资源所专家提出花岗岩体中普遍具有变化较大Hf同位素组成的新成因模式

近日，中国地质调查局矿产资源研究所郭春丽研究员，通过对同时代、同空间、同源区的千里山花岗岩体和花岗斑岩岩墙群的SIMS锆石U-Pb定年、LA-MC-ICP-MS锆石Hf和SIMS锆石O同位素分析，发现早侏罗世154.3~151.6 Ma期间形成的岩体和岩墙具有非常一致的锆石εHf(t)值和δ18O值范围（−11.1~−5.1和+8.3‰~+10.4‰），但是两者的锆石εHf(t)和δ18O值的频数分布特征具有显著的差异。花岗斑岩岩墙群的εHf(t)和δ18O均具有双峰式的分布形式（两个峰值分别为−9.5和−5.7、+9.5‰和+8.9‰），千里山岩体具有宽泛且连续的εHf(t)分布形式和正态的δ18O分布形式（峰值为+9.1‰）（图1）。造成这种现象的原因，是不均匀的地壳源区物质在部分熔融过程中产生了两个批次具有不同Hf–O同位素特征的长英质岩浆，其中一部分岩浆沿着深大断裂带快速上升形成了岩墙群，而另一部分汇聚于上地壳的岩浆储库中经历了混合作用形成了花岗岩体（图2）。在Hf和O同位素扩散速率一致的情况下，岩墙中的岩浆来不及发生充分的混合作用，因此其锆石记录的同位素特征能有效地反映两批次岩浆的原始特征。该研究表明相对同源的岩体来说，岩墙是追溯原始岩浆同位素特征的更加有效岩石学探针。

随着数据的积累，越来越多的研究发现绝大多数单一花岗岩体普遍呈现出变化大于5 εHf单位的同位素值，这一普遍现象引起了岩石学家的广泛兴趣，并引发了热烈的讨论。已有五种成因模式包括：①幔源和壳源岩浆的混合；②围岩混染；③单一源区不平衡熔融；④继承锆石Hf扩散；⑤物理和化学性质差异大的壳源岩浆混合。本研究对于宽泛且连续的锆石Hf同位素值形成的原因也进行了讨论并提出一种新的成因模式，即物理和化学性质相似的壳源岩浆在岩浆房内发生充分的混合，就可以导致单一花岗岩体中出现宽泛且连续的锆石Hf同位素值。

花岗岩是地球大陆地壳的重要组成部分，是地球区别于太阳系内其他行星的重要标志。这一研究成果为揭示花岗岩的物质来源提供了新的有力佐证，将广泛应用于花岗岩的成因机制研究。该项目受到国家重点研发计划课题（2016YFC0600208）和国家自然科学基金面上项目（41773028）的资助。

图1. (a) 花岗斑岩岩墙的锆石δ18O-εHf(t)相关图. (b) 千里山花岗岩体的锆石δ18O-εHf(t)相关图. (c) 花岗斑岩岩墙的锆石εHf(t)频率分布图. (d) 千里山花岗岩体的锆石εHf(t)频率分布图. (e) 花岗斑岩岩墙的锆石δ18O频率分布图. (f) 千里山花岗岩体的锆石δ18O频率分布图. (c–f)中的插图是年龄加权平均图.

图2. 花岗斑岩岩墙和千里山花岗岩体由花岗斑岩岩墙补给形成的概念模式图. 两个性质不同的下地壳端元源区分别用黄色和红色表示；两个下地壳端元源区发生部分熔融形成岩浆中结晶的锆石分别用黑色和白色表示；两端元岩浆混合而成的岩浆房用桔黄色表示，其中高分异岩浆用粉红色表示. 具有黑色和白色环带的锆石是岩浆房中两个端元岩浆发生混合的结果。

Chunli Guo, Simon Wilde, Robert Henderson, Qiuli Li, Bing Yin. 2020. Cogenetic dykes the key to identifying diverse magma batches in the assembly of granitic plutons. Journal of Petrology. DOI: 10.1093/petrology/egaa105.

论文连接：https://academic.oup.com/petrology/advance-article-abstract/doi/10.1093/petrology/egaa105/6030954