北大巴山紫阳-岚皋地区古生代碱性火山-侵入杂岩中的卤素体系（F-Cl-Br-I）研究

The study of volatiles (such as water and carbon) in earth have attracted a great deal of interests by many geologists in recent years. Halogen is one the most important constitutes of volatiles, it plays non-negligible roles in many geological processes, such as metal mineralization, partial melting, volcano degassing. However, our current knowledge on halogens in solid earth are extremely rare, particularly on some fundamental questions, e.g., the reservoir of halogens in earth's interior, the behavior of halogens during magmatism and so on. A suite of contemporaneous and cognate Paleozoic alkaline volcanic-intrusive complex are well developed in the North Dabashan region. The petrogenesis of these rocks have been well-studied in past decades and abundant petrological and traditional geochemical data have been published. As a result, we intend to comprehensively investigate the halogen variation in these alkaline rocks and their constituting minerals in this study. We aim to (1) better understand the behavior of halogens during alkaline magmatism; (2) constrain the distribution of halogens in mantle depth of South Qinling Orogen; and (3) shed new lights on the study of halogen reservoir and cycle worldwide.

近年来，地球深部的挥发分研究成为国际学术界关注的一个热点，卤族元素作为挥发分家族的重要成员之一，在深化成矿学、监控环境变化、反演岩浆形成等方面具有重要的研究意义。然而，目前人们对地球深部的卤素分布特征，岩浆作用过程中卤素的地球化学行为等方面的认识还非常有限。在南秦岭北大巴山地区出露一套同期同源的古生代双峰式碱性火山-侵入杂岩，该套岩系发育不同演化程度和结晶程度的多种岩石类型，出露对应的侵入相和喷出相，且具有较好的岩石学和常规地球化学研究基础。因此本项目拟选择该套杂岩作为主要研究对象，瞄准上述两个基本科学问题，通过系统对比研究该套岩石及组成矿物中的卤素含量变化，以弄清卤素在碱性岩浆作用过程中的迁移规律及影响因素，揭示南秦岭地区上地幔中的卤素丰度及赋存状态，为全球范围研究卤素的分布与循环提供新的资料。

卤族元素是挥发性元素家族的重要组成部分，在岩浆形成演化、金属富集成矿等地质过程中发挥着巨大作用，然而现阶段对于地球深部的卤素丰度和赋存状态以及各地质过程中卤素的地球化学行为了解甚为有限。本研究对南秦岭北大巴山紫阳-平利早古生代碱性杂岩的岩石类型、矿物组成、常规地球化学特征以及全岩和含卤素副矿物的卤素体系进行了系统研究。发现该套碱性岩石在时空分布上具有一致性且源区相同，主要由略亏损的岩石圈地幔部分熔融，经以结晶分异作用为主的岩浆过程形成。其中橄榄辉长岩最接近原始岩浆成分，且具有非常低的Cl-Br-I含量，指示岩浆源区即南秦岭地区的岩石圈地幔相对亏损这些卤素。氟元素含量从橄榄辉长岩经辉长辉绿岩、闪长岩到正长岩逐渐升高，表现出随岩浆分异作用在熔体中逐渐富集的趋势，Cl-Br-I则不明显，表明四者在岩浆演化过程中发生了明显分异。北大巴山碱性岩类普遍富集Nb-Ta-Zr-Hf等高场强元素，并在正长岩中出现了明显Nb矿化。研究发现伴随Nb等高场强元素增高，岩石中的F同步增高，暗示氟在稀有金属成矿过程中发挥了重要作用，可能通过结合金属阳离子形成络合物增加了其在岩浆中的溶解度并最终伴随烧绿石、榍石等富Nb和F的矿物的结晶而沉淀下来。北大巴山碱性岩中普遍发育同时含Nb和F的榍石，其同步记录了两元素的正相关关系，并指示出岩浆和热液两期富集过程。对其它地区花岗岩卤素体系的对比研究进一步表明，含卤素矿物往往表现出与全岩卤素规律一致的变化。高场强元素Nb、Ta、Zr、Hf等在花岗岩体系中同样表现出与F的正相关性，此外岩石中F含量的增高可以有效减低岩浆的粘度（估算值）。对非洲摩洛哥碱性杂岩主要含卤素矿物的卤素体系对比研究进一步发现，矿物中的氟含量亦与岩浆演化程度有关，演化程度最高的矿物F含量也是最高的。相反，Cl和Br主要赋存在黑云母和角闪石中，后期流体作用对于Cl-Br的富集和分异往往具有重要影响。