埃达克岩与热液成矿过程中钾镁同位素分馏及其指示意义:以驱龙斑岩铜矿床为例

为研究后碰撞埃达克质岩岩浆分异和热液过程中的钾镁同位素分馏行为及其对斑岩铜矿床岩石成因的指示意义,本文对藏南驱龙斑岩铜矿床的一套埃达克质岩石开展了钾镁同位素分析。该套岩石包括闪长质包体、花岗闪长岩和花岗斑岩,后者是超大型斑岩铜矿床的成矿母岩。已有研究结果证实,这3套岩石很可能是由同一来源的不同程度的部分熔融和分离结晶作用形成的。研究结果表明,闪长质包体、花岗闪长岩和花岗斑岩的δ^(41)K组成分别为-0.38‰~-0.22‰、-0.43‰~-0.34‰和-0.59‰~-0.36‰。尽管3类岩石各自变化范围较小,但整体上δ^(41)K与K 2O和SiO_(2)含量呈现明显负相关趋势,表明全岩钾元素迁移和钾同位素发生了解耦,钾同位素产生了分馏。在闪长质包体花岗闪长岩演化期间,δ^(41)K与Sc和Y含量呈明显正相关关系,这指示了在该演化期间可能主要是角闪石分离结晶导致了钾同位素分馏。相比之下,花岗斑岩中具有明显的钾同位素组成变化,在花岗斑岩演化期间,δ^(41)K与Eu/Eu*和Sr含量呈正相关关系,表明在岩石演化晚期钾同位素的分馏可能主要跟斜长石分离结晶有关。然而,通过瑞利分馏模拟表明仅矿物分离结晶难以实现如此大的钾同位素分馏,花岗斑岩中的钾同位素分馏是岩浆热液共同作用的结果。值得注意的是,闪长质包体具有比地幔更重的钾同位素组成,导致这种现象的原因可能是复杂多样的:一方面,下地壳可能具有比地幔更重的钾同位素组成,岩浆混合机制下导致源区具有重钾同位素组成;另一方面,驱龙斑岩铜矿床的岩浆源区受到俯冲板片来源的富重钾流体/熔体所交代,导致其源区的钾同位素组成偏重。相比之下,这3类岩石的镁同位素组成比较类似(闪长质包体:-0.36‰~-0.19‰;花岗闪长岩:-0.28‰~-0.13‰;花岗斑岩:-0.44‰~-0.13‰),并且落在了地幔和下地壳范围内。这3类岩石的δ^(26)Mg跟MgO和SiO_(2)含量之间不存在相关性,表明埃达克质岩浆分异过程中(角闪石和黑云母)也不产生镁同位素分馏,与前人对花岗岩中镁同位素分馏行为的结论相一致。作为典型的热液型矿床,藏南驱龙斑岩铜矿床和江西德兴斑岩铜矿床在热液蚀变过程中均产生了钾镁同位素分馏。德兴斑岩铜矿床大部分蚀变岩的钾镁同位素值都高于新鲜岩浆岩,具有显著的钾镁同位素组成变化;相比之下,驱龙斑岩铜矿床埃达克质岩岩石的钾镁同位素组成大部分位于岩浆岩基线值范围内,受热液蚀变作用影响不显著。此外,驱龙斑岩铜矿床花岗斑岩中铜大量富集,岩浆热液流体出溶是导致铜大量富集的主要原因,可能至少有两种不同性质(温度、盐度)的热液流体导致花岗斑岩中钾镁同位素组成局部波动变化,这些流体不仅改变了花岗岩斑岩的钾镁同位素组成,并且从高度演化的岩浆中提取金属元素,最终导致铜成矿。

镁同位素示踪表生地质过程的原理及应用

镁(Mg)是流体活动性元素及生物必需元素,广泛参与地球表层圈层所涉及的物理、化学和生物过程。最近二十年发展起来的镁稳定同位素技术为研究表生地质过程中Mg的迁移转化过程,以及相应的生态环境效应提供了新的视野。利用镁同位素在全球物质迁移与循环过程中的同位素分馏效应来示踪表生地球化学过程,对于理解生物地球化学循环、全球碳循环和气候变化等具有重要的科学意义。本文系统介绍了镁同位素分析测试技术、表生地质过程镁同位素分馏机理、镁同位素示踪表生地质过程的研究进展及其存在的问题,并对其潜在的发展方向进行了展望,以期对镁同位素体系的未来研究提供借鉴。