碱性花岗岩的动力学氧同位素交换和流体流动几何学交换机制和平流冷却

翠花

　　上部地壳的低温热液系统中的矿物常常保存了不平衡同位素分馏，后者记录了受动力学限制的与流体的同位素交Wei，2000）从这些低温系统可以提取宝贵的有关同位素交换机制的信息但是，动力学交换模型（Gregory andCriss，1986）忽略了质量传输，因而，无法估价能够提供有关热液系统信息的空间数据。近年来国际上发展了一维流动模型（Bowmanetal.，1994）和二维流动模型（Cook Cartwright，1994），BarnettandBowman（1995）综合考虑流体流动和同位素交换，推导出了流动过程中同位素交换和质量传输的复合表达式。这一模型的优点在于它能有助于认识流体流动几何学、时间积分的流体通量、渗透率结构以及同位素交换机制。　　虽然耦合的质量传输和动力学限制的同位素交换模型已经被应用于环绕浅成岩体分布的|80亏损环带以及浅部正断层，该模型还没有被用来分析横穿一个侵入岩体的完整的于Damkohler数为0和无穷大的条件。不平衡、动力学同位素交换（即Damkohler数取有限值）代表了水岩相互作用的普遍和一般的模式。　　系统中动力学同位素交换条件下水的同位素组成的解：1953）所定义的贝塞尔函数是下列参数的函数0时，父换轨迹初始区段的斜率8以8与相对交换速率k，/k2成正比将（a）-（b）上北部边缘相样点列拟合线的斜率（分别为5.81和5.42）矿物的初始和平衡88O值代入（3）式，求得相对交换速率k石英/fe纹长石/k钠铁闪石=1/5.3/5.0根据定义N =/q，可知Nd石英/Ni条纹长石/Ni钠铁闪石=km Ik条纹长石I k钠铁闪石=1/5 3/5.0由于主体相和北部边缘相的3个矿物表现出相同的显微组构特征，暗示着相同的同位素交换机0假定为塔斯嘎克碱性花岗岩3个矿物的相对交换速率计算出闪石、石英、长石在400C温度下的自扩散系数分别为1.02　　氧同位素交换机制包括固态自扩散、管道扩散、溶解再Leeeta/.，1997）化学反应沿着碱性长石不连贯性出溶条带边界的氧的扩散（管道扩散）速率比在无晶格缺陷和连生体的区域的扩散（自扩散）提高了~104倍。假若晶格位错网络是相互连通的，管道扩散的净速率会更高。在次固相蚀变过程中，晶格当无量纲的流动长度f0无量纲时间f0时，交换轨迹的初始区段可以近乎线性地外推到岩浆温度下的平衡分s*8o石英-sl8条纹长石（a）和s*8石英-s*8c钠铁闪石（b）定量模拟图按照耦合的质量传输和动力学限制的同位素交换模型模拟十字、十字和方块分别表示北部边缘相和主体相的样品，符号大小表示分析误差范围图右上方的圆点代表在900°c温度下的初始同位素组成曲线代表在特定标准化流动长度Z的交换轨迹，交换轨迹上的短线表示标准化交换时限f计算的Damkohlerl数和大气降水的§l8值表示于图中前锋从晶体边缘往内部扩展（Leeetal.，1997），导致微组构的粗化以及流体包裹体和微孔隙的形成（Parsons，1978；Wordenetal.，1990）塔斯嘎克碱性花岗岩2个相带的石英、条纹长石的显微组构特征，说明氧同位素交换主要通过溶解-再沉淀和管道扩散机制进行。另一方面，大部分钠铁闪石是从霓辉石交代而成，说明钠铁闪石与大气降水的同位素交换是受化学反应驱动的。　　5.3定量模拟应用式（1）和（2）对包含3个矿物的岩石梳动系统求出数值解。求解结果给出于，其条件为：Nd石英/Nd条纹长石/ Nu钠铁闪石=1/5.3/5.0，X石英/X条纹长石/X钠铁闪石/X水=0.30/0.66/0.03/Q01，Ntt=10011个样点被2条交换轨迹包容。左轨迹的无量纲长度Z和无量纲时间f的值分别为0.601.40，具有相对较长的流动长度和交换时限；右轨迹的Z和f的值分别为0.010.07，具有短得多的流动长度和交换时限。北部边缘相的样品相对接近右轨迹，主体相的样品相对接近左轨迹北部边缘相样点列较陡的斜率以及石英、条纹长石较低的180亏损程度（（a）），可以归咎为与同位素组成未演化的短路径大气降水在较短时限内的相互作用。　　主体相较缓的样点列以及石英、条纹长石较高的180亏损程度（（a）），应归咎为与同位素组成演化了的长路径大气降水在较长时限内的相互作用。　　但是，2个相带的钠铁闪石样品表现出相同的180亏损程度。从霓辉石往钠铁闪石的转变是在一个较短的时限内完成的，因而，2个相带在流体岩石相互作用时限上的差异并没有造成钠铁闪石在180亏损程度上的差别。在（b）上，样品XG80分布于900.的分馏线之上，可能反映了不均一同位素交换（a）-（b）的模拟结果表明，大气降水从塔斯嘎克碱性花岗岩的北部边缘往主体相平流渗透。因而，北部边缘相的热量由于较冷的大气降水的渗透更加有效地排出，从而导致北部边缘相较高的冷凝速率往南，大气降水逐渐变热，岩体的冷凝速率逐渐变慢。这也从一个侧面解释了岩体周边热变质不发育、以及细粒结构相局限于岩体北部边缘的现象本研究表明，表层流体的平流渗透有效地将侵入岩体的热量排出，因而也是侵入岩体冷凝的一个重要机制。　　6结论流体―岩石相互作用在碱性花岗岩的次固相微组构重组织过程中发挥了重要作用。大气降水显著地介入了碱性长石的出溶、石英的变形、以及次生钠铁闪石的形成过程碱性花岗岩的微组构重组织与交代极大地便利了与大气降水的氧同位素交换，导致条纹长石和钠铁闪石S80值的降低。塔斯嘎克碱性花岗岩的相对交换速率常数k石英A条纹长b/k钠铁闪石素交换的根本驱动力在于矿物反应和微组构变化，以至于惰性的钠铁闪石和石英成为积极的快交换矿物。耦合的质量传输和动力学限制的同位素交换的定量模拟，重建了大气降水在塔斯嘎克岩体的流动几何学，即从北部边缘相往主体相流动或渗透。流动几何学与塔斯嘎克岩体结构相带的分布，说明循环大气降水的热量移出是侵入岩体冷却的重要机制山附中文