Magmatic evolution of the host magma of plutonic rocks in the Procellarum KREEP Terrane
Magmatic evolution of the host magma of plutonic rocks in the Procellarum KREEP Terrane
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Procellarum KREEP 地体深成岩宿主岩浆的岩浆演化
DOI：
10.1016/j.gca.2021.12.029
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发表时间：
2022
影响因子：
5
通讯作者：
Morishita Yuichi
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Togashi Shigeko;Tomiya Akihiko;Kita Noriko T.;Morishita Yuichi
月球三大地壳地体之一的Procellarum Kreep Terrane(PKT)镁系列岩石中富Kreep(K，稀土元素和P)组分的成因尚不清楚。为了确定其成因，我们利用斜长石的二次离子质谱分析，从PKT(PKT寄主岩浆)中估算了深成岩的寄主岩浆的成分，包括镁套岩和演化岩石。计算了斜长岩和熔体之间的分配系数，并考虑了斜长石的斜长岩含量、温度和块体岩石的主量元素组成，确定了母岩浆的组成。岩浆中锶含量为160~360ppm，Ba含量为520~7600ppm，二氧化钛含量为1.1~7.0wt%，大多数岩浆的钛、钡含量高于Kreep玄武岩和高K Kreep玄武岩。我们利用基于流纹石-熔融算法的相关系研究了两个块状硅酸盐月球(BSM)的岩浆和Kreep玄武岩的演化，一个是具有难熔元素球粒比率的块状硅酸盐月球(BSM)，另一个是具有非难熔元素球粒比率的地壳成分富集型BSM。我们提出了一个三阶段演化模型。阶段1：BSM岩浆多压多步分馏形成铁斜长岩(扇)壳，演化岩浆作为第一富Kreep组分(M0)。阶段2：M0的同化和分离结晶(AFC)，早期堆积和扇与深部地幔倾覆和碰撞事件有关，形成PKT寄主岩浆、镁套岩和作为第二富Kreep组分的演化岩浆(K0)。阶段3：与浅地幔翻转有关的K0、镁套岩或扇的进一步AFC旋回，冲击事件形成Kreep玄武岩。这一具有难熔元素非球粒陨石比(例如，亚球粒体钛/钡比)的地壳成分富集型BSM的三阶段模型再现了扇和PKT寄主岩浆的成分，后者分馏形成了PKT地区的镁套岩和Kreep玄武岩。特别是，该模型再现了我们从斜长石成分估计的PKT寄主岩浆的高钛和高Ba值。岩浆中二氧化钛和钛钡含量的变化(即钛/巴比值)是岩浆演化的关键控制因素。
The origin of the KREEP (K, Rare Earth Element and P)-rich component of the Mg-suite rocks of the Procellarum KREEP Terrane (PKT), one of three major lunar crustal terranes, is unclear. In an attempt to determine its origin, we estimated the composition of host magmas of plutonic rocks, including Mg-suite rocks and evolved rocks, from the PKT (PKT-host magmas) by using secondary ion mass spectrometry analyses of plagioclase. Calculated partition coefficients for Sr, Ba and Ti between plagioclase and melts, taking into account the anorthite content of plagioclase, temperature and bulk rock major-element compositions, were applied to determine parental magma compositions. The PKT-host magmas contained 160–360 ppm Sr, 520–7600 ppm Ba and 1.1–7.0 wt.% TiO2; most of them had higher Ti and Ba concentrations than KREEP basalts and high-K KREEP. We used phase relations based on the Rhyolite-MELTS algorithm to explore the evolution of the PKT-host magmas and KREEP basalts from two bulk silicate moon (BSM) starting compositions, a BSM with chondritic ratios of refractory elements, and a crustal-component-enriched BSM with non-chondritic ratios of refractory elements. We propose a three-stage evolution model. Stage-1: polybaric multi-step fractionation from a BSM magma to form ferroan anorthosite (FAN) crust and an evolved magma as the first KREEP-rich component (M0). Stage-2: assimilation and fractional crystallization (AFC) of M0, early cumulate and FAN associated with deep mantle overturn and impact events to form the PKT-host magmas, Mg-suite rocks and an evolved magma as the second KREEP-rich component (K0). Stage-3: further AFC cycles of K0, Mg-suite rocks or FAN associated with shallow mantle overturn and impact events to form KREEP basalts. This three-stage model for a crustal-component-enriched BSM with non-chondritic ratios of refractory elements (e.g., a sub-chondritic Ti/Ba ratio) reproduced the compositions of both the host magmas of FAN and the PKT-host magmas that fractionated to form the Mg-suite rocks and KREEP basalts of the PKT region. In particular, the model reproduced the high Ti and Ba contents of the PKT-host magmas we estimated from plagioclase composition. Variations of TiO2and Ba contents (and hence Ti/Ba ratios) of the magmas were critical controls on their evolution.
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