氧逸度对微量元素在石榴子石、单斜辉石和硅酸盐熔体间分配系数的影响

虽然文献中已大量发表微量元素在石榴子石－单斜辉石－熔体间的分配系数数据，但是这些工作主要是关于矿物成分对分配系数的控制，目前仍然缺乏关于氧逸度对多价态微量元素（例如U和Eu）分配系数影响的实验工作。本项目拟测定在石墨－CO、MnO－Mn3O4和赤铁矿－磁铁矿等三个氧逸度缓冲剂的平衡下，U－Th、Eu以及其它稀土元素在石榴子石－单斜辉石－熔体间的分配系数，查明多价态元素相对单价态元素的分配系数随氧逸度变化的规律，建立U分配系数随氧逸度变化的经验公式。本项目预测U－Th分配系数的比值随氧逸度升高而降低，如果在地幔楔的高氧逸度下U比Th更不相容，部分熔融也可以产生岛弧岩浆岩中的238U相对230Th的过剩，并不需要近期富U流体的加入，这将极大的促进我们对俯冲带岩浆作用时间尺度和过程的理解。因为Eu相对相邻稀土元素的分配系数变化也是氧逸度的函数，本研究还可对岩石矿物样品的Eu异常成因提供实验制约。

对氧逸度敏感的元素在矿物和熔体之间的分馏和氧逸度的变化相关。本项目利用高温高压实验，来测量氧逸度对U, Th, REE, Zr, Hf, Nb, Ta等元素在石榴子石和硅酸盐熔体之间分配系数的影响。实验利用活塞圆筒压机，压强为3 GPa，温度为1185-1230 oC，采用Pt金属双层容器。采用的氧逸度缓冲剂包括CCO, MnO-Mn3O4 (MM), hematite-magnetite (HM)。当氧逸度从CCO增加到MM和HM时，garnet/meltDU从0.041降低到0.0083；然而garnet/meltDTh几乎不变(0.0034 to 0.0069)，和氧逸度没有明显关系。其它元素的Garnet/meltD也和氧逸度没有关系，说明它们不受氧逸度的控制。重要的是，随着氧逸度从CCO增加到HM，garnet/meltDTh/U从0.136增加到0.41。.和前人的结果比较说明clinopyroxene/meltDTh/U对氧逸度比garnet/meltDTh/U更加敏感。在地幔楔典型的氧逸度下(~FMQ to NNO)，U在石榴子石中比Th更加相容，但是在单斜辉石中可能比Th更加不相容(如果氧逸度略微升高了)。地幔熔融时，单斜辉石和石榴子石是否是主要的残留相和上覆地壳的厚度相关。大陆岛弧岩浆来自增厚陆壳下的地幔，石榴子石可能是主要残留相。而大洋岛弧岩浆可能只有单斜辉石是残留矿物，因此在氧逸度略高时发生的增长熔融可以产生岛弧岩浆中238U相对于230Th的过剩。这可以解释在大陆岛弧岩浆岩比大洋岛弧岩浆岩中更广泛分布的230Th过剩。