stringtranslate.com

Включение расплава

Множественные включения расплава в кристалле оливина. Отдельные включения имеют овальную или круглую форму и состоят из прозрачного стекла вместе с небольшим круглым пузырьком пара и в некоторых случаях небольшим квадратным кристаллом шпинели . Черная стрелка указывает на один хороший пример, но есть и несколько других. Возникновение множественных включений в одном кристалле является относительно обычным явлением

Расплавное включение — это небольшая порция или «капли» расплава(ов), которые захватываются кристаллами, растущими [1] в магме и в конечном итоге образующими магматические породы . Во многих отношениях это аналогично включению жидкости в магматических гидротермальных системах. [2] [3] Расплавные включения, как правило, имеют микроскопические размеры и могут быть проанализированы на наличие летучих веществ, которые используются для интерпретации давления захвата расплава на глубине.

Характеристики

Расплавные включения, как правило, небольшие — большинство из них имеют размер менее 80 микрометров в поперечнике (микрометр равен одной тысячной миллиметра или около 0,00004 дюйма). [4] Они могут содержать ряд различных компонентов, включая стекло (которое представляет собой расплав, который был закален быстрым охлаждением), небольшие кристаллы и отдельный богатый паром пузырек. [5] Они встречаются в кристаллах, которые можно найти в магматических породах, таких как, например , кварц , полевой шпат , оливин , пироксен , нефелин , магнетит , перовскит и апатит . [6] [7] [8] Расплавные включения можно найти как в вулканических , так и в плутонических породах. Кроме того, расплавные включения могут содержать несмешивающиеся (не смешивающиеся) фазы расплава, и их изучение является исключительным способом найти прямые доказательства присутствия двух или более расплавов в ловушке. [5]

Анализ

Несмотря на то, что они малы, расплавные включения могут предоставить массу полезной информации. Используя микроскопические наблюдения и ряд методов химического микроанализа, геохимики и петрологи магматических пород могут получить ряд уникальной информации из расплавных включений. Существуют различные методы, используемые для анализа содержания H 2 O и CO 2 во включении расплава , основных, второстепенных и микроэлементов, включая двухстороннюю FTIR микропропускаемость, [9] одностороннюю FTIR микроотражаемость, [10] Рамановскую спектроскопию, [11] микротермометрию, [12] масс-спектроскопию вторичных ионов ( SIMS ), масс-спектрометрию с лазерной абляцией и индуктивно связанной плазмой ( LA-ICPMS ), сканирующую электронную микроскопию ( SEM ) и электронный микрозондовый анализ ( EMPA ). [13] Если внутри включения расплава присутствует пузырек пара, анализ пузырька пара должен быть принят во внимание при реконструкции общего баланса летучих веществ включения расплава. [14]

Микротермометрия

Микротермометрия — это процесс повторного нагрева расплавленного включения до его первоначальной температуры расплава, а затем быстрого охлаждения для образования однородной стеклянной фазы, свободной от дочерних минералов или пузырьков пара, которые могли изначально содержаться внутри расплавленного включения. [15]

Высокотемпературный нагревательный столик, установленный на микроскопе

Нагревание столика — это процесс нагревания расплавленного включения на микроскопическом столике и пропускания через столик либо газообразного гелия (стадион Вернадского) [16] [17] , либо газообразного аргона (Linkam TS1400XY) [18] , а затем быстрое охлаждение расплавленного включения после того, как оно достигло своей первоначальной температуры расплава, с образованием однородной стеклянной фазы. Использование нагревательного столика позволяет наблюдать за изменением фаз расплавленного включения по мере его повторного нагрева до своей первоначальной температуры расплава. [19]

Вертикальные печи с одной атмосферой

Этот процесс позволяет повторно нагревать одно или несколько включений расплава в печи, поддерживаемой при постоянном давлении в одну атмосферу , до их исходной температуры расплава, а затем быстро охлаждать в воде для получения однородной стеклянной фазы. [20]

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (ИКФС)

FTIR — это аналитический метод, который использует инфракрасный лазер , сфокусированный на пятне на стеклянной фазе расплавленного включения, для определения коэффициента поглощения (или экстинкции) для H 2 O и CO 2 , связанного с длинами волн для каждого вида в зависимости от исходной литологии, содержащей расплавленное включение. [10] [21]

Рамановская спектроскопия

Рамановская спектроскопия похожа на FTIR в использовании сфокусированного лазера на стеклянной фазе расплавленного включения [22] [23] или паровом пузырьке [24] , который может содержаться во включении расплава, для определения длин волн, связанных с рамановскими вибрационными полосами летучих веществ, таких как H 2 O и CO 2 . Рамановская спектроскопия также может использоваться для определения плотности CO 2 , содержащегося в паровом пузырьке, если он присутствует в достаточно высокой концентрации внутри расплавленного включения. [11]

Вторичная ионная масс-спектрометрия (SIMS)

Метод SIMS используется для определения концентраций летучих и следовых элементов путем направления ионного пучка ( 16 O − или 133 Cs + ) на расплавленное включение для получения вторичных ионов, которые можно измерить с помощью масс-спектрометра. [25]

Лазерная абляция - масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (LA-ICPMS)

LA - ICPMS позволяет определять основные и следовые элементы, однако при использовании LA-ICPMS расплавное включение и любые сопутствующие материалы внутри расплавного включения ионизируются, тем самым разрушая расплавное включение, а затем анализируются с помощью масс-спектрометра. [26] [27]

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)

Сканирующая электронная микроскопия является полезным инструментом, который следует использовать перед любым из вышеперечисленных анализов, которые могут привести к потере исходного материала, поскольку ее можно использовать для проверки дочерних минералов или пузырьков пара, а также для определения наилучшей методики, которую следует выбрать для анализа включений расплава. [4]

Электронно-микрозондовый анализ (ЭММА)

Электронный микрозондовый анализ повсеместно применяется при анализе основных и второстепенных элементов в расплавных включениях и обеспечивает концентрацию оксидов, используемых при определении типов исходной магмы расплавных включений и вмещающих фенокристаллов. [28]

Рентгеновская микротомография

Включения расплава были отображены в трех измерениях с помощью рентгеновской микротомографии . [29] Этот метод может быть использован для определения размеров различных фаз, присутствующих во включениях расплава, более точно, чем с помощью микроскопии видимого света.

Интерпретация

Летучие концентрации

Расплавные включения могут быть использованы для определения состава, эволюции состава и летучих компонентов [14] магм, которые существовали в истории магматических систем. Это происходит потому, что расплавные включения действуют как крошечный сосуд под давлением, который изолирует и сохраняет окружающий расплав, окружающий кристалл, до того, как он будет изменен более поздними процессами, такими как кристаллизация после захвата. [4] Учитывая, что расплавные включения образуются при различных давлениях (P) и температурах (T), они также могут предоставить важную информацию об условиях захвата (PT) на глубине и их летучих содержаниях (H 2 O, CO 2 , S, Cl и F), которые вызывают вулканические извержения. [21]

Пузырьки пара

Расплавное включение с сопутствующим пузырьком пара из кристалла оливина. Собрано из пепла, связанного с извержением вулкана Серро-Негро в Никарагуа в 1992 году.
Анимация расплавленного включения, наблюдаемого в проходящем свете.

Присутствие пузырька пара добавляет дополнительный компонент для анализа, учитывая, что пузырек пара может содержать значительную долю H 2 O и CO 2 , изначально содержащихся в расплаве, отобранном включением расплава. [16] [30] Если пузырек пара состоит в основном из CO 2 , спектроскопию Рамана можно использовать для определения плотности присутствующего CO 2 . [31] [11]

Концентрации основных, второстепенных и микроэлементов

Концентрации основных и второстепенных элементов обычно определяются с помощью EPMA, а общие элементные составы включают Si, Ti, Al, Cr, Fe, Mn, Mg, Ca, Ni, Na, K, P, Cl, F и S. [32] Знание концентраций оксидов, связанных с этими основными и второстепенными элементами, может помочь определить состав исходной магмы, расплавных включений и хозяев вкрапленников. [28]

Концентрации следовых элементов можно измерить с помощью анализа SIMS с разрешением в некоторых случаях до 1 ppm. [33] Анализы LA-ICPMS также можно использовать для определения концентраций следовых элементов, однако более низкое разрешение по сравнению с SIMS не позволяет определять концентрации до 1 ppm. [5]

История

Генри Клифтон Сорби в 1858 году был первым, кто задокументировал микроскопические расплавные включения в кристаллах. [34] Изучение расплавных включений в последнее время было обусловлено разработкой сложных методов химического анализа. Ученые из бывшего Советского Союза возглавляли изучение расплавных включений в десятилетия после Второй мировой войны , [35] и разработали методы нагрева расплавных включений под микроскопом, чтобы можно было напрямую наблюдать изменения. А. Т. Андерсон исследовал анализ расплавных включений из базальтовых магм из вулкана Килауэа на Гавайях, чтобы определить начальные концентрации летучих веществ магмы на глубине. [36]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Роддер, Эдвин (1979). «Происхождение и значение магматических включений». Бюллетень минералогии . 102 (5): 487–510. дои : 10.3406/bulmi.1979.7299.
  2. ^ Реддер, Эдвин (1984). «Включения флюидов». Обзоры по минералогии . 12 : 644.
  3. ^ Беккер, СП; Боднар, Р. Дж.; Рейнольдс, Т. Дж. (2019). «Временные и пространственные изменения характеристик флюидных включений в эпизональных магматико-гидротермальных системах: применение в разведке месторождений медно-порфировых пород». Журнал геохимической разведки . 204 : 240–255. Bibcode : 2019JCExp.204..240B. doi : 10.1016/j.gexplo.2019.06.002 . S2CID  197560284.
  4. ^ abc Каннателли, К.; Доэрти, А.Л.; Эспозито, Р.; Лима, А.; Де Виво, Б. (2016). «Понимание вулкана через каплю: подход с использованием расплавных включений». Журнал геохимических исследований . 171 : 4–19. Bibcode : 2016JCExp.171....4C. doi : 10.1016/j.gexplo.2015.10.003.
  5. ^ abc Kent, AJR (2008). «Расплавные включения в базальтовых и родственных вулканических породах». Обзоры по минералогии и геохимии . 69 (1): 273–331. Bibcode : 2008RvMG...69..273K. doi : 10.2138/rmg.2008.69.8. ISSN  1529-6466.
  6. ^ Аберштайнер, Адам; Джулиани, Андреа; Каменецкий, Вадим С.; Филлипс, Дэвид (2017). «Петрографические и расплавно-включительные ограничения на петрогенезис магмакласта из кимберлитового кластера Венеция, Южная Африка». Химическая геология . 455 : 331–341. Bibcode : 2017ChGeo.455..331A. doi : 10.1016/j.chemgeo.2016.08.029.
  7. ^ Толлан, Питер; Эллис, Бен; Трох, Джулиана; Нойкампф, Джулия (2019). «Оценка магматических летучих равновесий с помощью ИК-Фурье спектроскопии неэкспонированных расплавных включений и их кварцевого вместилища: новая методика и применение к туфу Меса-Фолс, Йеллоустоун». Вклад в минералогию и петрологию . 174 (3): 24. Bibcode :2019CoMP..174...24T. doi :10.1007/s00410-019-1561-y. ISSN  0010-7999. S2CID  135275136.
  8. ^ Чанг, Цзя; Одета, Андреас (2020). «Анализ LA-ICP-MS кристаллизованных расплавных включений в оливине, плагиоклазе, апатите и пироксене: стратегии количественной оценки и эффекты модификаций после захвата». Журнал петрологии . 62 (4): egaa085. doi :10.1093/petrology/egaa085. ISSN  0022-3530.
  9. ^ Миронов, Н. Л.; Портнягин, М. В. (2011). «H2O и CO2 в исходных магмах Ключевского вулкана по данным изучения расплавных и флюидных включений в оливине». Геология и геофизика . Расплавы и флюиды в процессах природного минералообразования и рудообразования: современные исследования флюидных и расплавных включений в минералах. 52 (11): 1353–1367. Bibcode :2011RuGG...52.1353M. doi :10.1016/j.rgg.2011.10.007. ISSN  1068-7971.
  10. ^ ab King, PL; Larsen, JF (2013). «Метод микроотражательной ИК-спектроскопии для анализа летучих веществ в базальтовых, андезитовых, фонолитовых и риолитовых стеклах». American Mineralogist . 98 (7): 1162–1171. Bibcode :2013AmMin..98.1162K. doi :10.2138/am.2013.4277. ISSN  0003-004X. S2CID  97624286.
  11. ^ abc Мур, LR; Газель, E.; Туохи, R.; Ллойд, AS; Эспозито, R.; Стил-Макиннис, M.; Хаури, EH; Уоллес, PJ; Планк, T.; Боднар, RJ (2015). «Пузырьки имеют значение: оценка вклада пузырьков пара в летучие бюджеты включений расплава». American Mineralogist . 100 (4): 806–823. Bibcode :2015AmMin.100..806M. doi :10.2138/am-2015-5036. hdl : 10919/47784 . ISSN  0003-004X. S2CID  129734807.
  12. ^ Миронов, Н.Л.; Тобелко, Д.П.; Смирнов, С.З.; Портнягин, М.В.; Крашенинников, СП (2020). «ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ CO2 В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ РАСПЛАВНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАМАНОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ: ИССЛЕДОВАНИЕ ВКЛЮЧЕНИЙ В ОЛИВИНЕ ИЗ ВУЛКАНА КАРЫМСКИЙ (Камчатка)». Геология и геофизика . 61 (5): 600–610. Bibcode :2020RuGG...61..600M. doi :10.15372/RGG2019169. S2CID  234943508.
  13. ^ Хартли, Маргарет Э.; Бали, Энико; Макленнан, Джон; Нив, Дэвид А.; Халлдорссон, Сэмюндур А. (2018). «Ограничения расплавных включений в петрогенезисе извержения Холухраун 2014–2015 гг., Исландия». Вклад в минералогию и петрологию . 173 (2): 10. Bibcode : 2018CoMP..173...10H. doi : 10.1007/s00410-017-1435-0. ISSN  0010-7999. PMC 6953965. PMID 31983759  . 
  14. ^ ab Wallace, PJ; Kamenetsky, VS; Cervantes, P. (2015). «Содержание CO2 в расплавленных включениях, давления кристаллизации оливина и проблема пузырьков усадки». American Mineralogist . 100 (4): 787–794. Bibcode :2015AmMin.100..787W. doi :10.2138/am-2015-5029. ISSN  0003-004X. S2CID  98812121.
  15. ^ Данюшевский, Леонид В.; МакНейл, Эндрю В.; Соболев, Александр В. (2002). «Экспериментальные и петрологические исследования расплавных включений во вкрапленниках из магм мантийного происхождения: обзор методов, преимуществ и осложнений» (PDF) . Химическая геология . 183 (1–4): 5–24. Bibcode :2002ChGeo.183....5D. doi :10.1016/S0009-2541(01)00369-2.
  16. ^ ab Эспозито, Росарио; Ламадрид, Гектор М.; Реди, Даниэле; Стил-Макиннис, Мэтью; Боднар, Роберт Дж.; Мэннинг, Крейг Э.; Де Виво, Бенедетто; Каннателли, Клаудия; Лима, Аннамария (2016). «Обнаружение жидкой H 2 O в пузырьках пара во вновь нагретых расплавленных включениях: последствия для состава магматической жидкости и летучих бюджетов магм?». American Mineralogist . 101 (7): 1691–1695. Bibcode :2016AmMin.101.1691E. doi :10.2138/am-2016-5689. ISSN  0003-004X. S2CID  53508112.
  17. ^ Соболев, А.В.; Дмитриев, Л.В.; Барусков, В.Л.; Невзоров, В.Н.; Слуцкий, АБ (1980). «Условия образования высокомагнезиального оливина из мономинеральной фракции реголита Луны-24. Труды конференции по лунной науке Аполлона-11». Geochimica et Cosmochimica Acta . Приложение I: 105–116.
  18. ^ MacDonald, AJ; Spooner, ETC (1981). «Калибровка программируемого нагревательно-охлаждающего столика Linkam TH 600 для микротермометрического исследования включений флюидов». Economic Geology . 76 (5): 1248–1258. Bibcode : 1981EcGeo..76.1248M. doi : 10.2113/gsecongeo.76.5.1248.
  19. ^ Эспозито, Р.; Клебес, Р.; Бартоли, О.; Клюкин, Ю.; Монкада, Д.; Доэрти, А.; Боднар, Р. (2012). «Применение нагревательного столика Linkam TS1400XY для изучения включений в расплаве». Open Geosciences . 4 (2): 208–218. Bibcode :2012CEJG....4..208E. doi :10.2478/s13533-011-0054-y. hdl : 10919/93252 . S2CID  56151815.
  20. ^ Schiano, Pierre (2003). «Первобытные мантийные магмы, зафиксированные как включения силикатного расплава в магматических минералах». Earth-Science Reviews . 63 (1–2): 121–144. Bibcode : 2003ESRv...63..121S. doi : 10.1016/S0012-8252(03)00034-5.
  21. ^ ab Metrich, N.; Wallace, PJ (2008). «Летучие вещества в базальтовых магмах и пути их дегазации, отслеживаемые расплавными включениями». Обзоры по минералогии и геохимии . 69 (1): 363–402. Bibcode : 2008RvMG...69..363M. doi : 10.2138/rmg.2008.69.10. ISSN  1529-6466.
  22. ^ Томас, Райнер; Дэвидсон, Пол (2012). «Применение рамановской спектроскопии в исследовании флюидных и расплавных включений». Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften . 163 (2): 113–126. дои : 10.1127/1860-1804/2012/0163-0113. ISSN  1860-1804.
  23. ^ Severs, MJ; Azbej, T.; Thomas, JB; Mandeville, CW; Bodnar, RJ (2007). «Экспериментальное определение потери H2O из расплавных включений во время лабораторного нагрева: данные Рамановской спектроскопии». Chemical Geology . 237 (3–4): 358–371. Bibcode : 2007ChGeo.237..358S. doi : 10.1016/j.chemgeo.2006.07.008.
  24. ^ Беренс, Харальд; Ру, Жак; Невиль, Даниэль Р.; Симанн, Михаэль (2006). «Количественное определение растворенной H2O в силикатных стеклах с использованием конфокальной микрорамановской спектроскопии». Химическая геология . 229 (1–3): 96–112. Bibcode : 2006ChGeo.229...96B. doi : 10.1016/j.chemgeo.2006.01.014.
  25. ^ Хаури, Эрик (2002). «Анализ летучих веществ в силикатных стеклах методом SIMS, 2: изотопы и содержание в расплавленных включениях на Гавайях». Химическая геология . 183 (1–4): 115–141. Bibcode : 2002ChGeo.183..115H. doi : 10.1016/S0009-2541(01)00374-6.
  26. ^ Петтке, Томас; Хальтер, Вернер Э.; Вебстер, Джеймс Д.; Айгнер-Торрес, Марио; Генрих, Кристоф А. (2004). «Точная количественная оценка химии расплавных включений с помощью LA-ICPMS: сравнение с EMP и SIMS, а также преимущества и возможные ограничения этих методов». Литос . 78 (4): 333–361. Bibcode : 2004Litho..78..333P. doi : 10.1016/j.lithos.2004.06.011. hdl : 20.500.11850/38173 .
  27. ^ Такер, Джонатан М.; Хаури, Эрик Х.; Петрушка, Аарон Дж.; Гарсия, Майкл О.; Марске, Джаред П.; Трусделл, Фрэнк А. (2019). «Высокое содержание углерода в гавайской мантии из расплавленных включений, содержащих оливин». Geochimica et Cosmochimica Acta . 254 : 156–172. Bibcode : 2019GeCoA.254..156T. doi : 10.1016/j.gca.2019.04.001. S2CID  134521030.
  28. ^ ab Venugopal, Swetha; Moune, Séverine; Williams-Jones, Glyn (2016). «Исследование подземной связи под вулканом Серро-Негро и комплексом Эль-Хойо, Никарагуа». Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 325 : 211–224. Bibcode : 2016JVGR..325..211V. doi : 10.1016/j.jvolgeores.2016.06.001.
  29. ^ Ричард, Антонин; Морло, Кристоф; Креон, Лаура; Бодуэн, Николя; Балисткий Владимир; Пентелей, Светлана; Дыжа-Персон, Ванесса; Джулиани, Гастон; Пиньятелли, Изабелла; Легро, Элен; Стерпених, Жером; Пиронон, Жак (2019). «Достижения в области 3D-визуализации и объемной реконструкции жидких и расплавных включений с помощью рентгеновской компьютерной томографии высокого разрешения». Химическая геология . 508 : 3–14. Бибкод :2019ЧГео.508....3Р. doi : 10.1016/j.chemgeo.2018.06.012 .
  30. ^ Астер, Эллен М.; Уоллес, Пол Дж.; Мур, Лоуэлл Р.; Уоткинс, Джеймс; Газель, Эстебан; Боднар, Роберт Дж. (2016). «Реконструкция концентраций CO2 во включениях базальтового расплава с использованием анализа пузырьков пара методом комбинационного рассеяния». Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 323 : 148–162. Bibcode : 2016JVGR..323..148A. doi : 10.1016/j.jvolgeores.2016.04.028.
  31. ^ Стил-Макиннис, М.; Эспозито, Р.; Боднар, Р. Дж. (2011). «Термодинамическая модель влияния кристаллизации после захвата на систематику H2O-CO2 насыщенных паром включений силикатного расплава». Журнал петрологии . 52 (12): 2461–2482. doi : 10.1093/petrology/egr052 . ISSN  0022-3530.
  32. ^ Straub, Susanne M.; Layne, Graham D. (2003). «Систематика хлора, фтора и воды в вулканических породах фронта дуги Идзу: последствия для рециркуляции летучих веществ в зонах субдукции». Geochimica et Cosmochimica Acta . 67 (21): 4179–4203. Bibcode : 2003GeCoA..67.4179S. doi : 10.1016/S0016-7037(03)00307-7.
  33. ^ Одета, А.; Ловенстерн, Дж. Б.; Турекян, Х. Д.; Холланд, К. К. (2014). Трактат по геохимии (второе изд.). Оксфорд: Elsevier. С. 143–173. ISBN 978-0-08-098300-4.
  34. ^ Sorby, HC (1858). «О микроскопических структурах кристаллов, указывающих на происхождение минералов и горных пород». Геологическое общество Лондона, ежеквартальный журнал . 14 (1–2): 453–500. doi :10.1144/GSL.JGS.1858.014.01-02.44. hdl : 2027/hvd.32044103124566 . S2CID  128592719.
  35. ^ ВС, Соболев; Костюк, ВП (1975). «Магматическая кристаллизация на основе изучения расплавных включений». Fluid Inclusion Research . 9 : 182–235.
  36. ^ Андерсон, AT; Райт, TL (1972). «Вкрапленники и включения стекла и их влияние на окисление и смешивание базальтовых магм, вулкан Килауэа, Гавайи». American Mineralogist . 57 : 188–216.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки