中国东部“低δ18O”A型花岗岩锆石Li-O同位素研究

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中国东部广泛发育有中生代A型花岗岩,目前对这些A型花岗岩的物质来源和成因还存在不同的认识。特别是其中"低δ18O值"A型花岗岩,同位素资料表明这些花岗岩很可能来源于蚀变的洋壳或经历过高温水岩相互作用的低δ18O地壳岩石。这一结论与实际地质观察并不一致,目前并无法给出很好的解释。Li同位素对流体参与过程的示踪具有很大的优势,因此,Li-O-Hf多元同位素体系示踪可以为深入理解这些"低δ18O值"A型花岗岩的成因提供重要的制约。对中国东部六个"低δ18O值"A型花岗岩(碾子山、后石湖山、崂山、苏州、普陀山和桃花岛)进行了系统研究,完成了相关岩相学和全岩主微量元素分析、进行了微区原位U-Pb定年、Hf-O同位素分析;建立与完善锆石微区原位和全岩Li同位素分析技术,研究锆石标样中Li同位素的地球化学行为及其在岩石成因中的示踪意义,并通过Li-O-Hf同位素体系对A型花岗岩源区进行制约。  为了获得可靠高质量的同位素数据,研究了高[U]对SIMS分析中U-Pb年龄及氧同位素的影响,选取低δ18O值苏州岩体作为研究对象,通过CamecaIMS1280二次离子探针、拉曼光谱,对苏州A花岗岩进行锆石微区原位U-Pb定年、锆石、石英氧同位素以及锆石结晶程度分析。结果显示,对于不同岩性的样品,锆石有着非常一致的结晶年龄,为126.5±0.6Ma,但[U]>3000ppm时,测得年龄偏高(130-140Ma),即"高U效应"。SIMS氧同位素显示出不同的特征:[U]<1500ppm时,锆石氧同位素基本不受[U]影响,成很好的正态分布,加权平均值为5.3±0.3‰,[U]>1500ppm时,氧同位素变化范围增大,且与[U]负相关,氧同位素加权平均值为4.8‰。研究认为,锆石[U]对U-Pb体系、氧同位素影响机制不同。高U效应主要受SIMS分析基体效应的影响,而低δ18O是由于锆石氧同位素体系在严重放射性损伤过程中不能保持封闭,低δ18O含水组分易进入锆石并发生扩散作用造成的。因此,高铀锆石对氧同位素的保存不如石英,有必要通过Ddpa结合拉曼光谱对锆石放射性损伤程度进行评估和定量分析,并对锆石定年结果及氧同位素分析进行筛选。筛选后的结果显示,除了碾子山A型花岗岩,后石湖山、崂山、苏州、桃花岛和普陀山岩体锆石-石英氧同位素高温下平衡,且都落于地幔值范围,均不属于低δ18O花岗岩。  Li同位素在锆石中的扩散可以导致极大的分馏。锆石作为对Li同位素保存最好的矿物,其Li同位素扩散现象也非常普遍,因此,运用L同位素进行示踪时需要确定扩散的影响。对Ple(s)ovice,Qinghu和Temora三个锆石标样大颗粒,通过Cameca1280HR进行二次离子质谱(SIMS)高精度微区原位Li同位素(δ7Li)及含量([Li])分析、锆石Li、U、Th、P、Y、Yb、Zr、Si元素二次离子图像分析,研究Li在锆石内部系统的空间变化及规律。对锆石标样的分析结果显示,锆石内部Li同位素非常不均一。三个锆石标样均有5-20μm宽的高[Li]边,从边缘向中心,[Li]逐渐降低,边缘处[Li]大约是中心部位的5到10倍。在锆石边缘~50μm的范围内,δ7Li会发生大约~20‰分馏。  鉴于Ple(s)ovice,Qinghu和Temora三个锆石标样均一的U-Pb年龄和Hf-O同位素组成,可以认为在锆石结晶过程中,其熔体成分均一且保持不变,也没有外来熔体/流体的加入;由于在高温下Li同位素分馏很有限,三个锆石标样同样很有可能有着初始与岩浆达到平衡的、均一的Li同位素。因此,锆石中心均一的δ7Li值最有可能反映了锆石结晶时的岩浆同位素组成。对于Li同位素微区原位分析,应尽可能选择大颗粒矿物中心进行分析;对于越老的样品,其在矿物中心保存原始δ7Li值所要求的颗粒越大,应尽可能做剖面分析来确定矿物中心是否受到扩散影响。  Hf-O-Li同位素示踪显示,碾子山锆石δ18O为4.6‰。Li同位素值偏低,δ7Li为0.7±1.7‰,暗示其来源于蚀变洋壳的可能非常小;同时,Li同位素也反映出岩浆源区基本没有地表流体的加入。碾子山形成于年轻的地壳受软流圈上涌影响发生部分熔融,其略偏低的δ18O值有可能反映了岩浆上升过程中减压去气作用(H2O和CO2)。崂山、桃花岛岩体中涉及到受交代作用的地幔或者下地壳源区;后石湖山、苏州、普陀山,为地壳基性岩重熔的产物,基性岩浆的底侵为其提供物源和热源。
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