深熔花岗岩锆石Hf同位素变化的精细研究: 以华南武夷-云开地区早古生代花岗岩为例

Previously published data have indicated that many peraluminous granitoids, especially anatectic granitoids commonly show large variation of Hf isotopes in magmatic zircons (?εHf >6). This variation is significantly larger than analytical error for single analysis (commonly lower than 0.5-1.0 εHf unit). However, the mechanisms for the Hf variations in zircons are still unclear. Therefore, it is urgent to select representative granitic plutons for detailed studies on this issue to make it clear whether the variation is related to the involvement of mantle-derived magmas or disequilibrium melting of source rocks, or other alternative mechanisms. Based on previous studies and available data, this project plans to select the Early Paleozoic anatectic granitoids in the Wuyi-Yunkai area of South China as a case study to make detailed in situ Hf isotope analyses in zircons. This study will combine in situ U-Pb dating and oxygen isotope analysis, and try to find the extent and the possible rules for Hf isotope variation in zircons within a single rock sample and a single pluton. The comparisons of Hf isotopes for zircons and whole-rock powers will also be carried out. In addition, this study will study the influence of mineral assemblages of source rocks on the Hf isotope variation in magmatic zircons, which will be helpful for us to understand the major factors that will lead to the large Hf isotope variation in zircons within a single rock sample. These studies will confirm how much contribution has been made by mantle-derived magmas in formations of the Paleozoic anatectic granitoids in the Wuyi-Yunkai area, and undoubtedly, will contribute the discussions on granite petrogenesis and tectonic settings in the area.

大量研究表明，过铝花岗岩（尤其是深熔花岗岩）中的锆石Hf同位素常有较大的变化范围（?εHf>6）；该变化远超过单点的分析误差。然而，这一同位素变化的产生机制尚不清楚。究竟是与幔源岩浆的加入有关还是地壳岩石不平衡熔融的结果，抑或是其他原因所造成的，这些问题迫切需要选择代表性花岗岩体开展精细Hf同位素工作来进行深入研究。本研究拟在已发表资料的基础上，选择华南武夷-云开地区的深熔花岗岩为例，开展精细的锆石原位Hf同位素分析，并结合原位U-Pb定年和O同位素等分析，了解深熔花岗岩锆石Hf同位素的变化范围和规律，探寻岩石和岩体中不同位置/部位锆石Hf同位素的变化，对比锆石Hf同位素与花岗岩全岩Hf同位素的差异，分析源岩矿物组成对花岗岩Hf同位素变化的影响，进而揭示花岗岩锆石Hf同位素变化的影响因素；同时明确幔源岩浆在这些早古生代花岗岩形成过程中的贡献，并对这些花岗岩的成因及成岩构造背景做进一步探讨。

地壳深熔作用是花岗岩形成的重要过程，蕴含了地壳再造和花岗质岩浆最初产生过程的重要信息，对于解决花岗岩中较大锆石Hf同位素变化的机制有重要作用。本课题基于最近揭示的锆石Hf同位素变化较大这一现象以及对于其形成机制的争议，选择华南武夷-云开地区的深熔花岗岩等为例，开展四次野外工作，开展精细的锆石原位Hf同位素分析，并结合原位U-Pb定年和O同位素等分析，了解深熔花岗岩锆石Hf同位素的变化范围和规律，并结合全岩Hf同位素实验，分析岩石手标本不同位置/部位锆石Hf同位素的变化，为解释这一问题和争议提供新的认识。本课题的工作主要有以下几个创新点：（1）华南武夷-云开地区的深熔花岗岩含有大量的新元古代核部老锆石，深熔产生的新生锆石和锆石边部的Hf同位素也有较大的变化，主要是继承了核部老锆石的Hf同位素特征，并随着温度的升高Hf同位素有均一化的趋势，反映了源区熔融时的初始同位素不平衡以及后期的均一化过程；（2）通过对一系列代表性岩石的全岩Hf同位素分析，揭示了花岗质岩浆的源区在初始熔融时Hf同位素并未与源区达到同位素平衡，这样不同批次产生的花岗质岩浆可能具有不同的Hf同位素组成信息；（3）华南武夷地区的深熔花岗岩产生于较低的温度（约750 ºC），是新元古代变沉积地层在早古生代变质作用之后紧随着发生深熔而产生，从变质到深熔的时间发生在很短的时间（约5个百万年以内）；（4）华南早古生代深熔花岗岩的新元古代地壳源区中有一定的新元古代低18O岩浆作用出现，主要出现在华南的南部，且在华夏地块也有出露，这些低氧岩浆与国际同期岩浆作用的对比表明，华南与印度、马达加斯加在新元古代中期，在Rodinia超大陆中处于邻近的位置。围绕本课题主要研究目标，我们在Geophysical Research Letters上发表第一标注论文1篇，在其他杂志发表第二标注SCI论文4篇，并以第一标注在Contributions to Mineralogy and Petrology上投稿1篇（目前在评审中）。