海洋所在制約高溫巖漿礦物間鉀同位素分餾機(jī)制方面獲新進(jìn)展
中國科學(xué)院海洋研究所深海中心孫衛(wèi)東研究團(tuán)隊(duì)楊廷根、劉海洋等人系統(tǒng)研究了寶雞超鉀質(zhì)和相關(guān)花崗質(zhì)全巖與單礦物的鉀同位素組成,結(jié)合第一性原理計(jì)算,研究系統(tǒng)查明了高溫巖漿過程中礦物間的鉀同位素地球化學(xué)行為,揭示了礦物間鉀同位素分餾的尺度和控制機(jī)制,探討了角閃石分離結(jié)晶對于島弧巖漿鉀同位素組成的影響,相關(guān)成果發(fā)表在國際地學(xué)期刊Chemical Geology。

秦嶺造山帶地質(zhì)簡圖及研究區(qū)域
與俯沖有關(guān)的地幔熔融作用所產(chǎn)生的弧巖漿是地球上最重要的巖漿活動之一。研究顯示,俯沖帶板片脫水可以產(chǎn)生顯著的鉀同位素分餾。對于礦物間的鉀同位素分餾,前人研究主要集中于低溫實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算,有關(guān)自然樣品的研究極其有限。寶雞地區(qū)出露大量含鉀礦物的超鉀質(zhì)巖,是研究巖漿過程中礦物間鉀同位素分餾的理想對象。本研究以秦嶺造山帶寶雞地區(qū)的超鉀質(zhì)和花崗質(zhì)巖為研究對象,開展了系統(tǒng)的巖相學(xué)、礦物化學(xué)、全巖與礦物鉀同位素組成和第一性原理計(jì)算研究。研究發(fā)現(xiàn),礦物間的鉀同位素分餾并不均一,礦物的鉀同位素組成和礦物間的鉀同位素分餾主要受控于K-O鍵強(qiáng)和同位素交換過程。更強(qiáng)的鍵強(qiáng)會富集更重的鉀同位素,而不平衡的同位素交換則會產(chǎn)生顯著的鉀同位素分餾。

寶雞超鉀質(zhì)和花崗質(zhì)全巖和相應(yīng)單礦物K同位素組成圖解
對寶雞超鉀質(zhì)和花崗質(zhì)巖含鉀礦物的鉀同位素組成研究顯示,黑云母和微斜長石間的鉀同位素分餾有限,結(jié)合理論計(jì)算結(jié)果和這些礦物中均勻的K2O含量,研究指出黑云母和微斜長石間達(dá)到了鉀同位素平衡。花崗質(zhì)巖的斜長石鉀同位素組成變化很大,并且與其他含鉀礦物間的鉀同位素分餾尺度變化顯著,結(jié)合理論計(jì)算結(jié)果與前人研究,該研究認(rèn)為斜長石與其他含鉀礦物并未達(dá)到鉀同位素平衡。根據(jù)角閃石與微斜長石間的鉀同位素分餾尺度,結(jié)合礦物K2O含量與理論計(jì)算結(jié)果,該研究指出超鉀質(zhì)和花崗質(zhì)巖分別記錄了角閃石與其他含鉀礦物間的不平衡與平衡分餾。
研究進(jìn)一步模擬了島弧巖漿演化過程中的鉀同位素組成變化,結(jié)果顯示,作為島弧巖漿分異過程中的重要含鉀礦物,角閃石的分離結(jié)晶并不會顯著改變殘余巖漿的鉀同位素組成,表明弧巖漿演化過程不會伴隨顯著的鉀同位素分餾。因此,島弧巖漿的鉀同位素組成變化可以有效示蹤地幔源區(qū)的變化,并揭示俯沖帶的殼幔相互作用。

角閃石分離結(jié)晶對島弧巖漿K同位素組成影響的模擬圖解
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所碩士研究生楊廷根,通訊作者為劉海洋副研究員。研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院先導(dǎo)科技項(xiàng)目、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
相關(guān)成果論文題目及發(fā)表鏈接如下:
Yang, Tinggen(楊廷根)., Liu, Haiyang(劉海洋)., Li, Yonghui(李永輝)., Xue, Ying-Yu(薛穎瑜)., Li, Xiaoqiang(李曉強(qiáng))., Wang, K(王昆)., Sun, W.-D(孫衛(wèi)東). (2023). High-temperature inter-mineral potassium isotope fractionation in ultrapotassic and granitic rocks: Implications for the potassium isotopic compositions of arc magmas. Chemical Geology 641: 121770.
原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254123004710?via%3Dihub
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