昌乐玄武岩内刚玉巨晶（蓝宝石）中发现富碳酸盐和硫酸盐熔融包裹体及其意义

昌乐玄武岩内刚玉巨晶（蓝宝石）中发现富碳酸盐和硫酸盐熔融包裹体及其意义 昌乐玄武岩内刚玉巨晶(蓝宝石)中发现富 碳酸盐和硫酸盐熔融包裹体及其意义 第28卷第4期 2009年7月 岩石矿物学杂志 ACTAPETROLOGICAETMINERAI.0GICA 4:349,363 July,2009 昌乐玄武岩内刚玉巨晶(蓝宝石)中发现富碳酸盐 和硫酸盐熔融包裹体及其意义 宋玉财一,胡文碹2 (1.中国地质科学院地质研究所,北京100037;2.南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室, 江苏南京210093) 摘要:山东昌乐新生代玄武岩内的刚玉巨晶(蓝宝石)中含有多种类型熔融包裹体,其成分对了解华北深部地幔交 代过程中的流倩体性质和刚玉母岩浆特点具有重要意义.详细的岩相学和激光拉曼分析鉴定出一类富碳酸盐和 硫酸盐成分的原生熔融包裹体以及一类含硫酸盐和氯化物等成分的次生熔融包裹体,二者同时还含有CO)和0. 碳酸盐和硫酸盐成分在世界范围玄武岩内刚玉巨晶中是首次发现,结合已有的包裹体稀有气体同位素和测温资料, 反映两种成分可能来源于交代地幔的碳酸岩熔体,预示着华北深部地幔不仅经历了硅酸盐成分的交代还经历了富 碳酸盐和硫酸盐成分(碳酸岩)的交代,同时也显示刚玉母岩浆成分复杂,至少有富这两类成分物质的参与,刚玉很 可能是硅酸盐岩浆/岩石和幔源碳酸岩岩浆相互作用的产物,后被玄武岩喷发携带 至地表. 关键词:熔融包裹体;碳酸盐;硫酸盐;刚玉巨晶;山东昌乐 中图分类号:P611.13;P618.51文献标识码:A文章编号:1000—6524(2009)04—0349 —15 Carbonatesandsulfates-bearingmeltinclusionsincorundummegacrysts fromChanglebasaltsofShandongProvinceandtheirimplications SONGYu—cai,2andHUWen—xuan2 (1.InstituteofGeology,CAGS,Beijing100037,China;2.StateKeyLaboratoryofMineralDepositResearch,Department ofEarthSciences,NanjingUniversity,Nanjing210093,China) Abstract:Corundummegacrysts(sapphires)hostedbyChangleCenozoicbasaltsofShandongProvincecontainvarious meltinclusions.whosecomF~sitionsareofsignificanceinunderstandingthemantlemetasomatismbeneaththeNorthC"一 naCratonandtheparentmagmaofthecorundummegacrysts.Basedonpetrographicobservationanddetailed laserRamananalysis,theauthorsidentifiedtwotypesofmeltinclusions:oneisprimarymeltinclusionrichin carbonatesandsulfatesandtheotherissecondarymeltinclusioncontainingsulfatesandchloride,withcoeand H2Oexistentinbothofthem.Thisisthefirsttimethatsulfateandcarbonatearerecognizedinfluid/meltinclu— sionsfrombasalt— hostedcorudummegacrysts.Thecompositions,combinedwithexistingisotopiccompositonsof noblegasesandmicrothermometryoftheinclusions,implythattheyareakindofcarbonatitethatpropablyorig— inatedfrommetasomatizedmantle.TheauthorsthusholdthatthemantlebeneaththeNorthChinaCraton mighthaveexperiencedmetasomatismofcarbonatesandsulfates—bearingmelts(carbonititicmagma)besidess订i— cicmelts.Thecarbonatesandsulfatesidentifedinprimaryinclusionssuggestthattheymustha veplayedanim— portantroleincorundumcrystallization.Thecorundumsprobablyresultedfromtheinteracti onbetweenmantle— derivedcarbonatitesandsilicicmagmas/rocks,andweretransportedtothesurfacebysubseq uentbasalticIava. 收稿日期:2009—05—07;修订日期:2009—05—30 基金项目:中国地质科学院地质研究所基本科研业务费(J0723);中国博士后科学基金(2O07o4204】8);国家自然科学基金(40673040) 作者简介:宋玉财(1978),男,博士后,矿物学,岩石学,矿床学专业,E—mail:songyucai@yahoo.CO1TI.cn. 350岩石矿物学杂志第28卷 Keywords:meltinclusion;carbonate;sulfate;corundum;Changle 深源岩石包体以及矿物巨晶中常含有各种流体 和熔融包裹体,它们为了解岩浆的形成与演化(Schi— anoeta1.,2004;Jannoteta1.,2005;Guzmicset &z.,2008;PaninaandUsoltseva,2008),元素和同 位素在流体脯体和结晶相间的分配(KamenetskyV Seta1.,2004;Shaweta1.,2008;Zajaczeta1., 2008;Severseta1.,2009)以及地幔流体特征 (Izraelieta1.,2001;KleinBenDavideta1.,2004; Zedgenizoveta1.,2007)提供了重要途径. 华北克拉通内部的山东昌乐地区新生代玄武岩 内含有大量地幔岩包体和矿物巨晶,刚玉巨晶(蓝宝 石)便是其中之一.过去研究在昌乐刚玉巨晶内鉴 定出的多种类型流体和熔融包裹体(李国昌等, 1997;丘志力等,2001;宋玉财等,2006,2008),一方 面,如同华北克拉通内部许多深源包体和矿物巨晶所 含的流体和熔融包裹体(脉体)一样(郑建平等,2001; 陈立辉等,2003;樊祺诚等,2005;张宏福等,2006),能 够指示华北深部交代过程中的流体和熔体成分;另一 方面,作为寄主矿物母岩浆成分的代表(卢焕章等, 2004),也为揭示玄武岩内刚玉巨晶(世界市场蓝宝石 最主要来源)成因提供了直接信息(SrithaiandRankin, 1999;LimtrakLmeta1.,2001). 前人对山东昌乐刚玉巨晶中流体和熔融包裹体 有过报道(李国昌等,1997;丁振华,1999;丘志力等, 200l;张战军,2003;宋玉财等,2006;Liueta1., 2007;宋玉财等,2008),但主要针对包裹体的形态和相 组成,对成分的报道很少:仅鉴定有|{1O,?,,HeS,N2 和氯化物等流体组分(丁振华,1999;宋玉财等,2006), 对熔体成分尤其缺乏了解.近来,基于大量激光拉曼 分析工作,笔者鉴定出两类含特殊成分的熔融包裹 体,据目前掌握的资料,在世界范围玄武岩内刚玉巨 晶中还未见报道.这些含独特成分熔融包裹体的发 现,使我们不得不重新思考华北深部流储体成分和 刚玉巨晶母岩浆成分的问题.本文结合岩相学观察 和激光拉曼分析结果,对两类包裹体岩相学和成分特 点及其指示的意义进行探讨. 1研究区概况 山东昌乐是我国着名的蓝宝石之乡(张义耀, 2006),其原生矿发育于五图镇方山的新生代玄武岩 内,次生矿埋藏于方山附近第四系沉积物下的古河 道中.含矿的新生代玄武岩属于中国东部新生代玄 武岩的一部分,广泛出露于昌乐至临朐一带(图1), 岩性主要为碱性橄榄玄武岩和碧玄岩(金隆裕, 1989),K—Ar定年确定出3个喷发期次(金隆裕, 1989):牛山期(18.18?0.79Ma),山旺期(14.11? 0.66Ma)和尧山期(9.97?0.91Ma),但含刚玉玄武 岩到底为牛山期还是尧山期还有不同的看法(邹进 福,1995;董振信等,1999). 在方山,含气孔玄武岩与致密玄武岩交替出现, 岩层产状近于水平,其中含多个赋刚玉层位,之间相 隔几米到几十米不等.赋刚玉的层位往往也含地幔 ,磁 橄榄岩捕虏体(图2),以及辉石,歪长石,石榴石铁矿,锆石等矿物巨晶(捕虏晶),反映寄主玄武岩快 速喷发的特点(Yuieta1.,2003).不含包体和矿物 巨晶的玄武岩层几乎不含刚玉. 刚玉完整品形呈腰鼓状(图2),破裂后往往形成 扁平的近六方柱形残块(图3),残块通常由中心的核 和核外的环带构成(图3).根据颜色,研究区刚玉可 划分为两种类型:一是蓝刚玉,颜色为蓝色,通常个 体较大;二是铜皮刚玉,颜色为棕褐色或黄褐色,个 体相对较小(图3). 2样品和分析方法 样品收集自方山原生矿和附近的次生矿,原生 矿的具体层位不清楚.样品以蓝刚玉为主,也有少 量铜皮刚玉.沿垂直刚玉晶体C轴方向切成片,磨 成约0.3mm厚,双面抛光的包裹体片,在显微镜下 进行岩相学观察,后进行激光拉曼分析. 激光拉曼分析在两个不同的拉曼光谱仪上进 行:?中国石油大学地球化学与岩石圈动力学开放 实验室法国LabRam-010型激光拉曼光谱仪(LRS). 激光光源波长为514.5nm,共焦孔1000rtm,狭缝 400rtm,光栅1800个/mm,分析时使用100倍光学 镜头,积分时间为20,30S,积分次数3次.积分的 全谱波速200--4000cm.?美国地质调查局(U. S.GeologicalSurvey,Reston)AJY/HoribaLabRam HR拉曼光谱仪(HRS).激光光源波长为532.06 nm,40倍光学镜头,光栅600个/mm,积分的全谱波 速200--4000cm,积分时间为50S或100S,积分 第4期宋玉财等:昌乐玄武岩内刚玉巨晶(蓝宝石)中发现富碳酸盐和硫酸盐熔融 包裹体及其意义351 l16.Ell8. 37,一I r/ 厂 , ,一 州 ? 东营 蓬莱 ,烟台 . ,, 威海 ?聊城 :一面 l 临朐, 太平洋 郯 裂 带 r一一广7… 滩坊/ 青岛 圈新生代玄武岩露头 [三二]隐伏的新生代玄武岩 断裂[三=]城镇 图1山东省新生代玄武岩分布及研究区位置示意图[据宋明春等(2001),牛树银等(2004),李三忠等(2005)修编] Fig.1LocationofthestudyareaanddistributionofCenozoicbasahsinShandongProvince(aft erSong Mingchuneta1.,2001;NiuShuyineta1.,2004andLiSanzhongeta1.,2005) 图2玄武岩层内刚玉巨晶与地幔橄榄岩包体密切伴生 Fig.2Corundummegacrystscoexistingwithperidotite xenolithsinbasalticlava 次数2次. 另外,由于需要对比熔融包裹体在升温前后拉 曼光谱的差别,也使用了热台对包裹体进行升温实 验.实验在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国 家重点实验室进行,使用LINKAMTS1500热台和 40倍长工作距离镜头,低于500?时以30?/min 速率升温,每100?恒温5min;在500,l000?之 间,以5?/min速率升温,每间隔5O?恒温l5 min;在1000--1300?,以2,3?/min速率升温, 铜皮掰玉 蓝尉玉 图3铜皮刚玉和蓝刚玉残块及磨成薄片后显示 由核和环带构成 Fig.3Blueandyellowishbrowncorundumsconsistingof fine—scaleoscillatoryzoneandcore 每50?恒温30--60min;升温最高不超过1300?. 3包裹体岩相学和拉曼分析结果 本文述及两类包裹体的分类命名与宋玉财等 (2008)保持一致,分别属于B4型和型包裹体. 3.1B4型熔融包裹体 B4型熔融包裹体与富气相包裹体密切共生,成 N 352岩石矿物学杂志第28卷 群地生长在刚玉的生长环带内(图4a,4b,4c),包裹 体成排成列分布(图4b),显示其生长受刚玉晶格结 构制约的特点,指示为原生包裹体.包裹体形状比 较规则,呈近圆形或椭圆形,大小多为5,20m. 包裹体相组成复杂,一般由两种(多种)不同的玻璃 质相+(多个)结晶质相_-4-富coz相构成(图4d, 4e).不同玻璃质相之间以不规则的边界接触(图 4d),其内常含小的结晶质;富coe相在包裹体内形 状非常不规则(图4e),在不同包裹体内占的体积分 数变化也很大,室温下为气相;结晶质相呈球状(图 4d,4e),板状和柱状(图4f,4g),在不同包裹体内发 育程度有很大差异. 图4刚玉巨晶中B4型原生熔融包裹体 Fig.4Primarytype134meltinclusions a,b一型包裹体(箭头所指)伴生富o32包裹体(三角所指)成群出现,包裹体规则的排列显示原生包裹体特征;c—B4型包裹体(箭头所 指)与富co2包裹体(三角所指)密切伴生;d,e,f,g一包裹体相构成复杂,一般由两种(多种)不同的玻璃质+多个结晶质相?富C()2相构成 a,b_,aswarlTloftypeB4inclusions(arrow—marked)coexistingwithCOg—richinclusions(solidtriangle—marked).Theregulargrowthofthe inclusionsindicatesthattheyareprimaryorigin;rtypeB4inclusions(arrow—marked)coexistingwithCO2一richinclusions(solidtriangle—marked); d,e,f,g'~-inclusionswithcomplexphases,usuallyconsistingofdifferentglasses+severalcry stallinephases?co2一richphase 拉曼分析显示,B4型包裹体中气相为o32,而固 相物质有着复杂的拉曼光谱:单个测点通常含有多 个拉曼位移峰(图5),这些峰可能来自同一物质,也 可能来自多种物质.为鉴定拉曼峰位所指示的物质 成分,列出所有测点的拉曼峰(表1)并进行详细分 析,由此识别出几组拉曼位移峰组合:?587,590? 896,899+l086,l091+1504+3250+3281 em(图5a,5b,5d),其中,3250+3281cm峰显示 其为一种水合物,1086,1091cm出现显示成分 以碳酸盐为主(Burke,2001);?992,999cm(图 5a),代表硫酸盐物质(Burke,2001;Frezzottiand Tecce,2001;Golovineta1.,2008);?984/987+ 1006/1007CITI(图5b),由于水溶液中的拉曼 峰在983C1TI左右(Burke,2001),而石膏的拉曼峰在 1006cTn(Burke,2001),因此推测该峰组合代表石 膏或一种硫酸盐;?l076C111(图5a),可能代表一 第4期宋玉财等:昌乐玄武岩内刚玉巨晶(蓝宝石)中发现富碳酸盐和硫酸盐熔融包裹体及其意义353 拉曼位移,/cm 一i阔 术 ,圈 ,1 20040060080()1000l200l400l600 拉曼位移/CI"rl. 拉曼位移/cm 拉照位移/'cm 1200 600 300 0 拉曼位移,/cm fq{一1006 // 拉曼位移/~m 图5B4型熔融包裹体内固相物质的典型拉曼光谱 Fig.5RepresentativeRamanspectraofsolidphasesintypeBeinclusions a-未加热样品,出现水合物,硫酸盐(996cm)和碳酸盐(1076errlI1)物质的拉曼峰;b_-未加热样品,出现水合物拉曼峰,984+1007 cmI1可能为硫酸盐物质(石膏?);c一未加热样品,995十1066cm可能为碳酸盐一硫酸盐混合物;(1_未加热样品,993CITII1和1046cm. 分别代表硫酸盐和苏达石(NaHCO);e,卜一加热1250130012再冷至室温后的样品,水合物的拉曼位移峰消失,出现自由H20,镁方解石 (1087cinI1),苏达石(1046CIIlI1),(983cmI1),石膏(1006cm),其他硫酸盐物质(992/994cn'l)的拉曼峰;*表示刚玉的拉 曼位移峰;竖向标记的拉曼峰不参与讨论;方框标记的拉曼峰代表同一种物质(一种含碳酸盐成分的水合物) a--unheatedsample,withRamanpeaksofhydrate,sulfate(996cm)andearbonate(i076cm);b ---unheatedsample,withRamanpeaksof sulfateorgypsum(984+1007em);c--unheatedsample,possiblywithcarbonate—sulfatemixtures(995+1066eln);d--unheatedsample, withsulfate(993cm)andnahcolite(NaHCI')3,1046CITI);e,f--samplesheatedupto1250--1 300?andthencooleddowntoroomtemper— ature,withthedi~ppearanceofhydratesandtheappearanceofH2O,Mg— calcite(1087cnl),nahcolite(1046crn一),so1.(983cm一),gYP一 81.1i71(1006em),andsulfates(992/994C[I1);*denotesRamanshiftsofcorundum;Raman shiftsmarkedbycoluIiln/1I.RTlbersarenottobe discussedinthispaper;Ramanshiftsmarkedbyframednumbersdenoteakindofhydratecom posedofcarbonate 354岩石矿物学杂志第28卷 'A'代表"1504+1504+3250+3281cm';'|{20'表示自由水的拉曼峰;LRS:中国石油大学地球化学与岩石圈动力学开放实验室LabRam- 010型激光拉曼光谱仪;HRS:美国地质调查局(u.S.GeologicalSurvey,Reston)AJY/HoribaLabRamHR拉曼光谱仪. 种碳酸盐物质(Burke,2001;FrezzottiandTecce, 2001;Golovineta1.,2008);?992,999+1065/ 1066cYn(图5c),可能代表碳酸盐一硫酸盐混合物 (Golovineta1.,2008);?1046em(图5d),代表 苏达石(Burke,2001). 为进一步确定其成分,将包裹体加热至1250, 1300?,而后冷却至室温再次进行激光拉曼分析. 结果显示(表l,图5e,5f),在3200--3800em段普 遍出现自由水的拉曼峰,而水合物的拉曼峰则消失, 表明加热后水合物分解形成自由态的水.同时,在 l087,1046,983,992,994,1006cm处出现有拉 曼位移峰,分别对应镁方解石(Burke,2001),苏达石 (NaHCO3,Burke,2001),so14一(Burke,2001),其他 可能的硫酸盐(Golovineta1.,2008),石膏(Burke, 2001)等物质.因此,该包裹体内固体成分主要是碳 酸盐和硫酸盐物质,还含H2O和cQ等流体组分. 3.2型熔融包裹体 型熔融包裹体与富C02包裹体和富H2()_ CO,包裹体密切伴生,发育在裂隙中(图6a,6b).这 些裂隙常常与刚玉环带生长方向相交,并切穿刚玉 晶体,不见内愈合的特点;包裹体生长具有一定的定 向性,形状多为浑圆状或长椭圆状,大小相差悬殊, 10--100m不等(图6b),因此为次生包裹体.包裹 体由气,液,固多相构成,典型的相组成为co2收缩 气泡+水溶液相+盐类子晶+玻璃质(+结晶质) (图6c).通常气泡不圆,呈压扁的椭圆形,占包裹体 的充填度变化较大(图6c,6d);一般包裹体只含一个 盐类子晶,个别包裹体中也出现两个(图6e),盐类子 晶占包裹体的体积比变化也较大(图6f,6g);此外, 某些包裹体也含长柱状子矿物(图6h,6i),可以单个 (图6h),也可能是多个(图6d,6i);H2O也出现在此 类包裹体中,甚至可以在显微镜下直接观察到,如图 6c所示,紧邻包裹体壁边缘,位于子晶和收缩气泡之 问的弧形物质即为H2O;玻璃质(+结晶质)没有明 显的晶形,常常使co2气泡呈不规则的形状(图6c, 6g,6i). 型包裹体中固体成分的拉曼光谱也很复杂. 表2列出了固相物质测点的主要拉曼位移峰,其中, 第4期宋玉财等:昌乐玄武岩内刚玉巨晶(蓝宝石)中发现富碳酸盐和硫酸盐熔融 包裹体及其意义355 图6刚玉巨晶中型次生熔融包裹体 Fig.6Secondarytypemeltinclusions , b—c型包裹体(箭头所指)与富c()2包裹体(空心三角所指),富H2O—co2包裹体(实 心三角所指)伴生出现在刚玉外裂隙中,显示为次 生包裹体;c型包裹体通常由富(202收缩气泡+富H20相+玻璃质+石盐子晶构 成;(卜包裹体中富CO2收缩气泡占包裹体体积较 大;一包裹体内含两个石盐子晶;f---包裹体内石盐子晶占包裹体体积较大;g一包 裹体内石盐子品占包裹体体积很小;h,i一包裹体内含 长柱状子矿物 a,b—typeC5inc1usions(arrow—marked)coexistingwithCK)2一richinclusions(voidtriangle—marked)andHeO—coe—richinclusions(,solidtriangle— marked)infractures;c--phasesintypeC5inclusionsusuallycomposedof(:()2一richphase,H2O-richphase,glass,andhalitedaughterminerals;d-- coe—richphaseoccupyinghighervolumetricproportionofthetotalinclusion;e—twohalitedaughtermineralspresent;f—ha1iLedaughtermineral occupyinghighervolumetricproportionofthetotalinclusion;—halitedaughtermineraloccupyinglowervolumetricpropo~ionofthetotalinclu— sion;h,i--inclusionsthatcontaincolumn—shapeddaughterminerals 一 356岩石矿物学杂志第28卷 FA—C一3—1一b—l FA—C一3—1一b一2 FA—C一3lL1 FA—C32b1 FA一(>3—2一b一2 FA-C一3—2一L一1 FA—C一3—2一L一2 FA—C一3—3一Il FA—C34一b一1 FA—e34一L-1 FA—C39一b一1 FA—C一313一Z一1 FA一(一31—7H1 FAC3一l一7一S一1 FA—C一3—3—3g11 FA—C一335一gl一1 FA—C一3—3I8一gl一1 FA—C一3—3—8gl一2 FA一(>34一gl一1 FA—C一34gl一2 FA—G34一gl一3 FAC一3—5一gl一1 F,C—l0—4-h一1 FC一1O4b一2 F-C一10—4一Z一1 C10—13一b_1 FC10—13一b一2 FC—lO一13_h3 FC一1O13Z一1 F(:一1015b一1 F—ClO一15一L一1 F—C一1015一G—l F-C10—15一Z一1 FC一10—17一b一1 FC一1O一17一G一1 F—C10—17一L一1 F一(:一1O17一Z一1 F—C10—1一gl一2 F—C10—1一gl一3 F一(,1O一1一Z一1 F—C一10—2一gl一1 FC一10—3一gl1 F—C—l0—3一gl一2 F-C——10-3..g1..3 H—C一31 HF—F—C一32 537,678,878,981,1004,1086,1 (弱),1384(弱),'0' 879,982,1380(弱),'0' 140(弱),1166硫酸盐佰膏+方解石+? 878(~),98l,1004,1084,l164(弱),'H20 630,879,982,1009,1166(弱),l383,'0 452,620,628,995,1081,1204,'}{2O'(弱) 876,981,1138(弱),1164(弱),1381,'}{20 468,879,981,1009,1166(弱),1383,'}{20 453,621,630,993,1082,1204,'H,0' 877,980,1044,1266(弱) 877,981,1004,l046,'0' 982,'H,0'(弱) 879,982,1007,'0' 706,992,1006,1087 453,622,630,706,994,1009,1085,l206 878.981,1009 877(弱),981,1088(弱) 982,1005,1140,1l65 454,623,631,994,1006,1084,1204 1087 877,992,1084 982,1007 982 450,620(弱),630,980,993,1204,'0' 452,620,630,993,1084,1204,'H,0' 980,'O' 983.'H0' 453,622,630,993,1084(~),1204,'|{2O' 453,622,630,993,1084,1204,'H,0' 674,1014,'0'(弱) 451,621,631,993,l101,1131,l151,'0' 982.991.'H,0' 961,982,992,'H20' 992,'O'(弱) 452,620,630,993,1083,1204,'H,0' 452,620,630,992,1084,1204(?),'o' 450,620,630,647,991,1099,1129,1l51,'H20 982,992,12067,'H,0' S0i+? 硫酸盐/石膏+方解石 硫酸盐/石膏+? 硫酸盐+碳酸盐矿物? S0i+? 硫酸盐 硫酸盐+碳酸盐 S0i+苏达石 S0j+苏达石 S0i一 硫酸盐/石膏 硫酸盐+石膏+镁方解石 硫酸盐+方解石 硫酸盐/石膏 s+镁方解石 硫酸盐/石膏 硫酸盐+方解石+石膏 镁方解石 方解石+硫酸盐 硫酸盐/石膏 S( S+硫酸盐 硫酸盐+方解石 S0i 9[ 硫酸盐+方解石 硫酸盐+方解石 硬石膏 无水芒硝 S+硫酸盐 磷酸盐+S0j+硫酸盐 硫酸盐 硫酸盐+方解石 硫酸盐+方解石 无水芒硝 硫酸盐 LRS LRS LRS LRS LRS LRS LRS LRS IRS IRS LRS LRS HRS HRS HRS HRS HRS HRS HRS HRS HRS HRS LRS LRS LRS LRS LRS LRS LRS LRS LRS LRS LRS LRS LRS LRS LRS H20'段荧光强 H20'段荧光强 拉曼信号差,'H20'段 荧光强 'H20'段未扫描 '0'段荧光强 'H,0'段荧光强 'H1o'段荧光强 'O'段未扫描 '0'段未扫描 'H20'段未扫描 'H20'段未扫描 '}{,0'段未扫描 拉曼信号弱 拉曼信号弱 拉曼信号弱 拉曼信号弱 弱,982,994(弱),006,1083,1u硫酸盐 +方解石HRsH20,段荧光强11401164(弱) ,, 451,620,630,992,1084,1100,1130,l151无水芒硝+方解石 5 日 3,620,63.,993,.,o0,..(弱),无水芒硝+方解石 1204(弱),,. 983,992s+硫酸盐 980,1084,1135s+方解石 ,,..,,,oo,.,?,,硫酸盐+方解石 1642041.1 450,621,632,993,1101,1131,1152 983,l007,1142,1166 982 980 无水芒硝 硫酸盐/石膏 S0j— S0 HRS'H2O'段荧光强 HRS'H2O'段荧光强 HR.s 信号差'.'段荧 HRS'H2O'段荧光强 HRS'H2O'段荧光强 HRS'H2O'段荧光强 HRS'H2O'段荧光强 HRS加热后,'H20'段荧光强 HRS加热后,'0'段荧光强 'H20'表示自由水的拉曼峰,由于包裹体中含有H20,当测固相物质时,多数也会测 到水;LRS:中国石油大学地球化学与岩石圈动力学开放 实验室LabRam-010型激光拉曼光谱仪;}{Ks:美国地质调查局 (us.GeologicalSurvey,Re~ston)AJY/HoribaLabRam拉曼光谱仪. 第4期宋玉财等:昌乐玄武岩内刚玉巨晶(蓝宝石)中发现富碳酸盐和硫酸盐熔融 包裹体及其意义357 拉曼位移,cm 拉曼位移,cln 拉曼位移,cm 拉曼位移c不] 拉曼位移/cm 拉曼位移/~m 拉曼位移,Ic1],I 拉墨位移,cm 图7型熔融包裹体内固相物质的典型拉曼光谱 Fig.7RepresentativeRamanspectraofsolidphasesintypeC5inclusions *表示刚玉的拉曼位移峰;横向标记的拉曼峰与所注的物质名称相对应;其中除(e)为加热后的样品外,其余均为未加热样品 denotesRamanshiftsofcorundum;Rarnanshiftsmarkedbylinenumberscorrespondingtom aterialsmarkedinthefigures;thesamplein(e) washeateduptO1250"C,whereastheothersampleswereunheated 358岩石矿物学杂志第28卷 可以分出多组拉曼峰组合:?450,453+620/621+ 630,632+991,994+l099,l102+l129,1132 +1151,1153cm,代表无水芒硝(图7a); ?(451+)620+630/,632+994+1116+1138/ l140+1164cm,与无水芒硝的拉曼光谱基本一 致,但在1000,1200cm段的3个峰位与其有差 别,推测为成分与无水芒硝相似的一种硫酸盐矿物 (图7b);@450,453+620+630+992,995+1203 , 1206CITI一,由于与?和?组拉曼峰组合在400, 1000cm段对应,可能也是硫酸盐物质(图7c);? 876,879+980/982+1004,1009cm,,类似于BJ 型包裹体中第?组拉曼峰组合,为石膏或一种硫酸 盐(图7d);?980,983cm,在未加热样品和加热 后的样品中都出现(图7e,7f,7h),代表水溶液中的 SO4,或含SO4一物质(Burke,2001;Wangeta1., 2006);?1044+l266cm,代表苏达石(图7f);? 674+1014cm一(图7g),代表硬石膏(Burke, 2001);?961cm(图7h),可能是含磷酸盐成分的 物质(Burke,2001).此外,1084,1088C1Tt和 991-995cm通常出现(表2),分别代表方解石/镁 方解石(Burke,2001)和可能的硫酸盐物质(Burke, 2001;FrezzottiandTecce,2001;Golovineta1., 2008),个别测点出现1081/1082cm,推测为碳酸 盐物质(Burke,2001).同时,'O'的拉曼峰普遍 出现,这是由于包裹体中普遍含水,分析固相时也分 析到水的缘故.总之,c型包裹体中固体成分主要 为硫酸盐,碳酸盐,氯化物(盐类子晶),可能还含有 磷酸盐等其他成分物质,流体成分主要是H,O和 co2,还有少量N2和H2S(宋玉财等,2006). 4讨论 4.1玄武岩内刚玉巨晶中熔融包裹体的熔体成分 目前已鉴定的玄武岩内刚玉巨晶中熔融包裹体 的熔体成分列入表3.表3显示,越南中部Dak— Nong地区(Smirnoveta1.,2006),泰国13oPoll地区 (SrithaiandRankin,2006),俄罗斯远东Nezamet— noye地区(Grahameta1.,2008)所产刚玉中熔融包 裹体的熔体成分均富Si,Al,K,Na,具有正长质岩浆 的特点,但在澳大利亚NewEngland地区所产刚玉 巨晶内,熔融包裹体富含Fe,A1,Mg,Ti等元素,相对 贫Si(Coenraads,1992),区别于正长质岩浆成分. 本文所鉴定的富碳酸盐和硫酸盐成分的熔融包裹 体,就玄武岩内的刚玉巨晶而言,过去研究还未见报 道.上述熔融包裹体成分反映,刚玉巨晶的母岩浆 可能以正长质成分物质为主,但同样还含其他成分 的物质.事实上,在昌乐刚玉巨晶中,除这里报道的 两类熔融包裹体外还有多种类型(宋玉财等,2008), 由于目前尚未鉴定出它们的成分,故难做讨论,但可 以肯定的是它们主体不是碳酸盐和硫酸盐(没有相 关成分的拉曼信号).从包裹体的岩相学特点来看, 其中一些(A】和A2型,宋玉财等,2008)可能富Fe 和等,另一些(B1,和型,宋玉财等,2008)可 能富硅酸盐,与前人在世界范围发现的熔融包裹体 成分基本对应.因此,从目前已有资料看,玄武岩内 刚玉中发现的熔融包裹体成分包括Fe(Ti)氧化物, 正长质硅酸盐,碳酸盐,硫酸盐,氯化物等. 虽然过去在玄武岩内刚玉巨晶中未发现有富碳 表3不同产地玄武岩内刚玉巨晶(宝石)中熔融包裹体的固相成分 Table3Compositionsofsolidphasesinmeltinclusionswithincorundummegaerystsfromba saltic terrainsofvariousplacesintheworld 表中相成分含量为质量分数 第4期宋玉财等:昌乐玄武岩内刚玉巨晶(蓝宝石)中发现富碳酸盐和硫酸盐熔融包裹体及其意义359 酸盐和硫酸盐成分的包裹体,但在越南北部LucYen 地区大理岩寄主的红宝石中,其流体包裹体内发现 有方解石,硫酸盐,氯化物等物质(Giulianieta1., 2003),反映出这些物质参与了红宝石的形成.尽管 玄武岩内刚玉与大理岩内刚玉的形成环境存在差 别,但同是作为Al2o3这种物质,其形成机理可能是 相似的,在两者内的原生包裹体中都发现有碳酸盐, 硫酸盐,氯化物等物质,显示出这些物质在刚玉形成 过程中发挥了重要作用. 4.2华北深部地幔交代过程中的流体和熔体成分 华北克拉通在长期的演化过程中,深部地幔经 历过交代作用,流缩体与岩石圈相互作用明显,并 且在克拉通的破坏过程中可能扮演了重要角色(周 新华,2006;郑建平等,2007;Zhangeta1.,2008). 对华北深部流体和熔体认识,主要借助两种途径: 一 是通过地幔岩包体和捕虏晶的地球化学特征推 断,二是直接观察地幔岩包体与捕虏晶中的流体和 熔融包裹体及脉体.就后者而言,过去研究积累了 一 些资料,如辽宁复县和山东蒙阴古生代金伯利岩 中金刚?