2017, Vol. 33
2. 南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室, 南京大学地球科学与工程学院, 南京 210023
2. State Key Laboratory for Mineral Deposits Research, School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210023, China
地幔橄榄岩捕掳体是我们了解地幔的主要信息来源之一。通常认为这些橄榄岩捕掳体被岩浆迅速地带至地表而很少或没有经历过改造。地幔橄榄岩捕掳体中的单斜辉石和尖晶石常发育筛状边，这种特征的岩相学现象一般被解释为地幔事件，如单纯的减压熔融(Su et al., 2011)、流体交代诱发的熔融(Carpenter et al., 2002)、地幔交代(Franz and Wirth, 1997; Coltorti et al., 1999; Bonadiman et al., 2005)。然而，Shaw and Edgar (1997)、Shaw et al. (2006)则把筛状边的形成归因于捕掳体被岩浆捕获以后与岩浆的相互反应。因此，地幔橄榄岩捕掳体中矿物筛状边的成因还存在广泛的争议。本文以山东无棣大山和栖霞方山碱性玄武岩中的橄榄岩捕掳体为例，通过详细的岩相学观察和电子探针分析，提出尖晶石的筛状边是寄主岩浆渗入引起的溶解反应生成的。
2 地质背景及样品特征无棣大山位于山东省无棣县县城北部约35km处，地处郯庐断裂带西侧，是山东最年轻的新生代火山，K-Ar年龄不大于1Ma (0.55~0.86Ma, 陈道公和彭子成, 1985; 0.33Ma, 王慧芬等, 1988)。栖霞方山是山东最重要的地幔捕掳体产地之一，位于栖霞西南约8km处，K-Ar年龄在6Ma左右(陈道公和彭子成, 1985; 金隆裕, 1985)。两座火山的熔岩主要为强碱性的霞石岩，均含有橄榄岩捕掳体。霞石岩为暗褐色，斑状结构，斑晶主要为自形-半自形的橄榄石和他形的钛磁铁矿，基质由微粒矿物(橄榄石、霞石和钛磁铁矿)和玻璃组成。常见橄榄石和尖晶石捕虏晶。橄榄石捕虏晶在BSE图像上具有明显的核幔结构，核部较边部亮；尖晶石捕虏晶普遍可见黑色的包裹边。霞石岩以富碱、TiO2和FeOT，贫SiO2、Al2O3为特征，被认为是碳酸盐化的软流圈地幔经历低程度熔融的产物(Zeng et al., 2010)。
无棣大山的橄榄岩捕掳体较小，直径一般在3cm以下。栖霞方山的橄榄岩捕掳体较大，直径可达几十厘米。捕掳体岩性主要为尖晶石二辉橄榄岩，少量为纯橄岩。捕掳体主要矿物为橄榄石和斜方辉石，次要矿物为单斜辉石，以及少量的尖晶石。捕掳体边缘的橄榄石靠寄主岩一侧常发育反应边，反应边具有较低的Fo值(69~85)，与岩浆中的橄榄石斑晶成分一致(Fo 69~85)，而明显低于捕掳体内部橄榄石的Fo值(89~92)。捕掳体内部的橄榄石未见明显反应边。单斜辉石常见各种反应边，包括筛状边。在较大的捕掳体中，核部的斜方辉石保存完整，边部的斜方辉石已部分分解为细粒橄榄石、单斜辉石和富硅玻璃组成的集合体。这些次生细粒橄榄石的Fo值(90~96)比捕掳体中原生橄榄石的Fo值(89~92)还高。较小(直径几厘米)的捕掳体中未见斜方辉石，但常见由细粒橄榄石、单斜辉石和富硅玻璃组成的集合体，可能是斜方辉石解体的产物。尖晶石镜下为红褐色，普遍发育黑色的包裹边。包裹边宽度不一，最宽可达200μm。
3 尖晶石的两种反应边将捕掳体制成标准探针片，然后进行微区原位主量元素分析和BSE图像拍照。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的JXA-8100M型电子探针上完成。测试的加速电压为15kV，束流为20nA，束斑直径为1μm。首先对薄片进行BSE图像分析，以观察尖晶石的结构特征。然后根据尖晶石颗粒的大小选择适当的间距，分析尖晶石不同部位的成分，以观察尖晶石核部与边部的成分变化特征。
在BSE图像上，尖晶石的黑色包裹边在结构上差别很大，据此将其进一步分为两种：均一边和筛状边。
3.1 均一边在BSE图像上，尖晶石捕掳晶常见核-幔结构，即尖晶石的核部颜色较暗，而边缘较亮(称作均一边)，二者具有清晰的界限(图 1a)。尖晶石的核部较小且多呈圆或椭圆形，均一边环绕着核部，厚度变化在10μm到100μm之间。均一边还普遍发育裂理，但这种裂理只发育于均一边部分而不穿进尖晶石的核部(图 1a)。有时，均一边中含有少量熔体包裹体。位于橄榄岩捕虏体边缘的尖晶石也多发育均一边，均一边存在于尖晶石与岩浆接触的一侧(图 1b)。
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图 1 尖晶石的各种反应边(背散射电子图像) (a)尖晶石捕虏晶发育均一边，样号QJFS-X08；(b)橄榄岩捕掳体边缘的尖晶石靠近寄主岩一侧发育均一边，样号JSS-X01；(c)过渡类型的尖晶石筛状边，样号QJFS-X03，其中1、2、3代表 3个分析点，其成分在图 4和图 5中标示；(d)与细粒矿物集合体接触的尖晶石筛状边更为发育，与其他矿物接触的未发育或筛状边很窄，样号QJFS-X12.矿物代号：ol-橄榄石；cpx-单斜辉石；sp-尖晶石；SR-筛状边(sieve-textured rim)；HR-均一边(homogeneous rim)；JSS-大山；QJFS-乔家方山；Host-寄主岩 Fig. 1 Reaction rims of spinel (back-scattered electron images) |
尖晶石核部的成分均一，只在与均一边接触处有微小的成分变化。根据尖晶石的核部成分来看，样品中的尖晶石可以分为两类(表 1)：一类相对富Cr2O3(28.36%~36.75%)、FeOT(15.55%~27.46%)而MgO (9.30%~16.44%)、Al2O3(28.33%~38.62%)含量相对较少，Cr#值和Mg#值分别为33.3~44.6和42.7~70.4；另一类相对富Al2O3(40.39%~61.29%)、MgO (10.63%~20.44%)而FeOT(10.38%~22.29%)、Cr2O3(7.35%~21.92%)含量相对较少，Cr#值和Mg#值分别为7.7~26.1和46.3~79.3。两种尖晶石核部的TiO2含量都非常低( < 0.53%)。
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表 1 山东无棣大山和栖霞方山地幔尖晶石的电子探针成分(wt%) Table 1 Major element contents of mantle spinels from nephelinites of Dashan and Fangshan (wt%) |
与核部相比，均一边具有高的TiO2(6.79%~20.90%)、FeOT(53.92%~75.21%)含量，而Al2O3(0.04%~16.34%)含量很低，两者之间显示了成分的突变(图 2a)。同时，均一边本身的成分也是不均一的，由外至内存在成分梯度，表现为TiO2、FeOT含量逐渐降低，Al2O3、Cr2O3、MgO含量逐渐升高(图 2a)。均一边最外部的组成与寄主岩中的钛磁铁矿成分接近。
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图 2 尖晶石各种反应边的成分剖面 (a)橄榄岩捕掳体边缘尖晶石均一边的成分剖面，核部成分均一，均一边从外至内TiO2、FeOT含量逐渐降低，Al2O3、Cr2O3、MgO含量增加，样号QJFS-XO4；(b)橄榄岩捕掳体内尖晶石筛状边的成分剖面，筛状边尖晶石具有高度的Cr2O3富集和Al2O3亏损，筛状边外部的这种富集亏损相对不明显而TiO2、FeOT含量较高，样号QJFS-X09；(c)橄榄岩捕掳体边缘具有筛状边结构和均一边成分特征的尖晶石的成分剖面，样号JSS-X04-2.矿物代号同图 1 Fig. 2 Compositional profile of reaction zone of spinel |
尖晶石筛状边宽10~200μm，由许多或孤立或相互连接的小颗粒尖晶石组成。筛状边整体呈多孔状，且由外至内孔隙量增大、颗粒减小(图 1c)。发育筛状边的尖晶石多出现于捕掳体内部，在捕掳晶中也有少量发现。
发育筛状边的尖晶石的核部与发育均一边的尖晶石的核部一样，在成分上都是均一的，变化范围也都是一致的(表 1)。与核部相比，筛状边中的小颗粒尖晶石最明显的成分特征是：高度富集Cr2O3(27.06%~65.96%)和高度亏损Al2O3(2.06%~8.85%)。另外筛状边的TiO2(0.20%~3.60%)、FeOT(13.36%~58.95%)含量也都明显高于核部(TiO2=0.00%~0.53%、FeOT=11.12%~26.00%)，而MgO (2.84%~15.05%)较核部(MgO=11.37%~19.27%)则明显亏损(图 3b)。因此，筛状边相对核部(Cr#=7.80~44.20，Mg#=44.70~74.48)具有高的Cr#值(78.97~92.49)和低的Mg#值(17.22~43.02)。值得注意的是，图 2b中的尖晶石筛状边显示了多阶段性，筛状边的内、外侧在结构和成分上均存在显著差异：结构上，筛状边外侧的颗粒相对筛状边内部的颗粒大；成分上，筛状边外侧的Cr2O3(44.8%~46.03%)富集程度和Al2O3(18.34%~18.85%)亏损程度相对筛状边内侧(Cr2O3=63.18%~65.96%、Al2O3=3.93%~5.42%)都较弱，TiO2(0.69%~0.96%)、FeOT(19.64%~19.73%)含量则明显高于筛状边内侧(TiO2=0.20%~0.24%、FeOT=13.36%~14.46%)和尖晶石核部(TiO2=0.00%~0.05%、FeOT=16.58%~17.41%)。与筛状边直接接触处常见富Al2O3(8.00%~17.57%)和MgO (17.89%~26.02%)的硅酸盐玻璃(图 1d、图 2b、表 2)。
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图 3 尖晶石共存反应边的成分剖面 (a)橄榄岩捕掳体边缘兼具均一边和筛状边的尖晶石的成分剖面，其中筛状边外部的成分组成介于均一边和内部筛状边之间，样号QJFS-X02；(b)筛状边与均一边的过渡和共存，均一边与筛状边显示了各自的特征，但二者在成分上是突变的，样号QJFS-X07.矿物代号同图 1 Fig. 3 Compositional profile of the composite reaction zone of spinel |
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表 2 山东无棣大山和栖霞方山中霞石和玻璃成分(wt%) Table 2 Major elements of nepheline and glass from Dashan and Fangshan (wt%) |
从图 1c中的尖晶石中可以看到，同一粒尖晶石的筛状边在空间上也存在结构和成分上的不均一现象。与位置3处相比，位置2处的尖晶石颗粒相对大一些，孔洞小一些。在BSE图像上，位置2处的矿物颗粒暗一些，在成分上(Cr#=43.16，Mg#=63.70)更接近尖晶石核部(Cr#=33.40，Mg#=70.82)，而与位置3处的成分(Cr#=88.51，Mg#=43.02)区别很大。因此，从核部(位置1)到筛状边位置2再到位置3，Cr#值递增，Mg#值递减，TiO2含量递增(0.19%→2.09%→2.73%)(图 4、图 5)。
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图 4 尖晶石各部位的Cr#-TiO2和FeOT-TiO2相关图 图中点1、2、3为图 1c中所示位置，详见文中描述 Fig. 4 Plots of Cr# and FeOT vs. TiO2 showing compositional change of spinel |
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图 5 尖晶石各部位的Cr#-Mg#相关图 部分熔融过程中尖晶石Cr#-Mg#变化趋势李建平等(1995).图中点1、2、3为图 1c中所示位置，详见文中描述 Fig. 5 Plot of Cr# vs. Mg# showing compositional change of spinel |
尖晶石筛状边和均一边的分类是基于其结构特征的。但也存在一些过渡类型，它们或者是在同一粒尖晶石中同时发育均一边和筛状边，或者是同时具有筛状边的结构和均一边的成分。以下我们以3粒尖晶石为例详细描述这些我们称之为过渡类型的反应边。
1) QJFS-X02(图 3a)捕掳体边部的尖晶石。与寄主岩直接接触的部位发育均一边，向内逐渐过渡到筛状边。我们沿均一边→核部和均一边→筛状边分别做了两个成分剖面。均一边→核部剖面的成分变化趋势与其它发育均一边的尖晶石的成分变化趋势相同。均一边→筛状边成分剖面的变化规律为FeOT含量逐渐降低(70.12%~43.31%)，Cr2O3含量逐渐增加(11.01%~39.34%)，而MgO、Al2O3含量都很低且变化不明显( < 10%)。与其它具有筛状边的尖晶石一样，该尖晶石的筛状边相对其核部(Cr#=14.72，Mg#=74.48)具有高得多的Cr#值(79.97~92.49)和低得多的Mg#值(17.22~41.90)(表 1)。值得注意的是，该尖晶石筛状边中内侧的FeOT含量(43.31%~53.60%)还高于其他的尖晶石筛状边(13.36%~42.08%)，同时Cr2O3含量(30.78%~39.34%)却低于其他的尖晶石筛状边(44.80%~65.96%)。在该筛状边中包裹有霞石(表 2)。
2) QJFS-X07(图 3b)捕掳体边部的尖晶石。与寄主岩直接接触一侧为均一边，然后向内部依次过渡到筛状边和核部，从均一边→筛状边为逐渐过渡关系；而该颗粒位于捕掳体内部一侧则只发育筛状边。该尖晶石的筛状边与其它尖晶石的筛状边一样，以相对核部富Cr2O3(48.00%~52.53%)贫Al2O3(5.32%~7.22%)为特征。此外，筛状边相对核部(Cr#=44.20，Mg#=56.85)具有高得多的Cr#值(82.99~85.83)和低得多的Mg#值(25.71~38.68)。该尖晶石的均一边与其它尖晶石的均一边一样，以富TiO2(12.53%~18.80%)和FeOT(67.37%~73.38%)为特征。
3) JSS-X04-1(图 2c)捕掳体边部的尖晶石。靠寄主岩一侧发育筛状边，但筛状边的成分特征却类似于均一边。其成分剖面上表现为：边部富TiO2(3.92%~5.26%)、FeOT(65.33%~68.22%)，而贫Al2O3(4.71%~12.12%)。核部与边部的成分突变，但两者的Cr2O3(边部与核部分别为7.45%~8.06%和7.35%~7.73%)含量相差甚微。另外该筛状边在结构上的一个特点是：尖晶石筛状边的最外部已经连接在一起。
4 成因讨论地幔尖晶石筛状边的成因主要有三种观点：地幔交代、部分熔融和与寄主岩相互反应(Bonadiman et al., 2005; Carpenter et al., 2002; Coltorti et al., 1999; Franz and Wirth, 1997; Shaw and Dingwell, 2008; Shaw and Edgar, 1997; Su et al., 2011)。Bonadiman et al. (2005)认为筛状边是地幔流体交代的结果，并通过对比橄榄岩捕掳体中原生矿物与次生矿物的成分差异，同时考虑了富K硅酸盐玻璃的存在，利用质量平衡计算得出交代反应流体为金伯利岩质流体。Carpenter et al. (2002)认为熔体囊与筛状边的密切关系说明二者之间存在成因联系，同时结合矿物成分研究确定筛状边为熔体渗透诱导的部分熔融所致。Su et al. (2011)观察到发育筛状边的矿物保存良好的轮廓和清晰的矿物边界，因此认为矿物未与熔体/岩浆发生作用，并通过边部与核部的成分对比得出减压熔融的结论。Shaw and Edgar (1997)、Shaw et al. (2006)及Shaw and Dingwell (2008)则把筛状边的形成归因于捕掳体被岩浆捕获以后与岩浆的相互反应。
我们的观察还发现，并非所有尖晶石颗粒均发育了反应边。大山捕掳体较小，其中的尖晶石颗粒均发育反应边，然而位于栖霞方山一些较大捕掳体中心部位的尖晶石未见发育任何反应边。
4.1 尖晶石筛状边的成因：部分熔融？在地幔橄榄岩部分熔融过程中，尖晶石的Al2O3将进入熔体而Cr2O3倾向于留在残留尖晶石中，因此尖晶石的Cr#值是判别橄榄岩部分熔融程度的最重要标志(李建平等, 1995, 1996)，而Cr#值的增大代表部分熔融程度的增加(Dick and Bullen, 1984; 李建平等, 1995)。本文所报道的地幔尖晶石中，筛状边的Cr2O3含量和Cr#值一般远高于尖晶石核部的Cr2O3含量和Cr#值(图 4a、图 5)，似乎支持尖晶石筛状边是部分熔融成因的观点。
但是，在橄榄岩部分熔融过程中，尖晶石的成分变化不仅仅表现在Cr-Al之间的成分调整。Ti、Mn和Fe对于尖晶石同样是不相容元素，因此在部分熔融过程中也倾向于进入玄武质熔体(Jaques and Green, 1980; 李建平等, 1995, 1996)。所以，部分熔融不仅会导致尖晶石Cr#值的增大，还将增大其Mg#值(图 5)，降低其FeO、TiO2和MnO的含量。然而，本文所报道的地幔尖晶石筛状边部分却相对其核部具有高得多的FeO、TiO2、MnO含量(图 4和表 1)和偏低的Mg#值(图 5)，这显然无法用地幔岩部分熔融来解释。值得注意的是，尖晶石筛状边TiO2含量偏高的现象同样见于其他报道中(Shaw and Edgar, 1997; Su et al., 2011)。同时，部分熔融更无法解释过渡类型尖晶石(QJFS-X02)中筛状边从外至内显示了逐渐增加的Cr2O3含量(图 3a)。因为如果是部分熔融，那么同一颗尖晶石的筛状边应具有相等的熔融程度，其Cr2O3含量应该相差无几，然而我们的分析结果显示该尖晶石筛状边外部与内部的含量相差达26.71%，外部具有更低Cr2O3的含量。类似地，图 2b所示的尖晶石筛状边显示了多阶段性，如果是部分熔融，那么筛状边外部的熔融程度应比内部更高，相应应该具有更高的Cr2O3，这与我们的分析结果也是相反的。另外，部分熔融也无法解释反应边的一些结构特征，例如图 2b, c中筛状边的外部已经连接在一起，结构上已开始向均一边发展。部分熔融可以视为一种结构破坏性的作用，即该过程只能将完好的矿物分解成破碎颗粒，而不可能再将破碎的颗粒连接起来。
4.2 尖晶石均一边的成因发育均一边的尖晶石都存在于与寄主岩直接接触的环境下，包括寄主岩中的尖晶石捕虏晶(图 1a)和捕掳体边缘靠寄主岩一侧的尖晶石(图 1b、图 2a)，因此尖晶石均一边的形成与寄主岩的影响直接相关。该地区的强碱性玄武岩不仅富集绝大多数不相容元素，而且具有强烈的K、Hf、Ti负异常和偏高的Ca/Al比，即具有明显的幔源碳酸岩的地球化学“印记”，说明其源区为碳酸盐化的软流圈地幔(Zeng et al., 2010)。这种来自软流圈地幔的岩浆与来自岩石圈地幔的捕掳体之间成分上高度不平衡。当捕掳体被寄主岩浆捕获后，两者之间容易发生反应(张宏福等, 2004; Schilling et al., 2005; Shaw et al., 2006; Maiwa et al., 2003; Putnis, 2009)。因此，尖晶石均一边的形成是其与寄主岩浆反应的结果。成分不平衡引起的岩浆与尖晶石之间的反应可以是化学扩散，也可以是化学溶解。尖晶石的核部在成分上是均一的，而均一边与其核部在成分上却是突变的，没有扩散带的(图 2a)，这说明岩浆对尖晶石的溶解速度要快于扩散速度(Liang, 2000)，即反应是在溶解的形式下进行的。尖晶石捕虏晶的残留核多以圆形或椭圆形的溶蚀形貌为主，粒径也较小(图 1a)，这些现象都支持化学溶解的成因解释。
尖晶石均一边的最外部特别富集TiO2和FeOT，成分上接近寄主岩中的钛磁铁矿，这说明均一边的形成可能是一种溶解再结晶的机制。Putnis (2009)对这种机制做了详细的总结，认为当熔体与固体接触时，只要成分上存在不平衡便会有溶解沉淀作用的发生。溶解作用只在最开始的阶段是一致的，但是很快便将发生成核作用(Maiwa et al., 2003)。均一边中可见霞石包裹体(图 3a, b、表 2), 霞石的存在是寄主岩浆参与反应的直接证据。成核作用的速度取决于反应物和生成物之间的晶体结构联系和相对溶解度差异(Putnis, 2009)。岩浆溶解尖晶石的同时，被溶解的物质向外搬运并与岩浆混合，即对流性溶解(Liang, 2000)。新的混合熔体中达到饱和的矿物将会结晶成核。混合熔体中成分的对流和矿物的结晶使得溶解界面上的混合熔体成分不断变化，这也就是均一边从外至内成分上逐渐变化的原因。由于反应物和生成物在体积上不同，由此产生的压力导致均一边发育裂理(图 1a)。在此过程中岩浆起着至关重要的作用，它向新生矿物提供TiO2、FeOT的同时也将被溶解的Cr2O3、Al2O3和MgO向外搬运，因此该过程的完整机制应是溶解-搬运-沉淀。参与反应的岩浆成分、浓度(影响物质交换速度)、数量和时间是影响反应的重要因素，其中反应界面上的熔体成分尤其重要(Putnis, 2009)。
4.3 尖晶石筛状边与均一边的成因联系山东地幔尖晶石中存在多种过渡类型反应边，这些过渡类型反应边可同时具有筛状边和均一边的特征。它们或同时具有均一边的典型成分特征和筛状边的典型结构特征(图 2c)，或筛状边和均一边在同一颗尖晶石中共存(图 3a, b)，这些过渡特征暗示了筛状边和均一边存在紧密的成因联系，二者可能是同一作用在不同阶段(不同程度)的产物。
在图 3a所示的兼具均一边和筛状边的尖晶石中，筛状边区域发现有霞石，霞石的存在是寄主岩浆(霞石岩)参与反应的直接证据。在该尖晶石中，筛状边只沿矿物边界发育，均一边也只存在于与寄主岩接触一侧。图 2a也显示了同样的特征，同一粒尖晶石中位于捕掳体内部者发育筛状边，与寄主岩接触部分发育均一边。这与筛状边和均一边在整个捕掳体中的空间分布特征也是相似的，即筛状边一般不直接与寄主岩直接接触，均一边则相反。图 3a中尖晶石的筛状边在成分上的变化特征(d2-d2’)主要表现为FeOT和Cr2O3之间的此消彼长，即体现了受岩浆平衡作用影响的程度，这一点类似于均一边的成分分带。该尖晶石筛状边的外侧在结构和成分上都已经接近同粒尖晶石的均一边，如果有岩浆的持续加入，推测整个筛状边在结构和成分上最终也将逐渐发展为均一边。
Putnis et al. (2005)通过KCl溶液对KBr晶体的溶解反应实验展示了溶解反应的成分结构特征。溶解反应过程中，由于反应物和生成物在摩尔体积和相对溶解度上的差异，在被溶解晶体的边部将显示多孔性。然而这种多孔性只是反应的一个过渡阶段，随着反应的继续发展，外部的小孔将最先生长变粗，最终多孔性也将消失，而在此过程中会有残留熔体被捕掳。这些特征和我们样品中所观察到的现象是相似的。捕掳体被岩浆捕获后，由于成分上的不平衡，岩浆将与捕掳体边缘的尖晶石发生溶解反应并最终生成均一边(图 1b、图 2a)。岩浆同时也将渗透进捕掳体，由于岩浆渗透的量有限因此渗透的岩浆与捕掳体内部尖晶石之间的反应也将限于早期阶段。溶解反应的最初便会产生孔洞(图 1c位置2)，即边部在结构上已经属于筛状边，孔洞的出现也将便于岩浆的渗进溶解；而成分上，岩浆和尖晶石的成分不平衡将导致两者之间成分的交换。Cr有着稳定尖晶石的作用，它在尖晶石中也是最为稳定的元素(李建平等, 1996)。在寄主岩浆与尖晶石的溶解反应中，Al2O3和MgO更容易进入岩浆(Brearley and Scarfe, 1986)，同时岩浆中的TiO2、FeO将交换进入残留的尖晶石中。筛状边附近存在富Al2O3和MgO的玻璃也支持该解释。
参与反应的熔体的量对熔体-尖晶石反应的程度起着重要作用(Putnis et al., 2005)。筛状边是岩浆与尖晶石反应的最初阶段，因为渗透进捕掳体中的岩浆有限。如果筛状边能持续的有岩浆的加入，则溶解反应会持续进行，将出现样品中所描述的过渡类型(图 2c、图 3a, b)。岩浆的持续加入将使尖晶石的溶解更为彻底，尖晶石中的Cr最终也将进入岩浆，则反应边在成分上将整体呈现被岩浆平衡的特征(图 2c)。图 2c中的尖晶石反应边在结构上却依然为筛状边，说明反应边在成分上将先达到平衡。筛状边结构只是溶解反应过程中的一个暂时现象，图 2c中尖晶石筛状边的最外部已经连接为均一边，图 3a, b中尖晶石也从外至内逐渐向均一边演化。如果给予足够的岩浆和时间，这些筛状边最终也将发展成均一边。因此筛状边和均一边是岩浆与尖晶石反应的不同阶段的产物，筛状边是有限熔体参与下反应不充分的产物，均一边则是熔体与尖晶石反应的最终产物。
5 结论(1)山东无棣大山和栖霞方山地幔橄榄岩捕掳体中的尖晶石普遍发育黑色反应边。在BSE图像上，这些黑色反应边根据其结构上的差异可以进一步分为筛状边和均一边。其中发育筛状边的尖晶石多位于捕掳体内部，而发育均一边的尖晶石都与寄主岩直接接触。
(2)筛状边与均一边是岩浆与尖晶石反应不同阶段的产物。捕掳体被岩浆捕获后由于成分上的不平衡，岩浆与尖晶石之间将发生溶解反应。溶解过程中，岩浆提供TiO2、FeOT的同时也将被溶解的尖晶石向外搬运，混合熔体中达到饱和的矿物将结晶成核。熔体中成分的对流和矿物的结晶使得溶解界面上的混合熔体成分不断变化，表现为均一边存在成分梯度。由于渗进捕掳体中的岩浆有限，渗透岩浆与捕掳体内部尖晶石之间的反应多限于早期阶段，在结构上表现为筛状边，在成分上表现为TiO2、FeOT、Cr2O3的增加。
(3)参与反应的岩浆的量对岩浆与尖晶石之间反应程度的制约起着关键的作用，如果持续有岩浆的加入，则筛状边尖晶石中的Cr也将溶进岩浆，而结构上最终会发育成均一边。
致谢 张文兰在电子探针测试过程中给予了指导；写作过程中蔡元峰提供了非常有价值的建议；曾罡和刘吉强一起参加了野外工作；两位匿名审稿人提供了有价值的建议；在此一并致谢！| [] | Bonadiman C, Beccaluva L, Coltorti M, Siena F. 2005. Kimberlite-like metasomatism and 'garnet signature' in spinel-peridotite xenoliths from Sal, Cape Verde Archipelago:Relics of a subcontinental mantle domain within the Atlantic Oceanic lithosphere. Journal of Petrology , 46 (12) :2465–2493. DOI:10.1093/petrology/egi061 |
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