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为了更好地理解角闪石在弧岩浆演化过程中对Nb/Ta和Dy/Yb分异的作用,我们以中钾和高钾玄武岩为初始物在不同的温度、压力、氧逸度以及初始TiO2含量和水含量条件下系统进行了大量实验,测定了Nb、Ta、Dy、Yb等元素在角闪石/熔体间的分配系数。实验结果表明,在地壳的温压条件下角闪石是含水玄武岩体系主要的结晶相。角闪石/熔体的Nb、Ta、Dy和Yb分配系数分别为:DNb,0.16-0.90; DTa,,0.13-0.68; DDy,0.72-4.77; DYb,0.43-3.81; DNb/DTa,0.76-2.81; DDy/DYb,1.23-1.68。对于Nb和Ta,初始TiO2和氧逸度没有什么影响,温度和水以及角闪石和熔体的成分是主要的影响因素。DNb、DTa和DNb/DTa会随着温度、角闪石Mg#和熔体水含量的降低以及熔体聚合度的升高而升高。对于Dy和Yb,初始TiO2、氧逸度和角闪石Mg#没有什么影响,温度和水和熔体的成分是主要的影响因素。DDy和DYb会随着温度和熔体水含量的降低以及熔体聚合度的升高而升高。 当弧岩浆在地壳压力下冷却结晶时,角闪石的Mg#会降低而熔体聚合度会升高,这会导致角闪石/熔体的DNb、DTa、 DDy、DYb和DNb/DTa发生明显升高。因此在分离结晶的过程中,演化岩浆中的Nb/Ta、Dy/Yb分异会逐渐增强。与此同时,随着结晶程度的升高熔体水含量也会升高,这会减缓分配系数的增长。因此由于角闪石结晶导致的熔体Nb/Ta、Dy/Yb分异的趋势取决于温度和熔体水含量。只有相对低温并且低水含量条件下才会有高分配系数。全球的大多数弧火山套以及全球弧火山的平均值都表现出了Nb/Ta、Dy/Yb随着岩浆演化而下降的趋势,只有在低水含量下结晶的角闪石才会在共存熔体中产生这种趋势。因此弧岩浆演化过程中Nb/Ta、Dy/Yb的分异应该主要受控与角闪石分离结晶,而且实验和模拟的结果表明角闪石时弧岩浆演化和大陆地壳形成过程中的主要结晶相。 模拟结果还表明,要使岛弧玄武岩的Nb/Ta比值从15的平均值降低到大陆地壳12-13的平均值需要角闪石具有大于1.2-1.4的DNb/DTa,平均值为1.3。因此在弧岩浆演化过程中,角闪石应通常具有大于1.3的DNb/DTa,这指示了角闪石结晶时的条件。在本实验研究中,只有当初始水含量小于4.6wt%时才会出现大于1.3的DNb/DTa。因此在大多数情况下弧岩浆的含水量应该小于4.6wt%。