文章来源：地质与地球物理研究所
元素在矿物和熔浆之间的分配系数是定性、定量了解元素地球化学行为的基本参数。单斜辉石是上部地幔和地壳岩石中常见的造岩矿物。随着微区原位分析技术的进展，单斜辉石的微区成分越来越多地被用于探究相关的熔体/流体性质及地质过程。已有的实验研究表明，在聚合度低的熔浆中，单斜辉石/岩浆之间的元素分配系数主要受矿物成分控制；在聚合度高的熔浆中，分配系数主要受熔体成分/结构控制。由于分配系数是温度、压力、氧逸度和体系成分的函数，因此，体系成分对分配系数的影响主要通过实验在温度、压力、氧逸度确定的条件下予以观察，而天然条件中岩浆成分演变对分配系数发生影响的研究比较缺乏。
中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化研究室前寒武纪学科组副研究员钱青及合作者通过对华北中生代高镁闪长岩的细致研究，观察到在橄榄石与低镁闪长质岩浆反应过程中，单斜辉石/岩浆之间元素分配系数受矿物成分、熔体成分的交替控制影响（图1，2，3）。其具体体现在：橄榄石的溶解导致岩浆Mg含量升高，岩浆聚合度降低，同时单斜辉石形成高Mg成分环带，此时REE、锆（Zr）、铪（Hf）的分配系数主要受单斜辉石成分（四配位Al）控制，分配系数与Al（Ⅳ）呈正比；而在橄榄石与岩浆反应的前后，岩浆Mg含量较低，聚合度较高，分配系数受到熔体成分控制，致使REE、锆（Zr）、铪（Hf）的分配系数较镁岩浆-辉石体系提高一个数量级以上。
在岩浆-橄榄石反应过程中，钛（Ti）的分配始终受辉石成分控制，锂（Li）、锶（Sr）的分配基本不受辉石-熔体成分改变的影响。由于REE、锶（Sr）的分配系数对矿物-岩浆成分改变的不同响应，在岩浆不具锶（Sr）负异常特征的情况下，在单斜辉石环带中形成锶（Sr）相对于REE不同程度的负异常。此外，由于矿物和熔体成分对分配系数的影响，在低镁闪长质岩浆中仅溶解少量（<13 %）橄榄石，就导致单斜辉石中REE、钇（Y）、锆（Zr）、铪（Hf）、钪（Sc）、钛（Ti）等元素含量发生3-4倍乃至一个数量级以上的变化，形成“倍增”效应。
上述观察或有助于理解单斜辉石/岩浆之间不同价态元素的分配系数随岩浆成分演变的规律以及解译结晶岩及地幔橄榄岩中单斜辉石成分所蕴含的熔体成分特征等地质信息。这一研究成果近期发表在国际地球化学专业期刊Chemical Geology 上（Qian et al. Variations of clinopyroxene/melt element partitioning during assimilation of olivine/peridotite by low-Mg diorite magma. Chemical Geology, 2015, 419: 36-54）。
图1 闪长质岩浆与橄榄岩反应形成富镁的单斜辉石成分环带（左），高镁和低镁单斜辉石环带/岩浆之间不同价态元素的分配系数发生不同程度的变化（右）。
图2 单斜辉石成分环带/岩浆分配系数与辉石四配位Al含量的协变关系（右）；岩浆与橄榄岩反应过程中，REE、Sr分配系数发生不同程度的变化，导致REE/Sr不同程度的分馏（左）。
图3 闪长质岩浆-橄榄岩反应过程中，岩浆的聚合度与Mg含量关系的简单模拟计算。当NBO/T（岩浆聚合度指数）高于某一阀值，分配系数主要受矿物成分控制；低于该阀值，分配系数主要受岩浆成分（结构）控制。
