近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Jounal of Geophysical Research: Solid Earth（Nature Index刊物）在線(xiàn)刊發(fā)了中科院海洋所張國(guó)良研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于Nb/Ta分異規(guī)律約束弧巖漿成因的最新成果，對(duì)于理解板塊俯沖有關(guān)的富硅弧巖漿形成及陸殼增生機(jī)制有重要意義。
弧巖漿結(jié)晶分異作用被認(rèn)為是形成陸殼和富硅巖漿的重要方式之一，然而，幔源玄武質(zhì)巖漿向長(zhǎng)英質(zhì)轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在角閃石的穩(wěn)定域還是石榴石穩(wěn)定域，還存在很大爭(zhēng)議?；r漿的演化常伴隨Nb/Ta降低，目前有研究認(rèn)為低Mg#角閃石或金紅石的分離結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致巖漿Nb/Ta比值降低。金紅石形成于高壓環(huán)境，常與石榴石伴生。因此，厘清弧巖漿Nb/Ta降低的誘因，可能解決其化學(xué)成分由玄武質(zhì)向長(zhǎng)英質(zhì)轉(zhuǎn)變發(fā)生深度的問(wèn)題。
該項(xiàng)研究由中科院海洋所張國(guó)良團(tuán)隊(duì)與中科院廣州地球化學(xué)研究所合作開(kāi)展，針對(duì)前人實(shí)驗(yàn)溫度（>1000 ）通常高于弧巖漿演化溫度的不足，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了850-1000 溫度下金紅石對(duì)Nb/Ta分異效應(yīng)的高溫高壓實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)測(cè)定高溫高壓實(shí)驗(yàn)對(duì)礦物/熔體分配系數(shù)，結(jié)果顯示Ta相對(duì)Nb在金紅石中更相容，不支持金紅石是引起巖漿Nb/Ta降低的推論（圖1，圖2）。結(jié)果也顯示金紅石平衡結(jié)晶（≥900 ）會(huì)導(dǎo)致巖漿Nb/Ta升高，而非平衡結(jié)晶（如：850 ，金紅石結(jié)晶于發(fā)生過(guò)Nb/Ta擴(kuò)散分異的巖漿，且金紅石結(jié)晶后與整體巖漿體系未能達(dá)到分配平衡）會(huì)使巖漿Nb/Ta降低（圖1）。在此研究結(jié)果基礎(chǔ)上，本研究還統(tǒng)計(jì)了大洋島弧、年輕陸弧、成熟陸弧巖漿的Nb/Ta和Dy/Yb數(shù)據(jù)等，發(fā)現(xiàn)Nb/Ta和Dy/Yb呈正相關(guān)性，這進(jìn)一步指示是角閃石分離結(jié)晶對(duì)弧巖漿Nb/Ta變化起控制作用（圖3）。盡管實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明低溫條件下Nb/Ta在熔體中的擴(kuò)散分異會(huì)可以結(jié)晶出Nb/Ta值高于整體熔體的金紅石，但在真實(shí)的巖漿結(jié)晶過(guò)程這種機(jī)制沒(méi)有發(fā)生，這可能是因?yàn)榻鸺t石結(jié)晶十分緩慢或者金紅石與巖漿共存的時(shí)間足夠長(zhǎng)使Nb和Ta在金紅石-巖漿間遵循平衡分配。研究認(rèn)為，幔源巖漿的化學(xué)成分由玄武質(zhì)向長(zhǎng)英質(zhì)轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在角閃石的穩(wěn)定域。
圖1. 金紅石平衡條件（a）與非平衡條件下Nb/Ta值與初始物對(duì)比（注：非平衡結(jié)晶可以形成金紅石中高Nb/Ta特征）
圖2. 平衡實(shí)驗(yàn)中Nb、Ta在金紅石/熔體中的分配系數(shù)
圖3. 全球弧巖漿Nb/Ta與Dy/Yb相關(guān)圖解（Nb/Ta比值變化與Dy/Yb相關(guān)度較高，顯示角閃石分離結(jié)晶的影響）
此項(xiàng)研究對(duì)于揭示弧巖漿結(jié)晶分異深度、礦物組合等規(guī)律、弧巖漿成因、及其對(duì)陸殼增生貢獻(xiàn)等具有重要意義。論文第一作者為陳偉博士后，通訊作者為張國(guó)良研究員。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目資助。
論文鏈接：Chen, W; Zhang, G.L et al. Genesis of intermediate and silicic arc magmas constrained by Nb/Ta fractionation. Jounal of Geophysical Research: Solid Earth, (2021). https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020JB020708
