实验测定fO2对U-Th在石榴子石和熔体间分配系数的影响
摘要
本文实验测量了fO2在石墨-CO(CCO),MnO-Mn304(MM)和磁铁矿-赤铁矿(HM)外置缓冲剂的控制下,U-Th和稀土元素在石榴子石和含水熔体间的分配系数。实验选取不含铁的玄武质熔体作为初始物料,在瑞士联邦苏黎世高等理工的活塞圆筒压机中完成,压力在3GPa,温度为1185℃到1230℃。实验生成了直径超过50微米的石榴子石晶体和淬火的熔体。微量元素在中科院地质与地球物理所的离子探针实验室用CAMECA1280和在西北大学用LA-ICP-MS测量。用离子探针得到的元素含量比LA-ICP-MS系统偏低,但是二者测定的元素分配系数在误差范围内一致。总的来说,从CCO到HM,Th在石榴子石和熔体之间的分配系数几乎不变(~0.005),而U的分配系数则从0.022减小到0.005左右,Th/U的分配系数比值随着氧逸度升高而升高近3倍。文献中单斜辉石U分配系数则对fO2敏感很多,可以变化超过100倍。通过一个简单的热力学模型,预测在地幔楔可能的fO2下(~NNO),石榴子石中U仍然比Th更加相容。因此部分熔融时如果石榴子石残留在地幔楔的源区,熔体中仍然具有230Th过剩。但是在尖晶石橄榄岩熔融而单斜辉石控制U-Th分异的区域,较高的fO2下U比Th更加不相容,此时熔体可以产生238U过剩。综上所述,本研究证明了fO2对U-Th分配系数的控制,由此推论岛弧岩浆岩中的238U-230Th不平衡可以由地幔楔在不同fO2和深度下的部分熔融产生,不一定由来自俯冲板块富集U的流体交代地幔而直接产生。