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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
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水主導榴輝巖熔體Nb/Ta比值變化：來自青藏高原中部埃達克巖的證據 已有1人參與
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曾云川：水主導榴輝巖熔體Nb/Ta比值變化：來自青藏高原中部埃達克巖的證據【GCA，2025】 2025-02-19 閱讀：55次 鈮（Nb）和鉭（Ta）因其相似的電價和離子半徑被視為地球化學孿生元素，在地質過程中難以發(fā)生分異。然而，自然界中的火成巖的Nb/Ta比值卻表現出顯著的變化范圍，地幔和地殼的Nb/Ta比值均低于球粒隕石，即著名的Nb/Ta悖論（paradox）。金紅石作為Nb-Ta的主要載體，僅在高壓環(huán)境中穩(wěn)定并且相對富集Ta，因此普遍認為與金紅石平衡的長英質熔體具有比其源巖（如榴輝巖）具有更高的Nb/Ta比值。這一認識對于理解不同時期大陸地殼的形成機制和Nb/Ta悖論至關重要。然而，實驗巖石學研究表明水對Nb和Ta在金紅石中的分配行為起主導作用，僅含水熔融產生的熔體才會呈現高于源區(qū)的Nb/Ta比值，而貧水熔融產生的熔體則與源區(qū)具有相似甚至更低的Nb/Ta比值。如果這一結論成立，許多基于Nb/Ta比值得出的巖石成因和地質過程的認識將需要重新審視。然而，如何可靠識別長英質熔體是榴輝巖在不同水含量下產生的特征卻十分困難。 針對上述科學問題，中國地質大學（北京）地球科學與資源學院曾云川和許繼峰教授及其合作者，對青藏高原南羌塘地塊的晚始新世埃達克質巖進行了詳細的巖石學、元素和Mo同位素地球化學研究，取得以下認識： （1）這些巖石根據礦物組成和地球化學成分可分為兩組：第一組的斑晶主要由角閃石和黑云母等富水礦物組成，具有高Nb/Ta比值；第二組則以斜方輝石和單斜輝石等貧水礦物為特征，其Nb/Ta比值明顯低于第一組，且Mo同位素組成也更低。礦物組合、結晶環(huán)境和其平衡熔體成分綜合研究表明這兩組巖石分別來源于含水和貧水的榴輝巖化下地殼部分熔融。 （2）兩組巖石具有相似的Sr-Nd-Hf同位素、TiO2、Ba、Zr/Sm和La/Yb比值，表明源區(qū)化學成分或礦物（如金紅石、角閃石、黑云母和榍石）差異并非導致它們Nb/Ta比值變化的原因。結合實驗巖石學、熱力學和微量元素部分熔融模擬，研究提出源區(qū)水含量減少導致金紅石的DNb/Ta變化從大于1變?yōu)樾∮?，是南羌塘埃達克質巖Nb/Ta比值變化的主要原因。 （3）南羌塘埃達克質巖的化學成分變化，結合前人在亞利桑那弧根巖石中觀察到的高Nb/Ta比值的金紅石，表明與金紅石平衡的長英質熔體的Nb/Ta比值取決于玄武質巖漿分異時的物理化學（水和溫度）條件，并不一定總是高于其源巖。本研究進一步揭示了在巖相學難以區(qū)分的情況下Mo同位素在識別地殼不同水含量條件下產生熔體差異的潛力。 圖1 南羌塘晚始新世埃達克質火山巖皆然不同的礦物組成（圖E-F轉自Zeng et al. 2021, JPet） 圖2 南羌塘晚始新世埃達克質火山巖Nb/Ta比值與其它關鍵元素協同變化 圖3 南羌塘晚始新世埃達克質火山巖鋯石Hf和全巖Mo同位素組成 上述研究成果發(fā)表在國際地學期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》和《Journal of Petrology》。 論文信息：（1）Zeng, Y.C*., Xu, J.F., Huang, F., Liu, X.J., Li, M.J., Huang, Q.T., Li, Z.L., 2024. Central Tibetan adakitic rocks archive the critical impact of water on the Nb/Ta variation in deep crustal melts. Geochimica et Cosmochimica Acta, 384, 228-241. https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.08.003 （2）Zeng, Y. C*., Xu, J. F., Li, M. J., Chen, J. L., Wang, B. D., Huang, F., and Ren, S. H., 2021. Late Eocene two-pyroxene trachydacites from the southern Qiangtang Terrane, central Tibetan Plateau: High-temperature melting of overthickened and dehydrated lower crust. Journal of Petrology, 62(11), egab080. |
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