热扩散驱动的元素分异和同位素分馏:一种不容忽视的硅酸盐成分分异机制

作者：常翱飞; 丁兴^*

来源：岩石学报, 2020, 36(01): 99-112.

• 热梯度
• Soret效应
• 元素扩散
• 同位素分馏
• 岩浆分异

热扩散在地质过程中是否发挥重要作用一直存有争议。本文回顾了热扩散的研究历史和现状,重点总结了热扩散驱动的元素和同位素行为规律,并探讨了温度、硅酸盐组分、压力和氧逸度等因素对热扩散行为的影响。已有的研究表明,稳定热梯度下的硅酸盐热扩散效应类似于结晶分异或AFC过程,可以造成轻、重同位素分别在高温端和低温端富集,而主、微量元素的扩散方向则取决于两端化学势的高低和熔体中的电价平衡。从基性岩浆到酸性岩浆,熔体聚合度增大,黏度增加,热扩散速率明显降低,成网元素的热扩散效应减弱,变网元素则反之;水、氟、氯和硫化氢等挥发组分能增加熔体的非桥氧比例,降低熔体聚合度,因而能显著增强硅酸盐熔体中元素和同位素的热扩散效应。在此基础上,本文提出了当前硅酸盐体系热扩散研究中存在的五个亟需解决的问题,即:1)对不同硅酸盐体系的热扩散规律的研究还不够全面; 2)对微量元素的热扩散行为认识不足; 3)硅酸盐体系热扩散作用的影响因素及尺度还不够明确; 4)热扩散作用的地质与地球化学关键识别标志有待确立; 5)硅酸盐体系热扩散作用的理论模型有待建立。尽管硅酸盐体系热扩散的研究还存在诸多不足,但越来越多的证据表明,热扩散是地质过程中不容忽视的一种成分分异机制。这种机制会造成岩浆房或岩浆通道中的元素分异和同位素分馏,可能对于一些成分分异的岩石和矿床的形成具有重要的意义。

• 单位
  同位素地球化学国家重点实验室; 中国科学院广州地球化学研究所; 中国科学院大学