新疆阿吾拉勒地区查岗诺尔富铁玄武岩低铁同位素的成因

The origin and enrichment mechanism of iron in ferrobasalts are one of the hot topics in the geoscience and have been long-debated. Iron isotopic system can provide a unique insight into this issue. The Awulale area is a key tectonic unit for studying the late Paleozoic tectonic evolution of the western Tianshan and also an important cluster with a lot of volcanic-hosted iron deposits. Several ferrobasaltic rocks were discovered in the area and display close relationship with iron deposits in time and space. Preliminary studies indicate that the Chagangnuoer ferrobasalt from the Awulale has abnormally light Fe-isotope compositions. Based on the comprehensive investigation of petrology, mineralogy and elemental and Sr-Nd-Fe isotopic geochemistry of the Chagangnuoer ferrobasalt and the exploration of Fe isotopic characteristics of the mantle xenoliths, Fe-Mn-rich sediments and country rocks, we try to decipher the origin of the light Fe-isotope compositions in the Chagangnuoer ferrobasalt and discuss its contribution to the formation of coeval iron deposits. Together with the elemental and isotopic geochemistry of the Zhibo ferrobasalt and Wuling ferrogabbro, we try to reveal the characteristics of mantle sources and geodynamic settings for the development of ferrobasaltic magma during the late Paleozoic.

富铁玄武岩的铁质来源和富集机制一直是地质学界关注的热点问题，并且存在诸多争议，铁同位素体系为解决该问题提供了独特的窗口。阿吾拉勒山是研究西天山晚古生代构造演化的关键构造单元，也是我国重要的火山岩型铁矿床的聚集区，区内分布着与铁矿床具有时空耦合关系的富铁玄武质岩浆岩。申请者初步研究发现，阿吾拉勒地区查岗诺尔富铁玄武岩具有异常低的铁同位素组成。本项目在系统岩石学研究基础上，拟通过矿物学、元素地球化学和Sr-Nd-Fe多体系同位素示踪的综合研究，并结合对西天山地幔包体、铁锰沉积物和研究区围岩铁同位素特征的探索，揭示查岗诺尔富铁玄武岩异常低铁同位素的形成机制，探讨富铁玄武质岩浆岩对区内同时代铁矿床形成的贡献；在此基础上，结合对区内智博富铁玄武岩和雾岭富铁辉长岩的元素-同位素地球化学研究，揭示该地区晚古生代地幔源区性质，解析富铁玄武质岩浆形成的地球动力学过程。

在固体地球的大多数地质体中，铁是一个重要的多价态元素。富铁物质随洋壳板片俯冲进入地幔可以影响地幔元素储库和氧化还原性质，进而制约幔源岩浆的岩浆分异趋势和相关矿化类型。不同富铁物质对地幔的影响也不同，与其本身岩性密切相关，然而缺乏有效的限定。铁同位素作为有用的示踪剂，可用于推测不同富铁物质的岩性，并且这些富铁物质的铁同位素指纹信息可能很好的被幔源岩浆所记录。本项目重点研究了西天山阿吾拉勒铁矿区查岗诺尔富铁玄武岩、英安岩和岩浆磁铁矿矿石的铁同位素组成，以期鉴定再循环富铁物质岩性，揭示阿吾拉勒大陆弧富铁玄武岩成因和对应巨量铁矿床的铁富集机制。.铁同位素分析结果表明，查岗诺尔富铁玄武岩和英安岩具有目前世界范围内已报道同类岩性中最低的δ56Fe组成，变化范围分别为-0.40‰‒-0.17‰和-0.16‰‒0.04‰。这些低铁同位素特征不能通过热液蚀变、地壳混染、岩浆分异、部分熔融、流体出溶或者化学扩散形成，而被认为源自于一个被再循环铁碳酸盐改造的地幔源区。通过FeO-MnO含量和Fe-Sr-Nd同位素耦合关系，利用亏损地幔、菱铁矿和铁白云石三端元混合来模拟富铁玄武岩源区地幔的组成，计算结果显示需要8−13 wt.%比例的铁碳酸盐加入到亏损地幔才可以形成富铁玄武岩的地幔源区组成。在南天山洋板片减压加热和软流圈上涌的共同作用下，俯冲板片中的铁碳酸盐沉积物可发生熔融。这些铁碳酸盐熔体加入地幔可将地幔楔氧逸度降至FMQ水平，从而抑制了磁铁矿早期晶出，很好的解释阿吾拉勒大陆弧地区岛弧拉斑玄武岩和大规模铁矿化的形成。值得注意的是，本项目创新性地提出了一个洋壳板片冷俯冲背景下碳酸盐再循环路径，即碳酸盐随板片俯冲进入地幔，随后随软流圈上涌发生再循环，地幔对流促使它们的混合物继续与流体交代的弧下地幔发生混合，最后部分熔融形成岛弧富铁拉斑质玄武岩和巨量铁矿床。