?

近日，我校地球和空間科學學院陳伊翔教授研究組在俯沖帶同折返巖漿巖地球化學方面取得重要進展。他們在世界典型的大陸碰撞造山帶中發(fā)現(xiàn)了形成于碰撞結(jié)束之際的多個同折返花崗巖體，揭示了礦物分離結(jié)晶作用對花崗質(zhì)熔體地球化學成分的影響，查明了高硅花崗巖的重Fe同位素組成特征受控于熔體的礦物結(jié)晶分異作用。這對理解造山帶巖漿作用、深俯沖陸殼化學分異以及高溫Fe同位素體系都具有重要意義。相關成果已于8月14日發(fā)表在國際地球化學領域著名學術期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》。

大陸碰撞造山帶深俯沖陸殼的部分熔融會顯著影響造山帶的動力學演化、殼幔相互作用和陸殼化學分異，因此具有重要研究意義。然而，目前對造山帶中巖漿產(chǎn)生與構造演化之間的成因聯(lián)系仍不清楚，特別是造山帶中廣泛出現(xiàn)的花崗巖與造山帶演化之間如何關聯(lián)起來仍不明確。此外，高硅花崗質(zhì)熔體粘度大、與礦物之間的密度差小，在巖漿演化過程中它能否發(fā)生顯著的礦物結(jié)晶分異，學術界一直存在不同認識。Fe同位素在地球殼幔演化過程中應用廣泛，業(yè)已發(fā)現(xiàn)高硅花崗質(zhì)熔體具有顯著偏重的Fe同位素組成，但對其成因一直有較大爭議。

針對以上這些問題，陳伊翔研究組選擇了中國中東部蘇魯造山帶的同折返花崗巖進行研究。蘇魯造山帶是世界上典型的大陸碰撞造山帶，其原巖屬性、變質(zhì)歷史和造山帶演化過程都已得到很好制約。這些為探討造山帶中深俯沖陸殼巖石的部分熔融和熔體組成演化特征奠定了堅實基礎。

他們在之前研究的基礎上(Zhao et al., 2017-GSA Bulletin; Zhou et al., 2020-GCA)，又在蘇魯造山帶新發(fā)現(xiàn)多個晚三疊世花崗巖體。通過鋯石U-Pb定年和O同位素分析，揭示了這些花崗巖體形成于深俯沖華南陸殼在折返初期的降壓熔融作用。這表明，深俯沖大陸地殼在峰期超高壓變質(zhì)之后10-20 Myr會發(fā)生顯著的降壓熔融，產(chǎn)生相當規(guī)模的同折返花崗質(zhì)巖漿作用。

這些同折返花崗巖的SiO2含量與其它主微量元素都顯示了良好的相關性，為其經(jīng)歷顯著的黑云母/白云母、斜長石、鈦鐵礦的分離結(jié)晶提供了可靠證據(jù)。同時，同折返巖漿鋯石的Hf和Nb含量及其與Eu/Eu*之間的相關性也指示，花崗質(zhì)巖漿經(jīng)歷了顯著的礦物分離結(jié)晶作用。這些結(jié)果揭示，高粘度、低密度的高硅花崗質(zhì)熔體仍然可以經(jīng)歷較強的礦物結(jié)晶分異作用。

這些花崗巖的Fe同位素組成與TFe2O3、Fe3+/∑Fe、主量元素(SiO2、Al2O3、CaO)、微量元素(Nb/Ta、Sr、Eu/Eu*)之間都顯示出顯著的相關性(圖1)。這是迄今為止在高Si花崗巖中發(fā)現(xiàn)的Fe同位素與全巖主微量元素之間最顯著的相關性。這種相關性指示，黑云母、鈦鐵礦等富Fe礦物的分離結(jié)晶是Fe同位素變化的控制因素，而部分熔融和流體出溶等過程對全巖Fe同位素組成的影響都極為有限。

此外，他們在同折返花崗巖的深熔成因鋯石域還發(fā)現(xiàn)了柯石英這種超高壓指示礦物。這是首次在花崗巖的深熔成因鋯石中發(fā)現(xiàn)柯石英。這表明，在經(jīng)歷大陸深俯沖的超高壓變質(zhì)帶中，花崗質(zhì)熔體有可能記錄從地幔深度初始熔融到后來巖漿結(jié)晶分異的一系列過程。這對示蹤地殼從部分熔融到結(jié)晶分異的巖石學和地球化學演化非常重要，需要在未來的研究中加以重視。

中國科大博士研究生馬赫志為論文第一作者，陳伊翔教授是通訊作者。該成果得到了中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金等項目的資助。

圖1.蘇魯造山帶同折返花崗巖的全巖Fe同位素組成與主微量元素相關圖

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2022.06.031.

（中科院殼幔物質(zhì)與環(huán)境重點實驗室、地球和空間科學學院、科研部）