淡色花岗岩被认为是典型的地壳深熔产物,但又代表着地壳最分异的部分。云母和长石是淡色花岗岩中的主要组成矿物,也是其源区熔融反应的主要参与者,还是B和Mo元素的主要控制相。因此,淡色花岗岩是解决上述问题的理想对象。对此,中国科学院广州地球化学研究所岩石学学科组博士生范晶晶、研究员王强、副研究员马林及其合作者对喜马拉雅错那洞淡色花岗岩(富黑云母花岗岩、二云母花岗岩、含石榴石白云母花岗岩)进行了矿物学、元素及Sr-Nd-B-Mo同位素地球化学研究,主要取得了以下认识:
(1)富黑云母花岗岩并不代表岩体中早期最不演化的组分,其相对高的Fe2O3、MgO、TiO2、Zr、REE含量和变化较大的Sr-Nd同位素组成(图1)以及其中具有熔融残余特征的黑云母,表明可能是源区残余黑云母及磷灰石等矿物携带的结果。
(2)二云母花岗岩Sr-Nd同位素表现出正相关变化趋势,这种现象也出现在夏如和Manaslu淡色花岗岩(图1)中,这不能用分离结晶来解释,而可能是非实比部分熔融并耦合副矿物溶解的结果:熔融体系水活度增加会促进长石和独居石溶解,使熔体向低87Sr/86Sr、低εNd(t)的方向演化。
(3)二云母花岗岩的B体系与Rb-Sr-Ba体系呈较好的相关性(图2),这种相关性可能指示两种机制——分离结晶作用和熔融程度的差异。研究人员对分离结晶过程中B同位素变化模拟发现,即使100%长石分离结晶也不能解释二云母花岗岩的B同位素变化(图3a-c),因此,二云母花岗岩的B同位素组成可能主要受源区熔融过程控制。熔体B同位素逐渐变重可能是源区长石熔融比例增加造成的,或是在熔融过程中形成了富轻B同位素的富Al矿物(如夕线石)。含石榴石白云母花岗岩B同位素变化与二云母花岗岩变化趋势相反(图2),这可能主要是晶体-熔体分异与熔体-流体反应共同作用的结果,模拟结果也证实如此(图3d)。
(4)二云母花岗岩与含石榴石白云母花岗岩的Mo同位素显示出与B同位素一致的变化趋势(图4),对于二云母花岗岩,其矿物Mo同位素组成与熔体一致,因此,其Mo同位素变化可能主要受熔融过程中长石贡献比例的控制,而含石榴石白云母花岗岩Mo同位素随岩浆演化程度增加而变重,这是分离结晶还是流体作用者两者共同作用的结果,仍需进一步的讨论。
(5)深熔花岗岩的组分变化主要受控于源区过程,其次为浅部侵位过程的晶体-熔体分异及可能伴随的熔体-流体作用;B-Mo同位素体系可用作示踪深熔熔体产生及分异的有效工具。
相关研究成果以Boron and molybdenum isotopic fractionation during crustal anatexis: Constraints from the Conadong leucogranites in the Himalayan Block, South Tibet为题,发表在Geochimica et Cosmochimica Acta上。研究工作得到第二次青藏高原综合科学考察研究、中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院青年创新促进会等项目的联合资助。
图1.错那洞淡色花岗岩及喜马拉雅其他地区淡色花岗岩Sr-Nd同位素图解
图2.错那洞淡色花岗岩B同位素与Rb-Sr-Ba体系相关性图解
图3.错那洞淡色花岗岩B同位素地球化学模拟
图4.错那洞淡色花岗岩Mo同位素体系与元素相关性图解