过碱性流纹岩的成因及其Fe同位素研究——以澳大利亚Glass House地区和东昆仑造山带东段为例

The δ56Fe values of igneous rocks increase with increasing SiO2 contents. However, no single petrogenetic mechanism that can give rise to previously reported high δ56Fe in high-silica igneous rocks. The peralkaline rhyolite has higher FeOT, Na2O, K2O, halogen, high field strength elements, Th contents and 87Sr/86Sr ratios. The higher Fe content is consistent with the enrichment of Na- and Fe-rich alkaline minerals, such as aegirite, riebeckite and arfvedsonite. These alkaline minerals are important “carriers” for studying significant iron isotopic fractionation in high-silica volcanic rocks. We choose a set of Oligocene “bimodal” volcanic rocks in Australia and Triassic intermediate-acid volcanic rocks in the East Kunlun Orogenic Belt as our research subjects. Detailed petrologic and geochemical studies will be performed, including analyses on major elements and trace elements for both bulk rock and minerals, bulk-rock Sr-Nd-Pb-Hf-Fe isotope and Fe isotope of representative minerals. We use the formation and evolutionary process of Glass House peralkaline rhyolites to test whether Fe isotopes are fractionated or not and to establish its fractionation mechanism. We aim to reveal the geochemical behaviors of characteristic elements and isotopes for further understandings on the petrogenesis of peralkaline rhyolites. We will also reveal the Fe isotopic composition of peralkaline igneous rocks and discuss the mechanism of Fe isotopic fractionation in high-silica volcanic rocks.

火成岩样品的δ56Fe（或δ57Fe）与SiO2具有正相关关系，但岩浆演化过程中Fe同位素分馏机制并不明确。过碱性流纹岩具有较高的FeOT、Na2O、K2O、卤族元素、高场强元素及Sr同位素比值等，较高的Fe含量与其富含霓石、霓辉石、钠闪石和钠铁闪石等富Fe的碱性矿物相一致，这些矿物是研究高硅火山岩Fe同位素分馏的重要“载体”。本项目以澳大利亚Glass House地区一套渐新世“双峰式”火山岩和东昆仑造山带三叠纪火山岩为研究对象，通过岩石学、全岩-矿物主微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf-Fe同位素分析，用已知成因、研究程度高的Glass House钠闪碱流岩的形成、演化过程来检验Fe同位素是否分馏，并建立其分馏机制；分析东昆仑造山带过碱性流纹岩中特征元素、同位素富集和亏损的地球化学行为，深入理解岩石成因，揭示其Fe同位素组成特征并探讨高硅火山岩中Fe同位素分馏机制。

本项目以东昆仑造山带三叠纪花岗岩和火山岩以及澳大利亚Glass House地区一套渐新世“双峰式”火山岩为研究对象，完成的主要研究内容：一、东昆仑造山带晚三叠世高Nb-Ta流纹岩与鄂拉山组钙碱性流纹岩的成因；二、东昆仑造山带鄂拉山组火山岩与同碰撞花岗岩的成因联系；三、高Nb-Ta流纹岩与同时期辉绿岩脉的成因联系；四、东昆仑造山带三叠纪岩浆岩的成分变化（由钙碱性的流纹岩和花岗岩转变为碱性的流纹岩和辉绿岩）对于古特提斯洋构造演化的指示意义；五、澳大利亚Glass House地区渐新世火山岩以及东昆仑造山带高Nb-Ta流纹岩均发生了显著地Fe同位素分馏。 . 东昆仑晚三叠世高Nb-Ta流纹岩 (~209 Ma) 与野牛沟地区出露的晚三叠世辉绿岩岩脉（~219 Ma）可能是同一岩浆事件的不同产物，我们推测其母岩浆为后碰撞伸展背景下软流圈地幔发生减压熔融形成的碱性玄武质岩浆，其上升过程中经历过长期的分离结晶作用，很可能在地壳深度范围内形成了地壳岩浆房并产生了较大程度的地壳混染作用。东昆仑三叠纪鄂拉山组流纹岩（~232-225 Ma）与广泛分布的同碰撞花岗岩类（250-235 Ma）是同一岩浆事件的不同产物，均是在古特提斯洋闭合后，北侧的塔里木地体与南侧的松潘-甘孜地体的陆-陆碰撞的汇聚环境下，由已俯冲的古特提斯洋洋壳在角闪岩相发生部分熔融形成的，相对于同碰撞花岗岩岩浆，流纹质岩浆的演化程度更高。东昆仑造山带岩浆岩的成分从钙碱性中酸性岩浆系列到碱性岩浆序列分别对应于碰撞挤压和后碰撞伸展的构造背景，据此我们推测从碰撞挤压到后碰撞伸展到转换时间在大约220Ma。. 东昆仑造山带高Nb-Ta流纹岩均具有较高的δ56Fe值（δ56Fe = 0.516 ± 0.020‰ ~ 0.593 ± 0.033‰），而Glass House地区过铝质高硅流纹岩具有较大的Fe同位素分馏（δ56Fe = 0.074 ± 0.028‰ 和 0.623 ± 0.036‰）。Glass House地区具有成因联系的火山岩样品的δ56Fe与SiO2具有正相关关系。由于岩浆的产生、演化和岩浆后期的改造等过程中均可能产生Fe同位素的分馏，我们对于控制火成岩中Fe同位素分馏的机制并不十分明确。