热梯度下玄武岩体系中元素的热迁移实验研究

温度梯度在地球、地质过程及岩浆过程中普遍存在，它对化学成分迁移的影响至今未受足够的重视。本项目拟使用活塞圆筒和冷封式高压釜设备，采取实验岩石学、矿物学、微量元素地球化学和热动力学相结合的方法，研究玄武岩体系中受热梯度驱动的主、微量元素的迁移行为，查明它们热迁移的模式，评估它们热迁移的能力；同时，确认压力和初始卤素（F、Cl）含量对热迁移模式和热迁移能力的影响。在此基础上探讨非平衡状态下主、微量元素的迁移、分配规律，评估元素热迁移在具有稳定的、持续的热梯度的地质过程中，乃至行星成分分异过程中可能的作用，为研究壳内和俯冲带元素分异机理提供制约。

温度梯度在地球、地质过程及岩浆过程中普遍存在，它对化学成分迁移的影响至今未受足够的重视。本项目使用活塞圆筒和冷封式高压釜设备，采取实验岩石学、矿物学、微量元素地球化学和热动力学相结合的方法，研究了玄武岩体系中受热梯度驱动的主、微量元素的迁移行为。在项目执行期间，申请人在国内率先建立起了实施热梯度实验的实验设备和实验方法，并获得了以下认识：（1）热迁移作用能造成玄武质体系中主量元素发生有规律迁移，其中在完全熔融玄武质体系中Si、K富集在低温端，Fe、Mg、Ca、P、Ti富集在高温端；而在部分熔融玄武质体系中总体呈现相反的效应，即Si、P富集在高温端，Fe、Mg、Ca、Na、Ti则富集在低温端。这暗示在岩浆过程中分离结晶对成分分异的作用大过热迁移的作用，因此利用主元素的变化特征来识别热迁移过程并不容易；（2）大多微量元素的热迁移作用受自身不相容程度控制，即不同微量元素在高温熔体端的富集度与不相容程度成正比；而高场强元素则相反。元素的迁移与熔体中F或Cl的变化并无相关性；（3）热迁移过程中高场强元素能发生分异，且这种分异具有明显的温度效应，即Nb/Ta和Zr/Hf总体随着温度降低，在低温端某处具有最低值。分异的程度与热梯度和热迁移作用的时间成正比，且幅度远远超过分离结晶作用。因此，高场强元素的热迁移属性可以作为岩浆和地质过程中热扩散作用的有效指示。