高压下稀土等微量元素在磷灰石及玄武质硅酸盐熔体间的分配

Trace element(such as REE) partitioning between apatite and basaltic silicate melts has important implications in understanding the characteristics of the upper mantle and evolution of the basaltic siliate melt. As demonstrated by existing investigations, it is affected by pressure, temperature and melt compositions. Yet, the P-, T- and composition ranges investigated so far have been very limited; for example, the experimental P was limited to 2 GPa. In this study, we will expand the P range to about 9 GPa (about 300 km depth), and simultaneously investigate the effects of P and T. The starting material of this investigation will be three eclogites from Dabie Mountain, doped with different amounts of hydroxylapatite. The high-P and high-T experiments will be conducted by using the piston-cylinder apparatus and cubic press at the High Pressure Laboratory of Peking University, their products will be analyzed by using SEM, EMPA, and ICP-MS. The results of this investigation will be important in understanding the behavior of the trace elements during the partial melting process of the upper mantle and evolution of the basaltic silicate melts. Additionally, they might have important applications in understanding the trace element partitioning among the minerals of eclogites in Dabie Mountain.

稀土等微量元素在磷灰石与玄武质硅酸盐熔体之间的分配可用于研究岩浆源区上地幔的组成及玄武质硅酸盐岩浆的演化。已有研究表明,这种分配行为受熔体成分、温度、压力等因素的影响。但是,已有研究的温度、压力、成分变化非常有限;比如,压力还仅限于2 GPa以内。本研究拟将压力范围扩大至9 GPa（大约地下300公里深度），同时研究温度及压力对这种分配行为的影响。本研究将选取三种大别山地区的榴辉岩以及羟基磷灰石为实验原料,利用北京大学高温高压实验室的活塞-圆筒压机及六面顶压机来进行高温高压实验,利用SEM、电子探针、ICP-MS等手段来分析实验产物,从而对压力、温度、成分的影响进行约束。本项目的执行必将对了解微量元素在上地幔部分熔融过程及玄武质硅酸盐岩浆的结晶分异过程中的行为产生重要影响,同时可能对稀土等微量元素在榴辉岩中矿物间的分配行为提出重要约束,在大别山榴辉岩的成因研究中有直接的重要的应用。

本项目以榴辉岩以及羟基磷灰石为实验原料，利用北京大学高温高压实验室的活塞-圆筒压机及六面顶压机进行高温高压实验模拟（压力为1、3、5、7、9 GPa，温度范围为1000-1600 oC），利用SEM、拉曼光谱、电子探针、ICP-MS等手段来分析及表征实验产物，从而获得稀土等微量元素在磷灰石与玄武质硅酸盐熔体之间的分配系数，进而探讨压力、温度、成分对这些微量元素分配行为的影响。项目执行期间，共进行近两百次高压实验、获得有效样品八十余个，采集S大量EM照片、EMP分析数据、ICP-MS数据，最终获得不同温度、压力等条件下的微量元素分配系数，有效确定了相关微量元素在上地幔部分熔融而产生玄武岩过程中、在磷灰石及玄武质硅酸盐岩浆之间的分配行为。受本项目支持，已经发表学术论文14篇，其中国际SCI论文6篇、国内SCI论文3篇、中文核心论文2篇、其它论文3篇；另外有待发表论文两篇。项目执行期间，共培养大学生／硕士生／博士生八名（获得国家研究生奖学金四人＊次、北大优秀毕业生三人＊次、李四光优秀学生奖一人＊次）。