Включение расплава - Melt inclusion

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 квадратом. шпинель кристалл. Черная стрелка указывает на один хороший пример, но есть несколько других. Возникновение множественных включений внутри монокристалла является относительно обычным явлением.

А включение расплава представляет собой небольшой пакет или «капли» расплава (ов), захваченный растущими кристаллами[1] в магма и в конечном итоге формирование Магматические породы. Во многих отношениях он аналогичен жидкое включение в магматических гидротермальных системах.[2] Включения расплава имеют тенденцию быть микроскопическими по размеру и могут быть проанализированы на содержание летучих веществ, которые используются для интерпретации давления захвата расплава на глубине.

Характеристики

Включения расплава обычно мелкие - большинство меньше 80 микрометры в поперечнике (микрометр составляет одну тысячную миллиметра, или примерно 0,00004 дюйма).[3] Они могут содержать ряд различных компонентов, включая стекло (которое представляет собой расплав, закаленный путем быстрого охлаждения), мелкие кристаллы и отдельный насыщенный паром пузырек.[4] Они встречаются в кристаллах, которые можно найти в магматических породах, таких как, например, кварц, полевой шпат, оливин, пироксен, нефелин, магнетит, перовскит и апатит.[5][6][7] Включения расплава можно найти как в вулканический и плутонический горные породы. Кроме того, включения расплава могут содержать несмешивающиеся (несмешивающиеся) фазы расплава, и их исследование является исключительным способом найти прямые доказательства присутствия двух или более расплавов при улавливании.[4]

Анализ

Несмотря на свой небольшой размер, включения расплава могут предоставить массу полезной информации. Используя микроскопические наблюдения и ряд химических микроанализ техники геохимики и магматические петрологи может получить ряд уникальной информации по включениям расплава. Существуют различные методики анализа включения расплава H2O и CO2 содержание, основные, второстепенные и следовые элементы, в том числе двусторонние FTIR микропропускание,[8] одностороннее микроотражение FTIR,[9] Раман спектроскопия,[1] микротермометрия,[10] Масс-спектроскопия вторичных ионов (SIMS ), Масс-спектрометрия с лазерной абляцией и индуктивно связанной плазмой (LA-ICPMS ), Сканирующая электронная микроскопия (SEM ) и электронно-микрозондовый анализ (EMPA ).[11] Если внутри включения расплава присутствует пузырек пара, анализ пузырька пара должен быть принят во внимание при восстановлении общего бюджета летучих включений расплава.[12]

Микротермометрия

Микротермометрия - это процесс повторного нагрева включения расплава до его исходной температуры плавления с последующим быстрым охлаждением для образования гомогенной стекловидной фазы, свободной от дочерних минералов или пузырьков пара, которые могли изначально содержаться в включении расплава.[13]

Подогрев высокотемпературного столика на микроскопе

Нагрев столика - это процесс нагрева включения расплава на столике, установленном на микроскопе, с пропусканием либо газообразного гелия (этап Вернадского).[14][15] или аргон (Linkam TS1400XY)[16] над стадией, а затем быстрое охлаждение включения расплава после того, как оно достигнет своей исходной температуры плавления, с образованием гомогенной стеклянной фазы. Использование ступени нагрева позволяет наблюдать за изменением фаз включения расплава по мере его повторного нагрева до исходной температуры расплава.[17]

Вертикальные печи с одной атмосферой

Этот процесс позволяет повторно нагревать одно или несколько включений расплава в печи, поддерживаемой при постоянном давлении в один атмосфера до исходных температур плавления, а затем быстрое охлаждение в воде для получения однородной стекловидной фазы.[18]

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR)

Этот аналитический метод требует использования инфракрасный лазер сфокусированный на пятне на стеклянной фазе включения расплава для определения коэффициента поглощения (или экстинкции) для H2O и CO2 связаны с длинами волн для каждого вида в зависимости от исходной литологии, содержащей включения расплава.[9][19]

Рамановская спектроскопия

Этот анализ аналогичен FTIR при использовании сфокусированного лазера на стеклянной фазе включения расплава.[20][21] или пузырек пара[22] которые могут содержаться во включении расплава для определения длин волн, связанных с полосами комбинационного колебания летучих веществ, таких как H2O и CO2. Рамановская спектроскопия также может использоваться для определения плотности CO2 содержится в пузырьке пара, если присутствует в достаточно высокой концентрации во включении расплава.[1]

Масс-спектрометрия вторичных ионов (ВИМС)

Этот аналитический метод используется для определения концентраций летучих и следовых элементов путем наведения ионного пучка (16О- или же 133CS+) при включении расплава с образованием вторичных ионов, которые можно измерить с помощью масс-спектрометра.[23]

Масс-спектрометрия с лазерной абляцией и индуктивно связанной плазмой (LA-ICPMS)

Этот аналитический метод может определять основные и следовые элементы, однако с помощью LA-ICPMS включение из расплава и любые сопутствующие материалы внутри включения из расплава ионизируются, разрушая включение расплава, а затем анализируются с помощью масс-спектрометра.[24][25]

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)

Сканирующая электронная микроскопия - полезный инструмент, который можно использовать перед любым из вышеуказанных анализов, которые могут привести к потере исходного материала, поскольку ее можно использовать для проверки дочерних минералов или пузырьков пара и помочь определить лучший метод, который следует выбрать для включения в расплав. анализ.[3]

Электронно-микрозондовый анализ (EPMA)

Электронно-микрозондовый анализ повсеместно используется при анализе основных и второстепенных элементов во включениях расплава и обеспечивает концентрацию оксидов, используемых для определения типов исходной магмы расплавных включений и вкрапленников-хозяев.[26]

Пузырьки пара

Наличие парового пузыря добавляет дополнительный компонент для анализа, учитывая, что паровой пузырек может содержать значительную долю H2O и CO2 первоначально в расплаве отбирают включения расплава.[14][27] Если паровой пузырь состоит в основном из CO2, Рамановская спектроскопия может быть использована для определения плотности CO2 настоящее время.[28]

Интерпретация

Летучие концентрации

Включения расплава могут использоваться для определения состава, изменения состава и летучих компонентов.[12] магм, существовавших в истории магматических систем. Это связано с тем, что включения расплава действуют как крошечный сосуд под давлением, который изолирует и сохраняет окружающий кристалл расплав, прежде чем они будут модифицированы более поздними процессами, такими как кристаллизация после захвата.[3] Учитывая, что включения расплава образуются при различных давлениях (P) и температурах (T), они также могут предоставить важную информацию об условиях улавливания (P-T) на глубине и их содержании летучих (H2O, CO2, S, Cl и F), которые вызывают извержения вулканов.[19]

Концентрации основных, второстепенных и следовых элементов

Концентрации основных и второстепенных элементов обычно определяются с использованием EPMA, и общие составы элементов включают Si, Ti, Al, Cr, Fe, Mn, Mg, Ca, Ni, Na, K, P, Cl, F и S.[29] Знание концентраций оксидов, связанных с этими основными и второстепенными элементами, может помочь определить состав родительской магмы расплавного включения и хозяев вкрапленников.[26]

Концентрации микроэлементов можно измерить с помощью анализа SIMS с разрешением в некоторых случаях всего 1 ppm.[30] Анализы LA-ICPMS также можно использовать для определения концентраций микроэлементов, однако более низкое разрешение по сравнению с SIMS не позволяет определять такие низкие концентрации, как 1 ppm.[31]

История

Генри Клифтон Сорби в 1858 г. впервые задокументировал микроскопические включения расплава в кристаллах.[32] Изучение включений расплава в последнее время было вызвано развитием сложных методов химического анализа. Ученые из бывшего Советского Союза проводят исследования расплавных включений в последующие десятилетия. Вторая Мировая Война,[33] и разработали методы нагрева включений расплава под микроскопом, так что изменения можно было непосредственно наблюдать. В. Андерсон исследовал анализ расплавных включений базальтовых магм из Килауэа Вулкан на Гавайях для определения начальной концентрации летучей магмы на глубине.[34]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Мур, Л. Р .; Газель, Э .; Tuohy, R .; Lloyd, A. S .; Esposito, R .; Стил-Макиннис, М .; Hauri, E.H .; Уоллес, П. Дж .; Планка, Т .; Боднар, Р. Дж. (2015). «Пузырьки имеют значение: оценка вклада пузырьков пара в состав летучих включений расплава». Американский минералог. 100 (4): 806–823. Дои:10.2138 / am-2015-5036. ISSN  0003-004X.
  2. ^ Becker, S.P .; Bodnar, R.J .; Рейнольдс, Т. (2019). «Временные и пространственные вариации характеристик флюидных включений в эпизональных магмато-гидротермальных системах: применение при разведке медно-порфировых месторождений». Журнал геохимических исследований. 204: 240–255. Дои:10.1016 / j.gexplo.2019.06.002.
  3. ^ а б c Cannatelli, C .; Doherty, A.L .; Esposito, R .; Lima, A .; Де Виво, Б. (2016). «Понимание вулкана через каплю: подход с включением расплава». Журнал геохимических исследований. 171: 4–19. Дои:10.1016 / j.gexplo.2015.10.003.
  4. ^ а б Кент, А. Дж. Р. (2008). «Включения расплава в базальтовых и родственных вулканических породах». Обзоры по минералогии и геохимии. 69 (1): 273–331. Дои:10.2138 / RMG.2008.69.8. ISSN  1529-6466.
  5. ^ Аберштейнер, Адам; Джулиани, Андреа; Каменецкий, Вадим С .; Филлипс, Дэвид (2017). «Петрографические и расплавные ограничения на петрогенезис магмакласта из кимберлитового кластера Венеция, Южная Африка». Химическая геология. 455: 331–341. Дои:10.1016 / j.chemgeo.2016.08.029.
  6. ^ Толлан, Питер; Эллис, Бен; Трош, Юлиана; Нойкампф, Юлия (2019). «Оценка магматических летучих равновесий с помощью ИК-Фурье спектроскопии неэкспонированных включений расплава и вмещающего их кварца: новый метод и применение к туфу Меса Фоллс, Йеллоустон». Вклад в минералогию и петрологию. 174 (3): 24. Дои:10.1007 / s00410-019-1561-y. ISSN  0010-7999.
  7. ^ Чанг, Цзя; Audétat, Андреас (2020). «Анализ кристаллизованных включений расплава в оливине, плагиоклазе, апатите и пироксене с помощью LA-ICP-MS: стратегии количественной оценки и эффекты модификаций после захвата». Журнал петрологии: egaa085. Дои:10.1093 / петрология / egaa085. ISSN  0022-3530.
  8. ^ Миронов, Н. Л .; Портнягин, М.В. (2011). «H2O и CO2 в родительских магмах вулкана Ключевской по результатам изучения расплавных и флюидных включений в оливине». Российская геология и геофизика. Расплавы и флюиды в процессах образования природных минералов и руд: современные исследования флюидов и включений расплава в минералах. 52 (11): 1353–1367. Дои:10.1016 / j.rgg.2011.10.007. ISSN  1068-7971.
  9. ^ а б King, P.L .; Ларсен, Дж. Ф. (2013). «Метод ИК-спектроскопии с микроотражением для анализа летучих веществ в базальтовых, андезитовых, фонолитовых и риолитовых стеклах». Американский минералог. 98 (7): 1162–1171. Дои:10.2138 / am.2013.4277. ISSN  0003-004X.
  10. ^ Миронов, Н.Л .; Тобелко, Д.П .; Смирнов, С.З .; Портнягин, М.В .; Крашенинников, С.П. (2020). «ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ СО2 В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ ВКЛЮЧЕНИЙ РАСПЛАВА С ПОМОЩЬЮ КАРМАНСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ: ПРИМЕР ВКЛЮЧЕНИЙ В ОЛИВИН ИЗ КАРЫМСКОГО ВУЛКАНА (Камчатка)». Российская геология и геофизика. 61 (5): 600–610. Дои:10.15372 / RGG2019169.
  11. ^ Хартли, Маргарет Э .; Бали, Эникё; Макленнан, Джон; Neave, David A .; Халлдорссон, Сомундур А. (2018). «Ограничения включения расплава на петрогенезис извержения Холухраун в 2014–2015 гг., Исландия». Вклад в минералогию и петрологию. 173 (2): 10. Дои:10.1007 / s00410-017-1435-0. ISSN  0010-7999. ЧВК  6953965. PMID  31983759.
  12. ^ а б Уоллес, П. Дж .; Каменецкий, В. С .; Сервантес, П. (2015). «Содержание CO2 в расплавных включениях, давление кристаллизации оливина и проблема усадочных пузырей». Американский минералог. 100 (4): 787–794. Дои:10.2138 / am-2015-5029. ISSN  0003-004X.
  13. ^ Данюшевский, Леонид V; Макнил, Эндрю В; Соболев, Александр V (2002). «Экспериментальные и петрологические исследования расплавных включений во вкрапленниках мантийных магм: обзор методов, преимуществ и сложностей». Химическая геология. 183 (1–4): 5–24. Дои:10.1016 / S0009-2541 (01) 00369-2.
  14. ^ а б Эспозито, Росарио; Ламадрид, Гектор М .; Реди, Даниэле; Стил-Макиннис, Мэтью; Боднар, Роберт Дж .; Manning, Craig E .; Де Виво, Бенедетто; Каннателли, Клаудиа; Лима, Аннамария (2016). «Обнаружение жидкой H 2 O в пузырьках пара во включениях повторно нагретых расплавов: последствия для состава магматического флюида и летучего баланса магм?». Американский минералог. 101 (7): 1691–1695. Дои:10.2138 / am-2016-5689. ISSN  0003-004X.
  15. ^ Соболев, А.В .; Дмитриев, Л.В .; Барусков, В.Л .; Невсоров, В.Н .; Слуцкий, А. (1980). «Условия образования высокомагнезиального оливина из мономинеральной фракции реголита Луны 24. Труды конференции по лунной науке Аполлона-11». Geochimica Cosmochimica Acta. Дополнение I: 105–116.
  16. ^ MacDonald, A.J .; Spooner, E.T.C. (1981). «Калибровка программируемой ступени нагрева-охлаждения Linkam TH 600 для микротермометрического исследования жидких включений». Экономическая геология. 76: 1248–1258.
  17. ^ Esposito, R .; Klebesz, R .; Bartoli, O .; Клюкин, Ю .; Moncada, D .; Доэрти, А .; Боднар, Р. (2012). «Применение нагревательной ступени Linkam TS1400XY для изучения включения в расплав». Открытые геонауки. 4: 208–218.
  18. ^ Скиано, Пьер (2003). «Первобытные мантийные магмы, зарегистрированные как включения силикатного расплава в магматических минералах». Обзоры наук о Земле. 63 (1–2): 121–144. Дои:10.1016 / S0012-8252 (03) 00034-5.
  19. ^ а б Metrich, N .; Уоллес, П. Дж. (2008). "Изобилие летучих веществ в базальтовых магмах и пути их дегазации, отслеживаемые включениями расплава". Обзоры по минералогии и геохимии. 69 (1): 363–402. Дои:10.2138 / RMG.2008.69.10. ISSN  1529-6466.
  20. ^ 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.
  21. ^ Severs, M.J .; Азбей, Т .; Thomas, J.B .; Mandeville, C.W .; Боднар, Р.Дж. (2007). «Экспериментальное определение потерь H2O из расплавных включений во время лабораторного нагрева: данные рамановской спектроскопии». Химическая геология. 237 (3–4): 358–371. Дои:10.1016 / j.chemgeo.2006.07.008.
  22. ^ Беренс, Харальд; Ру, Жак; Neuville, Daniel R .; Симанн, Майкл (2006). «Количественное определение растворенной H2O в силикатных стеклах с использованием конфокальной микрорамановской спектроскопии». Химическая геология. 229 (1–3): 96–112. Дои:10.1016 / j.chemgeo.2006.01.014.
  23. ^ Хаури, Эрик (2002). "ВИМС-анализ летучих веществ в силикатных стеклах, 2: изотопы и их содержание во включениях гавайских расплавов". Химическая геология. 183 (1–4): 115–141. Дои:10.1016 / S0009-2541 (01) 00374-6.
  24. ^ Петке, Томас; Halter, Werner E .; Вебстер, Джеймс Д.; Айгнер-Торрес, Марио; Генрих, Кристоф А. (2004). «Точная количественная оценка химического состава расплавных включений с помощью LA-ICPMS: сравнение с EMP и SIMS, а также преимущества и возможные ограничения этих методов». Lithos. 78 (4): 333–361. Дои:10.1016 / j.lithos.2004.06.011.
  25. ^ Такер, Джонатан М .; Хаури, Эрик Х .; Pietruszka, Aaron J .; Гарсия, Майкл О .; Марске, Джаред П .; Трасделл, Фрэнк А. (2019). «Высокое содержание углерода в гавайской мантии из-за включений расплава, содержащих оливин». Geochimica et Cosmochimica Acta. 254: 156–172. Дои:10.1016 / j.gca.2019.04.001.
  26. ^ а б Венугопал, Света; Муна, Северина; Уильямс-Джонс, Глин (2016). «Исследование подземного соединения под вулканом Серро-Негро и комплексом Эль-Ойо, Никарагуа». Журнал вулканологии и геотермальных исследований. 325: 211–224. Дои:10.1016 / j.jvolgeores.2016.06.001.
  27. ^ Астер, Эллен М .; Уоллес, Пол Дж .; Мур, Лоуэлл R .; Уоткинс, Джеймс; Газель, Эстебан; Боднар, Роберт Дж. (2016). «Восстановление концентраций CO2 во включениях базальтовых расплавов с использованием рамановского анализа пузырьков пара». Журнал вулканологии и геотермальных исследований. 323: 148–162. Дои:10.1016 / j.jvolgeores.2016.04.028.
  28. ^ Steele-Macinnis, M .; Esposito, R .; Боднар, Р. Дж. (2011). "Термодинамическая модель влияния кристаллизации после захвата на систематику H2O-CO2 включений силикатных расплавов, насыщенных парами". Журнал петрологии. 52 (12): 2461–2482. Дои:10.1093 / петрология / egr052. ISSN  0022-3530.
  29. ^ Straub, Susanne M .; Лэйн, Грэм Д. (2003). «Систематика хлора, фтора и воды в вулканических породах фронта Идзуской дуги: последствия для рециркуляции летучих в зонах субдукции». Geochimica et Cosmochimica Acta. 67 (21): 4179–4203. Дои:10.1016 / S0016-7037 (03) 00307-7.
  30. ^ Audetat, A .; Lowenstern, J.B .; Turekian, H.D .; Голландия, К.К. (2014). Трактат по геохимии (второе издание). Оксфорд: Эльзевир. С. 143–173. ISBN  978-0-08-098300-4.
  31. ^ Кент, А. Дж. Р. (2008). «Включения расплава в базальтовых и родственных вулканических породах». Обзоры по минералогии и геохимии. 69 (1): 273–331. Дои:10.2138 / RMG.2008.69.8. ISSN  1529-6466.
  32. ^ Сорби, Х.С. (1858). «О микроскопических структурах кристаллов, указывающих на происхождение минералов и горных пород». Ежеквартальный журнал Лондонского геологического общества. 14: 453–500. Дои:10.1144 / GSL.JGS.1858.014.01-02.44. HDL:2027 / hvd.32044103124566.
  33. ^ В. С., Соболев; Костюк, В. П. (1975). «Магматическая кристаллизация на основе изучения расплавных включений». Исследование включения жидкости. 9: 182–235.
  34. ^ Андерсон, A.T .; Райт, Т. (1972). «Вкрапленники и включения стекла и их влияние на окисление и перемешивание базальтовых магм, вулкан Килауэа, Гавайи». Американский минералог. 57: 188–216.

дальнейшее чтение

  • Фрезотти, Мария-Люсе (январь 2001 г.). «Силикатно-расплавные включения в магматических породах: приложения к петрологии». Lithos. 55 (1–4): 273–299. Bibcode:2001Litho..55..273F. Дои:10.1016 / S0024-4937 (00) 00048-7.
  • Ловенштерн, Дж. Б. (1995). «Применение включений силикатных расплавов для изучения магматических летучих веществ». В Thompson, J.F.H. (ред.). Магмы, флюиды и рудные месторождения. Минералогическая ассоциация Канады Краткий курс. 23. С. 71–99.
  • Vivo, B. de; Боднар, Р.Дж., ред. (2003). Включения расплава в вулканических системах: методы, приложения и проблемы.. Эльзевир. ISBN  9780080536101.

внешняя ссылка