) 石 的 小尺 度 韻 律環(huán) 帶是 在結(jié) 晶 沮 度 德 定 在 固 相線 附 近的 盆 度 范 圍 內(nèi) 形 成的。 當(dāng)結(jié) 晶 溫 度 低 于 固相 線 滋 度 時(shí), 則形 成昨 鈞律環(huán) 帶 或枝 晶甚 至玻 瑞 體 ; 昨 韻律 型環(huán) 帶 是 由 于 環(huán) 境的 溫 度 或 壓力的 特續(xù)變化 而 形 成的, 它的 結(jié) 晶溫 度 比 大 環(huán)帶 中套小 環(huán) 帶 形 成 時(shí) 的 結(jié) 晶 溫度 要 低 一 些,或 者

4、 說 其 非 平衡 程 度 更 大一 些。關(guān)鎮(zhèn)詞 殲 長(zhǎng)石 韻律 環(huán)帶 自組 織第 一作者 簡(jiǎn)介 吳 平 霄 男 1 96 9 年 出 生 博士 從 事礦 物物 理 和 礦物 材 抖 學(xué)研 究斜長(zhǎng) 石晶體 中常發(fā) 育有 豐富 的環(huán)帶構(gòu)造。 一般 而言, 除 了白 崗巖、 偉 晶巖和 細(xì) 晶巖 外, 其 余 幾乎 所有 的巖漿巖 中的斜 長(zhǎng)石都可 見到 環(huán)帶構(gòu) 造。 在火 山巖和 淺 成巖 的斜 長(zhǎng) 石 中, 尤 其是 中性 斜 長(zhǎng)石中的

5、環(huán)帶 構(gòu)造最 為 發(fā)育。一般認(rèn) 為, 斜 長(zhǎng)石 的環(huán)帶記 錄 了巖漿熔體 在結(jié) 晶過 程 中物理、 化 學(xué) 條件 的 變化, 斜 長(zhǎng)石 的環(huán) 帶模 式與其形 成 的地 質(zhì)環(huán) 境和地 質(zhì)過 程密切相 關(guān) ; 有 的學(xué) 者還 認(rèn) 為斜 長(zhǎng)石 環(huán)帶 的形 貌反 映 了巖漿 的冷卻速率和 晶體生 長(zhǎng)的 其它物 性 〔 ` 〕 。 還 有 人認(rèn) 為斜 長(zhǎng) 石 韻律 環(huán) 帶 的周 期性 特 征是 首要 的 自組 織證據(jù) 2 1 [。 此外, 斜長(zhǎng)

6、石的環(huán) 帶還 可 以用 來 確 定巖 漿 巖或 變質(zhì)巖 的 歷 史。 因此, 許 多 學(xué) 者都 對(duì)斜 長(zhǎng)石的環(huán)帶 及其成 因進(jìn)行 了觀察 和探討 . 3 [ 礴1。 這些觀 察和探 討 從不 同的方 面 和 角度對(duì) 斜長(zhǎng) 石的環(huán) 帶進(jìn) 行 了研 究, 為進(jìn) 一步提 示斜 長(zhǎng)石 的環(huán)帶 的形成機(jī) 制積 累了豐富 的資料。1 斜長(zhǎng)石環(huán)帶的分類斜長(zhǎng) 石環(huán)帶 可粗略 地分 為三類 : 正環(huán) 帶、 反 環(huán)帶和韻律 環(huán)帶。 所謂 正環(huán) 帶指 的是

7、斜長(zhǎng)石 中核部具 較基性組 分, 而 邊緣 部分具較 酸 性 組 分 而構(gòu) 成 的環(huán) 帶 ; 反 環(huán)帶 指 的 是斜 長(zhǎng) 石 中核 部 具較 酸性 組分, 而邊緣 部分具 較基性 組分 而構(gòu) 成的環(huán)帶。 在正交偏 光 鏡 下, 斜 長(zhǎng) 石環(huán) 帶 各帶 不 同時(shí) 消光, 若 消光 自核部 向邊緣連 續(xù)掠過, 則表 明是 一種 成分連 續(xù)的 環(huán)帶 ; 若 消光 自核部 向邊緣 不連 續(xù) 掠過, 則表明是一種成 分不連 續(xù)的 環(huán)帶。 無論 是

8、正 環(huán)帶還 是反 環(huán)帶, 都可 見到連 續(xù) 或 不連 續(xù) 的環(huán) 帶。 而 韻律環(huán)帶則是 由一些較 基性 的帶和 較 酸性的 帶多 次反復(fù)構(gòu) 成, 如 同地 層 的沉 積 韻律 一樣。 各組分 韻律之間成分 突變, 界線清 楚, 且 晶粒 多呈 自形到 半 自形。o H~( 19 3 2 ) 〔5 ]給 出了一個(gè)關(guān) 于 斜長(zhǎng) 石環(huán)帶 的較為 系統(tǒng) 的分 類 ( 圖 1 ), 是根據(jù) 斜長(zhǎng)石 中 n A19 7 年 3 月 3 1 日收 稿

9、 : 1 99 7 年 5 月 2 5 日改 回。地 質(zhì)地 球化學(xué) 1 7 9 9 年空間 不連 續(xù)性 及類似 的 變化 也能 很好地 展示 出來。 另外, 斜 長(zhǎng) 石環(huán) 帶 由 晶體 中心 到邊 緣 的 不連 續(xù)性 也 可以通過 量子 干涉 顯微 鏡技 術(shù)來 劃分和 標(biāo)記。由于 偏光顯 微鏡 不能 得 出環(huán)帶截 面 的精 確結(jié) 果, 而 只能得 出其近似 結(jié) 果, 因此, 在研 究 精細(xì) 的韻律 環(huán)帶 問題 時(shí)就 會(huì)遇 到 困難。 因

10、 為透 射 偏 光顯 微鏡 面 臨著 我 們稱 之 為“ 體 積 問題” 的薄 切 面 問題, 在高放 大率 下, 一個(gè) 3 0 拼m 的截 面 就 顯 得相 當(dāng)厚, 并 且 為 了看 清 細(xì) 節(jié), 光 必 須透 過 樣 品 的一 部分。 這 些都會(huì)掩 蓋微米級(jí) 環(huán) 帶 的精 細(xì)結(jié) 構(gòu)。 然而, 在某 些切 面 上, 由于斜 長(zhǎng) 石 系列 的雙 折 射, 韻 律環(huán)帶 在透射 偏光 顯微鏡 上能 夠很 好地 展現(xiàn) 出來, 但 這樣 展現(xiàn)

11、的環(huán) 帶 只能 是 大致 的輪 廓和 近 似 的組分。 因此, 必須采 用更精 密 的、 能 觀察斜 長(zhǎng)石環(huán) 帶精 細(xì)結(jié)構(gòu) 的技術(shù)。N o m a r s k i 激光 干涉 顯微鏡 適 宜于斜 長(zhǎng) 石韻 律 環(huán)帶 的觀 察及 其 組分 變 化 的分 析。 當(dāng)窄 的干 涉條紋 移動(dòng)時(shí), 晶體 的干涉 圖便 顯 示 出折 射 率 的變 化 ( 由于 組分 的 變化 所 致 )。 T. H. e P a r c e ( 19 8 4 a ,

12、c ) 給 出了一個(gè) 完 整的技 術(shù)描 述: 當(dāng) 用光 譜一物 理 1 6 4 氫離 子激 光儀 產(chǎn) 生相 干 的綠 光 ( 5 1 4. 5 n m ) 光源通過 一個(gè) 空間過 濾器 和光 闌后, 激光 被放大 并產(chǎn) 生一個(gè)平 面波前 ; 用光分 離器將 激光分 成參考 光和樣 品光 ; 使樣 品光轉(zhuǎn) 向通過 斜 長(zhǎng)石 晶體的一個(gè) 拋 光切面 ; 這 樣透過 晶體 的光便把 原來光 的信 息和晶體 中的折射 率 的分布編 成 碼 ;

13、這 些透 射光和 參考光 的干涉 便導(dǎo)致 很窄 的亮的和 暗的條紋 位 移, 這些條 紋位移 直接 與折射率 和 組分 的變 化有關(guān)。 拋光 的斜長(zhǎng)石 晶體表 面的不 同的腐 蝕性 也 可 以用來觀察環(huán)帶, 具體 樣 品的制備 步驟 是: 用 H B 4 F ( 氟硼 酸 ) 腐 蝕拋 光 的 光 片, 因斜 長(zhǎng) 石 晶體 中 富 鈣 的環(huán)帶更容 易被腐 蝕, 結(jié) 果導(dǎo)致 顯微像 的產(chǎn) 生, 形 成高 ( 富 N a , 貧 C a )

14、 和低 ( 富 C a , 貧 N a ) 的 突起。 腐 蝕后的薄 片要經(jīng) 過 噴碳處理, 以 增加 反射 率和減 少 內(nèi)反射。T. H. e P a r c e ( 19 8 4 ) 首次 報(bào)道 了用激 光干 涉 顯微鏡 觀 察斜 長(zhǎng)石 韻律 環(huán) 帶的 結(jié)果 ; 到 1 9 9 0 年 他共觀 察了一 百多件 斜長(zhǎng) 石環(huán) 帶薄 片, 這 些薄 片的樣 品分別 采 自墨 西哥 的波 波 卡特 佩特 火 山 和庫 埃納瓦卡、 大瀑 布

15、的 M t. t S. H e l e n s 、 安的列斯 群 島、 夏威 夷和愛琴 海 的錫拉 島和 萊斯 沃斯 島, 這些 斜長(zhǎng)石環(huán)帶 晶體 來源 于常 見的 巖漿 巖類 型: 玄 武 巖 ( 造 山帶 型 或鈣 堿 型 和拉 斑 玄武 巖 ) ; 玄武 一 安 山巖 ; 安 山巖 ( 包括混 合成 因的 巖石 ) ; 英安 巖和流 紋 巖。 經(jīng)過 細(xì) 致 的觀 察和 研 究, 他將 所觀 察 到 的斜長(zhǎng)石 韻律 環(huán)帶 區(qū) 分 為

16、兩 種類 型 e [ ]。 第一種類 型環(huán) 帶 規(guī)模 較 小, 組 分 A n 范 圍 為 l % 一 1 0 %, 多 數(shù) <5 %, 環(huán)帶的寬 度 < 1 一 10拼m ; 這種 類 型的環(huán)帶 較平滑, 自形, 幾乎 沒有什 么 溶 蝕跡 象, 并 且 可疊 加在第二種 類型環(huán) 帶之 上, 在 一 系列環(huán) 帶 中有許 多相 似 的環(huán)帶呈 現(xiàn)出規(guī) 則性、 周期性 和重復(fù)性。 第二種類型 環(huán) 帶 規(guī) 模 較 大, 組 分 A

17、 n 范 圍 為 8 % 一 3 7 %, 多 數(shù) 在 1 0 % 一 2 5 % 之 間, 環(huán) 帶 的 寬 度 為 3 一10 0 拜m ; 這 種類 型環(huán) 帶 常呈 港 灣狀 或 復(fù)雜 的形 態(tài), 通 常 在一 次可 確 定的溶 解 事 件之后形 成, 其外 表面具 有高的 A n % 組分, 沒 有規(guī) 則的 周期性 ( 盡管也 有例外 的 ), 也有 可能與 第一種類 型的環(huán) 帶疊加。雖然第一 種類 型環(huán)帶 與 第二種 類 型環(huán)帶

18、有 著不 同的特 征, 但 在某 些情 況 下, 當(dāng)環(huán)帶 的 A n 約 為1 0 %、 寬度約 1 0 拼m 時(shí), 則很難 將 它歸 于環(huán)帶類 型 1 或 2 ( 這 種類 型 的環(huán) 帶很 少 )。 第 一種 類 型環(huán)帶與溶解 表面和 不連續(xù)性 無 關(guān), 呈典 型的 自形 性, 而 第 二種 類 型 環(huán)帶 則總 是 產(chǎn)生 一個(gè) 不 連續(xù) 的外 表面, 通 常呈不連 續(xù) 的角度 不整 合。圖 2 是根據(jù) N o m a r s k i

19、激 光干 涉 顯 微鏡 觀 察 斜 長(zhǎng)石 韻 律 環(huán) 帶 而 得 出 的斜 長(zhǎng) 石 A n % 組 分 含 量圖。 這 是一 個(gè)混合 的 圖示, 示 出 了在 自然的斜 長(zhǎng)石 中不 同時(shí) 出現(xiàn) 的許 多特 征。 在 圖 2 中, L B 為 下部基 線 ( 或 簡(jiǎn)單 基 線 ), 是 與環(huán) 帶輪廓 相對(duì) 應(yīng)的組 分 的一個(gè) 重要 的特 征, 它 表 示在 相 同類 型 ( 即大致具有相 等的 A n % 組分 含量 ) 的 一系 列重復(fù)

20、 環(huán)帶 中, 每個(gè)環(huán) 帶 的 A n % 組 分含量 都達(dá)到最 低值。 這 種重復(fù)特 征容 易在 第一種類 型 環(huán)帶 中發(fā)現(xiàn), 它可 以 形 成 比 較平 緩 的組 分 表 面 ( 向外 部 A n % 組 分 含 量減少 )。 多數(shù)學(xué) 者 傾向于認(rèn) 為, 小規(guī) 模 的環(huán)帶 ( 第一種類 型環(huán) 帶 ) 的這 些特 征是 由圍繞晶體 生長(zhǎng) 的邊界層 的局部攏 動(dòng) 引起的。 理 想的下 部基 線記錄 了環(huán)帶 停止生 長(zhǎng)前 的最后組 分 ;