地壳深熔过程中锆石的Zr同位素分馏

作     者：朱二林 夏琼霞 李赵雅 陈仁旭 James VAN ORMAN 

作者机构：中国科学技术大学地球和空间科学学院 中国科学技术大学岩石圈演化与环境演变全国重点实验室 行星探索与前瞻性技术前沿科学中心 Department of Earth Environmental and Planetary Sciences Case Western Reserve University 

出 版 物：《中国科学:地球科学》 (Scientia Sinica(Terrae))

年 卷 期：2024年第54卷第8期

页      面：2534-2545页

核心收录：

学科分类：070902[理学-地球化学] 0709[理学-地质学] 07[理学] 

基　　金：中国科学院科技先导专项(B类)项目(XDB41000000) 国家自然科学基金项目(92155306、41822201)资助 

主　　题：Zr同位素 锆石效应 非锆石效应 混合岩 地壳深熔作用 

摘      要：锆（Zr）作为高场强元素之一,由于有限的Zr同位素数据库,地质演化过程中的Zr同位素行为仍然存在许多疑问.岩浆体系中Zr同位素常用于示踪岩浆分异过程,而对于地壳深熔过程中Zr同位素分异与锆石结晶过程之间的关系仍有待研究.本研究对采自南拉萨和北大别两个高温变质地体的混合岩进行了锆石原位Zr同位素分析,结果显示出较大的同位素分馏,δ94/90ZrIPGP值(标记为δ94Zr)变化范围分别为-0.30‰～+0.81‰和-0.58‰～+0.49‰.在这些锆石中,除岩浆源区的残留锆石外,发现有两类新生锆石.根据寄主岩石的类型、锆石的微量元素含量和Zr同位素值,新生锆石可以分为两类:第一类是主要赋存于原位浅色体中的转熔锆石,具有最高的铌（Nb）-钽（Ta）-铪（Hf）-铀（U）含量,其δ94Zr值变化范围较大,并显著高于残留锆石δ94Zr值;第二类是主要赋存于异位浅色脉体中的深熔锆石,具有较高的Nb-Ta-Hf-U含量,其δ94Zr值与残留锆石相似.数值模拟计算表明,新生锆石的Zr同位素组成变化较大,主要是部分熔融过程中锆石和非锆石相的差异分解所释放的Zr同位素不同而导致的.转熔锆石的Zr主要来自于原位深熔熔体中含锆矿物相的分解（非锆石效应）,而深熔锆石的Zr主要来自于演化熔体中残留锆石的溶解（锆石效应）.混合岩中显著的Zr同位素分馏很好地反映了部分熔融过程中深熔熔体生成-迁移-聚集-结晶的动力学过程.因此,Zr同位素可以作为区分地壳深熔过程中转熔锆石和深熔锆石的有力工具.