冈底斯正嘎高硅花岗岩Fe同位素地球化学及分馏机理

Iron is the most abundant polyvalent metal and its isotopes play an important role in tracing the magmatic evolution and metallogenesis. There are relatively constant Fe isotope compositions in mafic to intermediate igneous rocks, but significant fractionation can be observed in the high-Si granites and rhyolites. The mechanism controlling Fe isotope fractionation in high-Si rocks remains a highly controversial topic, which is attributed to fractional crystallization and/or deuteric fluid exsolution. In this study, we focus on the Zhengga granites in the Gangdese Belt, that were formed by earlier crustal melting and subsequent differentiation, and thus are classified to be typical high-Si granites. Based on field investigation and previous studies, we will combine petrography and Sr-Nd-Fe isotope geochemistry, as well as coeval adakitic granodiorites in the region to clarify the petrogenesis, and constrain the mechanism of Fe isotope fractionation in the high-Si granites.

铁是火成岩中丰度最高的变价元素，也是重要的成矿元素，其同位素体系在示踪岩浆演化和成矿作用方面具有巨大的潜力。中基性火成岩一般具有均一的Fe同位素组成，而高硅花岗岩和流纹岩具有较大的分馏。前人对这一分馏机理进行了广泛深入的研究，但仍然存有争议，争论的焦点在于重的Fe同位素是形成于岩浆的分异结晶还是后期流体的出溶抑或两者的共同作用。针对这一难题，本项目选择具有代表性的冈底斯正嘎花岗岩开展工作，这套岩石形成于早期的地壳熔融和后期的高度分异演化，为一典型的高硅花岗岩。拟在野外地质调查和已有研究基础上，通过岩相学、全岩-矿物Fe同位素地球化学，结合Sr-Nd同位素研究，并与区内同期埃达克质花岗闪长岩进行对比，探讨高硅花岗岩的岩石成因，为Fe同位素的分馏机理提供重要的制约。

高硅花岗质岩石比中基性火成岩具有更重的Fe同位素组成，其分馏机理一直是研究热点。本项目分别对藏南正嘎花岗岩和雅拉香波淡色花岗岩开展了详细的岩石学观察，发现正嘎岩体由黑云母花岗岩和石榴石二云母花岗岩组成，两者呈渐变过渡关系；雅拉香波岩体发育二云母花岗岩、白云母淡色花岗岩、电气石淡色花岗岩和石榴石淡色花岗岩四种演化程度逐渐升高的岩石类别。对正嘎花岗岩开展了全岩Fe-Mg同位素研究，查明黑云母花岗岩具有较轻的δ57Fe值 (-0.04~+0.13‰) 和较重的δ26Mg值 (-0.60~-0.17‰)；石榴石二云母花岗岩具有较重的δ57Fe值 (-0.01~+0.28‰) 和较轻的δ26Mg值 (-0.72~-0.12‰)。通过Fe-Mg同位素随SiO2和Zr/Hf等岩浆分异指标的变化规律以及瑞利分馏模拟，揭示了分离结晶作用是正嘎高硅花岗岩Fe同位素分馏的主导因素。对雅拉香波淡色花岗岩的全岩主微量元素和Fe同位素研究发现，二云母花岗岩的Fe同位素随岩浆演化逐渐降低 (δ57Fe = +0.10~+0.46‰)，受控于重Fe矿物的分离结晶；白云母淡色花岗岩和电气石淡色花岗岩没有显著变化 (δ57Fe = +0.45~+0.60‰)，与源区岩石的部分熔融有关；石榴石淡色花岗岩具有最重的Fe同位素组成 (δ57Fe = +0.59~+0.82‰)，受控于岩浆演化晚期的流体出溶作用。本项目的开展进一步揭示了火成岩的Fe同位素分馏机理，深化了我们对高硅花岗岩成因的认识。