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我院在岩浆岩Fe同位素研究上取得新进展

发布时间:2017-09-21 浏览次数:10

放射性同位素(SrNdHf等)主要记录的是岩浆源区的信息,而金属稳定同位素(FeMgCuZn等)的分馏则更多与岩浆演化过程相关。其中Fe是火成岩中丰度最高的变价元素,也是重要的成矿元素,主要以+2+3价赋存于各类岩石、矿物和流体中,并广泛地参与各种岩浆作用和成矿作用。因此,Fe同位素在示踪岩浆过程和成矿方面具有巨大的潜力。要将铁同位素作为示踪岩浆过程和成矿作用的工具,须先厘清Fe同位素在岩浆过程中的分馏机制。目前,国际上Fe同位素测试刚起步不久,尤其对于高硅火成岩铁同位素的分馏机制仍存在激烈的争论,其中结晶分异和流体出溶是最有可能的两种机制。前人的研究主要集中在花岗岩上,但是,花岗岩的流体过程很复杂,而且局部可能受到矿物堆晶的影响。与侵入在地壳之中的花岗岩相比,与其成分相当的喷出于地表的流纹岩的流体出溶过程(火山去气)相对简单,可以进一步帮助阐明铁同位素分馏机制和探索其应用前景。地球科学与工程学院李伟强教授作为中组部“青年千人”回国以后在内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室建立了Fe同位素分析方法,南京大学“登峰计划”入选者王孝磊教授结合前期花岗岩-火山岩成因研究的积累,联合起来开展了深度合作,选择了华南和越南几个地区代表性的高硅流纹岩样品进行研究。

分析结果表明,这些高硅流纹岩的Fe同位素发生了很强的分馏(δ56Fe0.05±0.05‰ ~ 0.55±0.05‰),且随着岩浆演化δ56Fe值逐渐升高,为我们探究Fe同位素的分馏机制提供了良好的基础。尽管这些火山岩样品缺乏明显的流体出溶痕迹,暗示了火山去气过程对它们的熔体成分影响很小,研究团队开展了模拟计算,系统地评估了火山去气作用对流纹岩Fe同位素分馏的贡献。模拟结果表明,即使去气过程中出溶的水含量达到10wt.%(一般的酸性岩浆水含量集中于3~6wt.%之间),也只能使熔体的δ56Fe值升高0.06‰,远不足以解释流纹岩中大的δ56Fe值变化,这明确地排除了流体出溶(火山去气)对岩浆Fe同位素分馏的影响。研究团队注意到,不同含铁矿物的δ56Fe值变化非常大(可从钛铁矿的–0.23‰变化到长石的+0.91‰),它们从熔体中的分离可引起较大的铁同位素分馏。而所研究的样品随着岩浆演化δ56Fe的升高,则对应了低δ56Fe的矿物(黑云母和Fe-Ti氧化物)从岩浆中的分离。鉴于这项研究,研究者指出,含铁矿物的结晶分异是控制高硅火成岩中Fe同位素分馏的主要因素;相应地,Fe同位素在示踪高硅岩浆演化和示踪地壳成分分异等方面具有广阔的应用前景。

该工作得到了国家重点研发计划、自然科学基金委、青年千人计划和南京大学登峰计划的联合资助,是王孝磊课题组和李伟强课题组共同合作的成果,硕士研究生杜德宏为论文的第一作者,相关成果发表在国际地球化学一流学术刊物《Geochimica et Cosmochimica Acta》上:

 Du DH, Wang XL*, Yang T, Chen X, Li JY, Li WQ*, 2017. Origin of heavy Fe isotope compositions in high-silica igneous rocks: a rhyolite perspective. Geochimica et Cosmochimica Acta, 218: 58-72, https://doi.org/10.1016/j.gca.2017.09.014.