温度、压力和H2O对金红石/熔体Nb,Ta分配影响的实验研究

金红石是高级变质岩和榴辉岩中最常见的富含Nb,Ta副矿物；太古代TTG具有显著的Nb, Ta负异常和较低的Nb/Ta比值，广泛地认为是变质玄武岩部分熔融的产物。已有的实验表明金红石控制变质玄武岩部分熔融过程中Nb,Ta分配行为，是导致TTG岩浆Nb,Ta亏损必要残留矿物。然而，现有的金红石/熔体Nb,Ta分配系数资料不能完全合理解释TTG岩浆总体上相对于太古代地幔和MORB较低Nb/Ta这一特点，这暗示现有的金红石/熔体Nb, Ta分配知识可能是不完整的。我们注意到现有的金红石/熔体Nb, Ta分配实验条件并不完全覆盖TTG岩浆产生时的P-T-H2O条件，因此，开展温度、压力和H2O对金红石/熔体Nb,Ta分配影响的实验研究不仅可以完善金红石/熔体Nb,Ta分配系数知识，更重要地是有可能对TTG岩浆产生的具体条件提供实验约束，对熔体-地幔交代作用也有重要应用。

为充分理解岩浆过程中微量元素的地球化学行为，本项目系统开展了Nb, Ta Cu等在金红石、角闪石等矿物与中酸性熔体之间分配的实验研究。结果表明金红石/熔体D_Nb^ , D_Ta^ 和D_Nb^ /D_Ta^ 范围分别变化于17-246, 34-232和0.51-1.06之间。温度和H2O对金红石/熔体Nb Ta分配有明显的影响：D_Nb^ , D_Ta^ 和D_Nb^ /D_Ta^ 随温度降低和水含量减少而增加，导致D_Nb^ /D_Ta^ 从<1.0逆转到>1.0。部分熔融过程模拟结果表明榴辉岩中的残留金红石能够解释TTG岩石高度变化的Nb/Ta比值，特别是一些Nb/Ta很高（Nb/Ta>25）的TTG岩石只能由残留金红石来解释。角闪石/熔体的Nb Ta分配系数D_Nb^ 范围从0.16到0.90，D_Ta^ 从0.13到0.68，而D_Nb^ /D_Ta^ 从0.76到2.81；角闪石/熔体Nb Ta分配系数是温度、角闪石Mg#及熔体组成和熔体H2O含量的复杂函数；D_Nb^ 和D_Nb^ /D_Ta^ 与温度、角闪石Mg#和熔体H2O含量呈负相关，而与熔体组成(聚合度)呈正相关。实验结果表明只有少水的条件下岩浆结晶过程中角闪石才有高的D_Nb^ 和D_Nb^ /D_Ta^ ，当熔体H2O含量小于5%时，D_Nb^ 和D_Nb^ /D_Ta^ 分别大于0.35和1.2，此时角闪石足以导致岩浆中Nb/Ta比值的明显降低，而弧岩浆通常含水量在3-6 wt%，因此角闪石分异可以解释弧岩浆演化过程中Nb/Ta减小以及大陆壳的低Nb/Ta比值。模拟计算表明，Nb/Ta从岛弧玄武岩的15-16降低到总体大陆地壳12-13要求角闪石作为主要的结晶相，从而论证角闪石结晶分异是弧岩浆演化和大陆壳形成的根本过程。