汇聚大陆边缘含水玄武质岩浆的Fe同位素分馏研究获进展

Fe同位素是示踪岩浆过程的良好指示剂。自从MC-ICP-MS能够测试高精度的Fe同位素数据以来，Fe同位素研究已有近20年的历史。过去的研究表明，高硅的花岗质岩石（SiO270 wt.%）普遍具有重的Fe同位素组成。导致其Fe同位素分馏的机制主要有岩浆演化后期含水流体的出溶、磁铁矿的后期饱和以及富Fe2+矿物的分离结晶。相比而言，玄武质和安山质岩石具有相对均一的Fe同位素组成，但有关Fe同位素在中基性岩浆中的行为以及其分馏机制并不清楚。

针对上述科学问题，中国科学院广州地球化学研究所岩石学学科组博士后李奇维、研究员王强与中国地质大学（武汉）教授赵军红及其合作者对扬子西缘新元古代同德岩体进行了Fe同位素研究。研究发现，这套岩石具有高的Sr/Y比值以及强烈亏损重稀土元素，表明石榴石和/或角闪石在岩浆演化中具有重要作用。它们的δ57Fe介于+0.07~+0.21‰，这一变化的Fe同位素组成可能受控于地幔部分熔融过程中石榴石的残留或者岩浆演化过程中石榴石的分离结晶。对样品的Fe同位素进行橄榄石和辉石的分离结晶校正，从而获得了原始岩浆的Fe同位素组成，这一组成比石榴石地幔部分熔融产生的熔体的Fe同位素明显要重。因此，源区石榴石的残留并不能解释样品的Fe同位素分馏。

进一步的研究表明，这些样品的Dy/Yb比值与Fe同位素随着岩浆的演化（即SiO

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的升高和MgO的降低），具有明显的先升高再降低的趋势。这一变化的微量元素比值与Fe同位素可以用岩浆的多阶段分异来解释。原始岩浆先经历了橄榄石/辉石的分离结晶，然后以石榴石的结晶为主。随着岩浆的上升和水含量的升高，角闪石达到饱和。另外，同德岩体被后期的中基性岩脉侵入，在两者的接触带发生了Fe同位素的扩散交换。

结合前人已发表的中生代-新生代的埃达克岩的Fe同位素，可以发现所有高Sr/Y的样品具有与全球火成岩类似的特征：只有当岩石的SiO

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含量高于65-70 wt.%时，其Fe同位素才会发生显著的分馏。因此，玄武质和安山质岩石小的Fe同位素分馏可能是因为岩浆经历了富重Fe同位素和富轻Fe同位素的矿物的分离结晶，这一过程抑制了中基性岩浆中可能的Fe同位素变化。

该项成果发表在地球化学专业期刊

Geochimica et Cosmochimica Acta

上。

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图1 石榴石地幔部分熔融的熔体与样品的原始Fe同位素组成对比

图2 Dy/Yb比值与Fe同位素组成随岩浆分异指标的变化图解

图3 分离结晶和扩散作用模拟，以及高Sr/Y样品的Fe同位素组成随SiO

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变化图解