JES文章荐读|40K-40Ca体系初探A型花岗岩成因

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广泛分布于长江中下游地区的早白垩世铝质A型花岗岩是揭示中国东部中生代岩浆演化的窗口(图 1)。然而，关于其成因仍存在很大争议。鉴于此，本文引入了新的地球化学指标K-Ca体系尝试解决此争论。相对于Rb-Sr、Sm-Nd和Lu-Hf体系, K-Ca体系有如下优点：(1)更短的半衰期，对示踪地壳物质再循环更为敏感；(2)巨大的K/Ca比值差异，壳幔分异过程中K/Ca发生强烈的分异，导致花岗质岩石的K/Ca比值相对于地幔物质高2-4个数量级。地幔的K/Ca比值通常小于0.01，相应的⁴⁰K/⁴⁴Ca比值小于0.00006，即地质时期放射性成因⁴⁰Ca同位素的积累(⁴⁰Ca/⁴⁴Ca)小于0.0006 (0.13 ε_Ca)，可以忽略不计，故而可以被选择为参考值。但缺点是母体⁴⁰K(0.012%)丰度极低、子体⁴⁰Ca (96.98%)丰度极高，这对测试技术提出了极高的要求，且相关的研究集中在国外的少数课题组。

图 1长江中下游地区地质概图

在对长江中下游地区早白垩世铝质A型花岗岩开展了系统的岩石学、矿物学、年代学、元素和传统的同位素地球化学研究的基础之上，本文又开展了新型放射性成因⁴⁰Ca体系的研究工作。通过对区内典型铝质A型花岗岩扬山岩体的正长斑岩和钾长花岗岩斑岩分析，发现所有样品的ε_Ca值介于0.11至2.31之间，数据较分散，与理论预测模型并不完全吻合(图2)。为更好的解读铝质A型花岗岩的源区信息，本文又计算了ε_Ca(126 Ma)值和源区的K/Ca比值，并利用两者作图(图 3)，发现样品ε_Ca(126 Ma)值具有类似地幔值的性质，源区K/Ca比值趋向于上地壳的0.95，这说明两种岩性起源于相同的源区，是壳幔相互作用的结果。此外，本文还对比了大别山造山带花岗岩类的放射性成因⁴⁰Ca同位素的特征。结果显示，大别山造山带花岗岩类的ε_Ca (126 Ma)值亦具有类似的地幔值性质，但源区K/Ca比值更接近下地壳的K/Ca比值，说明是下地壳部分熔融的结果，与前人的研究结果一致，这也侧面反映了放射性成因⁴⁰Ca指标的可信性。再者，本文利用Nd-Ca两端元质量平衡模拟，结果显示是50%-75%新元古代地壳与50%-25%的软流圈地幔物质所构成(图 4)。结合前人的工作，本文认为早白垩世太平洋板块与伊泽纳吉板块之间的洋脊俯冲是铝质A型花岗岩形成的主要控制因素。

图 2 地质历史时期放射性成因⁴⁰Ca演化图

图 3 ε_Ca(126 Ma)-K/Ca源区图解

图 4 Nd-Ca同位素质量平衡模拟

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 第一作者  白江昊       作者简介  邓阳凡 

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中科院广州地化所在读研究生。

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主要研究方向为非传统稳定同位素分析技术的研发及其地质应用。

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 通讯作者  凌明星      作者简介  邓阳凡 

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教授。

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主要研究方向为板块俯冲与中国东部岩浆活动和成矿作用；关键金属超常富集成矿机制；重大地质事件的成因机制与高精度年代学；金属同位素技术研发与地质应用。

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 通讯作者  张兆峰       作者简介  邓阳凡 

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教授。

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主要研究方向为非传统稳定同位素的分析技术、主要储库及其在地球科学和行星科学中的应用；铀系不平衡年代学与示踪；质谱仪器分析技能与实验室管理。

文章刊登在《Journal of Earth Science》第33卷2022年第3期

Bai Jianghao, Ling Mingxing, Yang Xiaoyong, Liu Fang, Gu Huangling, Luo Zebin, Jiang Xiaoyan, Zhang Zhaofeng, 2022. Yangshan A-Type Granites in theLower Yangtze RiverBelt Formed by Ridge Subduction: Radiogenic Ca and Nd Isotopic Constraints.Journal of Earth Science, 33(3): 581–590. https://doi.org/10.1007/s12583-021-1588-7

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