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周金胜等-EPSL：提出一种新的辉石晶体生长机制

撰稿：发布时间：2021-06-07

矿物是自然界中岩石的基本组成单元，也是矿产资源的主要载体。经典的理论认为，矿物晶体的生长类似于树木年轮，即从核部向边部逐层生长。长久以来，这一认识也一直是矿物学、岩石学和矿床学研究的基础。但随着实验岩石学技术的进步，特别是原位观察实验过程技术的应用，发现在某些条件下，矿物并非呈现树木年轮式生长，而是首先生长出树枝状的格架，然后按照不同的结晶方向回填成熟，最终形成自形的晶体。在该情况下，矿物的核部有可能比边部晚形成。这对传统的晶体生长模型以及在岩石学、矿床学中的应用研究造成了很大的冲击。因此，查明矿物在天然岩浆系统中，在何种条件下以何种方式生长，至关重要。
　　针对这一科学问题，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室、深地科学卓越创新中心岩石学学科组博士后周金胜、王强研究员及其合作者对青藏高原南部赛利普钾质超钾质火山岩中的单斜辉石，进行了系统的研究。首先在晶体模型的基础上（图1），通过详细的结构研究，限定了矿物的结晶学方向和生长规律，包括沿着c轴的沙漏扇{-111}和平行于c轴的棱柱扇{100}、{110}和{010}扇，即{hk0}扇。然后对不同结构的晶体和晶体中不同结晶方向进行了系统的定量分析以及元素面扫描（图2和图3），查明了晶体结构和结晶方向对元素分布的控制规律，相对于{hk0}扇，大部分的{-111}扇是富集Si、Mg但亏损Ti、Al、Na和Cr，但也同时存在富含Al的{-111}扇。大部分的{-111}扇具有更低的结晶温度、压力和水含量，但也存在反向规律的晶体。

图1 普通辉石和透辉石的晶体模型

图2 低过冷度下形成的单斜辉石晶体沿不同结晶学方向的成分差异

图3 不同结构类型单斜辉石的成分差异和平衡判别

图4 受控于过冷度的单斜辉石生长模型

　　基于以上分析，并结合实验岩石学资料，该研究提出一种新的综合的矿物生长模型，即：岩浆中单斜辉石的生长过程取决于过冷度，在非常低的过冷度下，也就是近液相线条件，矿物呈现传统的树木年轮式生长，不同晶面成分相似；低过冷度下，单斜辉石所有晶面同步生长，但不同晶面会呈现成分差异，形成近平衡的富Si-Mg的{-111}扇和不平衡的富Al-Ti的{hk0}扇；在高过冷度下，单斜辉石首先形成树枝状的格架，再快速回填形成近平衡的漏斗状{hk0}扇，漏斗状晶体港湾中，由于存在富Al的扩散边界层，因而最终通过回填形成不平衡的富Al的{-111}扇。这一新的晶体生长模型得到了国际同行的高度评价，例如意大利罗马大学著名实验岩石学家Silvio Mollo教授认为这项工作是：“Undoubtedly, these new data and their interpretation will be greatly appreciated by our petrological community. I congratulate the authors for the great job done.”。
　　该研究主要受第二次青藏科考（2019QZKK0702）、国家自然科学基金（91855215，41630208和42021002）资助和中科院先导（A）项目（XDA2007030402）联合资助，研究成果近期发表在《Earth and Planetary Science Letters》上。
　　论文信息：Zhou, J.-S., Wang, Q.*, Xing, C.-M., Ma, L., Hao, L.-L., Li, Q.-W., Wang, Z.-L., Huang, T.-Y., 2021. Crystal growth of clinopyroxene in mafic alkaline magmas. Earth and Planetary Science Letters, 568, 117005.
　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.117005.

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