喜马拉雅淡色花岗岩岩浆来源的硅-氧同位素体系新约束|Science Bulletin

       喜马拉雅山新生代的崛起与其内部蕴含的巨量花岗质岩浆相伴，这一岩浆作用过程造就了绵延超过2000公里的喜马拉雅淡色花岗岩。由于这些岩石是印度和欧亚板块碰撞的产物且未受后期构造热事件叠加，因此是研究碰撞造山带深部物质物理和化学机制的重要岩石探针，同时是检验花岗岩岩石成因理论的重要对象。

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        根据放射性Sr，Nd同位素数据，喜马拉雅淡色花岗岩整体上与高喜马拉雅结晶岩系中的变泥质岩相近，传统认为这些淡色花岗岩的源岩是泥质沉积岩，并且形成过程中无幔源物质加入，一直被认为是“纯地壳”来源花岗岩的代表，明显有别于世界其他造山带花岗岩。最新的研究资料揭示，喜马拉雅淡色花岗岩很可能具有重要的稀有金属成矿潜力，其原岩除了泥质沉积岩外，还可能包含了镁铁质和长英质火成岩。由于这些淡色花岗岩经历过高度的结晶分异作用，很难根据岩石的地球化学成分来讨论这些岩浆来源的源区特征。因此，非常需要一种手段来加以区分淡色花岗岩的源区成分构成。

       氧和硅是硅酸盐地球中丰度最高的两个元素，其含量在淡色花岗岩中所占比重超过85%。在高温地质过程中硅同位素的热力学平衡分馏很小，而低温表生过程中硅同位素可以产生较大的分馏，³⁰Si优先进入液相，而残余相³⁰Si亏损。地球上各类超基性-基性岩和中酸性火成岩的δ³⁰Si变化范围主要集中在−0.4‰~−0.1‰，除少数安山岩和过铝质S型花岗岩外，绝大多数火成岩的δ³⁰Si和SiO₂呈正相关关系，构成硅同位素的“火成岩趋势线 (Igneous Array)”。与硅同位素分馏行为类似，经历表生作用的沉积物熔融形成的花岗岩富集¹⁸O(δ¹⁸O=10‰~14‰)，而火成岩作为源区熔融形成的花岗岩贫¹⁸O(δ¹⁸O=6‰~10‰)。前人曾对喜马拉雅淡色花岗岩开展过氧同位素分析，但是主要是针对全岩样品，难以克服化学成分不均一样品的影响。针对锆石开展的原位微区离子探针方法，由于锆石蜕晶化的因素，也未取得良好效果。石英是淡色花岗岩中最主要的造岩矿物，同时其可以有效保存岩浆作用过程中的硅、氧同位素特征，能够对我们理解喜马拉雅淡色花岗岩源区特征提供了新的思路。

       Science Bulletin第19期上最新发表了题为“Insights into the origin of purely sediment-derived Himalayan leucogranites: Si–O isotopic constraints”的文章。中国科学院地质与地球物理研究所的刘小驰、李献华等人应用MC-ICPMS和SIMS技术对淡色花岗岩中石英的硅和氧两种稳定同位素开展了联合示踪，揭示出喜马拉雅淡色花岗岩的源区特征。研究结果显示，喜马拉雅造山带康巴淡色花岗岩的硅和氧同位素特征分别为δ³⁰Si_W.R.(−0.22‰~−0.33‰)和δ¹⁸O_W.R.(10.6‰~11.7‰)，明显偏离硅同位素的“火成岩趋势线”，与典型的沉积岩深熔过铝质花岗岩一致(图1)，且并未有地幔物质贡献的特征。

图1 喜马拉雅造山带康巴淡色花岗岩δ³⁰Si_W.R.与全岩SiO₂协变图解

      此外，淡色花岗岩的硅和氧同位素具有明显的负相关关系 (图2)，由于作为杂砂岩的主要组成矿物长石相对石英、黏土矿物富集³⁰Si同位素且贫¹⁸O同位素，这一相关性特征暗示淡色花岗岩的源岩应由泥质岩和杂砂岩两种组分构成，而并不是单纯的泥质岩组分。因此，联合硅、氧同位素示踪对于揭示花岗岩岩浆源区及岩石成因是一个行之有效的研究途径。

图2 喜马拉雅造山带康巴淡色花岗岩δ³⁰Si_W.R.与δ¹⁸O_Qtz协变图解

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Liu X, Li X, Liu Y, et al. Insights into the origin of purely sediment-derived Himalayan leucogranites: Si-O isotopic constraints. Science Bulletin, 2018, 63(19): 1243-1245

https://doi.org/10.1016/j.scib.2018.09.001

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