榴辉岩及埃达克质岩的Fe同位素研究

Eclogite partial melting (EPM) is an important, and once very common fashion of partial melting during the construction of continental crust, which produces adakitic rocks. Till now, it is still unknown whether significant Fe isotope fractionation occurs during EPM. Our primary study reveal a large δ56Fe variation up to 0.9‰ (-0.22~0.70‰) in low-Mg adakitic rocks, suggesting significant fractionation may happen during EPM. Currently, however, it is hard to evaluate contribution to the total variation from source difference, magma fractionation, fraction of partial melting, oxygen fugacity, and etc.This project plans to constrain the Fe isotope fractionation scale and mechanism by investigation of exhumed eclogites in subduction zones, determination of fractionation between garnet and clinopyroxene, contrast studies of Dabie normal granitoids, low-Mg and high-Mg adakitic rocks and adakites from slab melting. Finally, influence of recycled eclogites on the Fe isotope systematics of the silicate Earth will be evaluated.

榴辉岩部分熔融（EPM）是地壳形成过程中一种重要，且曾经非常普遍的熔融方式，其部分熔融产物形成埃达克质岩。目前尚不清楚该过程中铁同位素是否发生显著分馏。申请人预研究发现低镁埃达克质岩的δ56Fe变化范围高达0.9‰（-0.22~0.70‰），可能揭示EPM过程中发生显著的铁同位素分馏，但目前尚无法评估源区组成、岩浆分异、熔融比例、氧逸度等对上述分馏的贡献。本项目拟通过调查俯冲带榴辉岩铁同位素变化范围及成因，石榴石-辉石矿物间分馏，对比研究大别-苏鲁普通花岗岩、低镁和高镁埃达克质岩、洋壳成因埃达克岩，以查明EPM过程铁同位素分馏的尺度和机制，探讨再循环榴辉岩对硅酸盐地球铁同位素体系的影响。

榴辉岩再循环和部分熔融是地球成分分异和壳幔相互作用的重要方式，相关过程中的铁同位素分馏行为尚有待查明。本项目通过系统分析榴辉岩、埃达克岩、非埃达克质花岗岩和混合岩全岩和矿物的铁同位素组成，取得以下主要观察和成果：1）俯冲进变质脱水过程中，岩石的铁同位素组成不发生显著分馏，但Fe3+/ΣFe会系统降低，指示氧化剂以流体形式释放至上伏板片/地幔楔；2）测定了单斜辉石和石榴子石间的平衡同位素分馏系数，△56FeCpx-Grt = 0.28±0.11 ×10^6 /T^2 (2SD)；3）长石具有相对其它共存矿物显著高的δ56Fe，可解释长石堆晶岩（如斜长岩等）具有的重铁同位素组成；4）结合文献数据，揭示熔体组成对铁同位素分馏影响的主要控制因素是(Na+K)/(Ca+Mg)，而不是SiO2；5）首次报道岩浆岩岩体边界因Fe-Mg互扩散导致的全岩尺度同位素分馏剖面，展示了Fe-Mg同位素联合示踪识别扩散作用影响的潜力；6）系统研究了埃达克质岩浆作用过程中的铁同位素分馏行为，首次通过天然样品定量制约了石榴子石源区残留对岩浆δ56Fe的影响，发现源区石榴子石残留确实倾向于提升岩浆岩的δ56Fe，但尺度有限。本项目工作不仅限定了进入地幔俯冲物质的铁同位素组成，提供了俯冲物质影响地幔楔氧逸度的新证据，还系统的研究了岩浆过程中铁同位素分馏的关键系数和机制，对加深理解硅酸盐地球铁同位素体系和岩浆岩铁同位素组成变化成因具有重要意义。