大别造山带榴辉岩矿物间Mg同位素分馏机制及其地球化学意义研究

申请人近期的初步研究显示大别山碧溪岭榴辉岩中绿辉石－石榴石之间存在显著的镁（Mg）同位素分馏, 绿辉石相对石榴石富集重同位素26Mg，其Δ26Mg绿辉石－石榴石 > 1‰。本项目拟以大别造山带不同地区（碧溪岭、双河、石马、黄镇、浒湾、熊店及红安等）、具有不同峰期变质温度（500-800 oC）和形成压力的新鲜榴辉岩为研究对象，利用多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICPMS）精确测定其中主要含镁矿物（绿辉石、石榴石和多硅白云母）的Mg同位素组成。配合开展单矿物电子探针和氧同位素分析及地质温度计测温，查明榴辉岩中主要的含镁矿物之间Mg同位素分馏的机制（平衡分馏还是动力学分馏）及可能的影响因素（如分馏程度与温度的可能关系）；在此基础上探索"绿辉石－石榴石矿物对Mg同位素分馏"能否成为新的地质温度计。实验结果将为"自然界高温条件下Mg同位素的分馏行为"这一基础性科学问题提供重要制约。

稳定同位素的重要应用之一是“同位素地质温度计”。研究矿物对之间镁（Mg）同位素分馏的程度和机制是建立潜在的“Mg同位素地质温度计”的前提。本项目分析了大别造山带不同地点榴辉岩全岩及其中主要含镁矿物（绿辉石、石榴石和多硅白云母）的Mg同位素组成并开展了矿物电子探针和氧同位素组成分析。重要结果包括：1）在国际上首次发现榴辉岩中绿辉石—石榴石矿物对之间存在大的镁同位素平衡分馏（Δ26Mg绿辉石-石榴石>1‰），据此可以建立“绿辉石—石榴石Mg同位素温度计”；多硅白云母—绿辉石/石榴石矿物对之间Mg同位素分馏不平衡。2）通过“δ绿辉石–δ石榴石”图解和Δ18O绿辉石-石榴石值判别不同地点榴辉岩样品中绿辉石—石榴石矿物对之间是否达到了Mg同位素平衡分馏；利用判别获得的平衡分馏Δ26Mg绿辉石-石榴石值，结合样品的“单斜辉石—石榴石Fe-Mg交换温度”，标定获得“绿辉石－石榴石Mg同位素温度计”的表达式为1000lnα绿辉石-石榴石 = (0.98 ± 0.09) × 10^6/T^2。本项目建立并标定的“绿辉石－石榴石Mg同位素温度计”避免了传统的“单斜辉石－石榴石Fe-Mg交换温度计”测温误差的主要来源（即单斜辉石电子探针数据中Fe3+含量的校正），从而提高测温的精度，有望为榴辉岩相变质作用的温度提供新的制约手段。