100KPa下辉石与熔体间三价铁分配的实验测定

辉石是玄武岩源区中 Fe$^{3+}$ 的主要宿主，在尖晶石和石榴石二辉橄榄岩中分别承载 79% 和 81% 的 Fe$^{3+}$，其中 opx 和 cpx 在尖晶石橄榄岩总 Fe$^{3+}$ 中分别承载 48% 和 31%。为更好理解辉石与熔体间 Fe$^{3+}$ 的分配，我们在 100 KPa 下开展实验，以 CO-CO$_2$ 气体混合在 $\Delta$QFM -1.19 至 +2.06 之间控制 f$_{O2}$，体系为仅饱和 opx 或 cpx 的安山质熔体。为获得大尺寸（100-150 $\mu$m）、均一的辉石，我们采用动态冷却技术，冷却速率 5-10$\deg$C/h，初始与最终保温温度分别高于和低于液相线 5-10$\deg$C 与 20-30$^\circ$C。所得辉石晶体中 Al$_2$O$_3$ 和 TiO$_2$ 的绝对变化分别小于 0.05 wt.% 和 <0.02 wt.%。辉石与淬火玻璃中的 Fe$^{3+}$/Fe$^T$ 由 XANES 测定。我们采用了新建立的 cpx 与 opx 的 XANES 标定，仅选取 X 射线在光轴面振动且与结晶学 c 轴成 $50 \pm 5^\circ$ 的谱线。DFe$^{3+}$ cpx/melt 值随 fO2 从 $\Delta$QFM -0.44 升至 2.06 由 0.03 增至 0.53，而 DFe$^{3+}$ opx/melt 在 $\Delta$QFM -1.19 至 +1.37 间保持 0.26 不变。与自然橄榄岩质辉石相比，本研究结晶辉石在相似 f$_{O2}$ 下 Fe$^{3+}$/FeT 较低，推测源于较低的 Al$^{3+}$ 含量。本研究表明，pMELTS 与 Perple_X 中现有的热力学模型过高预测了辉石中 Fe$^{3+}$ 的稳定性，导致在计算的 MORB 生成条件下尖晶石橄榄岩呈现异常的还原性。