晶体内部同位素差异可指示开放岩浆

图1：从碱性长石的核部到边部，Sr同位素初始值逐渐升高，εNd(t)值逐渐降低。

图2：（a）碱性长石结晶早期，混染作用比较弱；（b）碱性长石结晶晚期，由于剩余熔体的体积下降，混染作用更加明显，位于岩浆房边部的碱性长石可能记录了更加富集的Sr-Nd同位素特征。此外岩浆结晶晚期基性岩浆注入，和花岗质母岩浆混合形成暗色包体。岩浆房是一个相对开放的系统，岩浆在产生及演化过程中伴随着部分熔融、分离结晶、同化混染、岩浆混合等多重过程，识别这些过程对于认识岩石成因具有重要的意义。岩浆岩中不同矿物之间或同一个矿物内部的同位素差异是揭示开放的岩浆过程的有力工具。借助微区取样技术及微量样品同位素分析技术，前人发现火山岩中的斑晶能明显保留晶体内的同位素差异，并能有效指示复杂的岩浆过程。和火山岩中的斑晶相比，前人对侵入岩中矿物的研究相对较少。首先，侵入岩（尤其是大的侵入岩体）冷却缓慢，在缓慢冷却的过程中同位素可能趋向于平衡；其次，侵入岩易受岩浆期后高温热液的影响，在热液的参与下，同位素也容易达到平衡。但是已有研究表明，Nd同位素在矿物中具有相对慢的扩散速率，也不易受热液活动的影响，因此Nd同位素的差异很可能被保留在侵入岩中的晶体内部。中科院地质与地球物理研究所固体矿产资源研究室博士研究生李晓春与导师范洪瑞研究员等借助该所固体同位素实验室微量样品Sr-Nd同位素分析技术，对胶东崮山花岗岩（120Ma）中的碱性长石斑晶进行了微区Sr-Nd同位素分析。结果显示，从碱性长石斑晶的核部到边部，Sr同位素初始值逐渐升高（核部(87Sr/86Sr)i: 0.7099~0.7102；边部(87Sr/86Sr)i: 0.7104~0.7110），εNd(t)值逐渐降低（核部εNd（t）: -17.7~-20.5；边部εNd（t）: -21.1~-27.0）。从核到边耦合的Sr-Nd同位素变化反映了一个连续混染的过程；边部更明显的同位素变化指示碱性长石结晶晚期混染的作用更加明显；边部极其富集的Nd同位素特征揭示上地壳的古老片麻岩或花岗岩可能是混染物的重要来源。此外，不同碱性长石晶体的边部具有较大的同位素的差异，可能反应了岩浆演化的晚期随着岩浆温度降低，粘度加大，同位素扩散速率降低，在一个开放的岩浆房的不同部位存在着同位素的不平衡。崮山花岗岩中还存在少量的暗色包体。这些暗色包体具有细粒淬火结构，和寄主花岗岩具有相同的锆石U-Pb年龄，但是和寄主花岗岩相比，具有相对亏损的Sr-Nd-Hf同位素的特征，这些现象表明暗色包体是基性岩浆与酸性岩浆混合的产物。暗色包体的Sr-Nd-Hf同位素揭示基性岩浆很可能来自富集地幔。通过对崮山花岗岩中碱性长石斑晶及暗色包体的研究，科研人员识别出崮山花岗岩经历了多重开放的岩浆过程。此外，他们的研究还表明，侵入岩中的斑晶能保留晶体内部的同位素差异，并能有效得指示开放的岩浆过程。该成果近期发表在国际地质学期刊Journal of Asian Earth Sciences上（Li et al. An evolving magma chamber within extending lithosphere: An integrated geochemical, isotopic and zircon U-Pb geochronological study of the Gushan granite, eastern North China Craton. Journal of Asian Earth Sciences. 2012, 50: 27-43）。（来源：中科院地质与地球物理研究所）
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