地壳重熔过程中显著的镁同位素不平衡：对大陆地壳中镁同位素组成异质性的影响

《Geochimica et Cosmochimica Acta》：Significant Mg isotope disequilibrium during crustal anatexis: Implications for heterogeneous Mg isotopic compositions in the continental crust

大陆碰撞带超高压变质岩中镁同位素分馏机制及动力学过程研究，通过Dabie造山带两组低温超高压花岗片麻岩的Mg同位素分析，揭示脱水熔融对同位素分馏影响有限，而部分熔融过程中矿物残留（如黑云母）主导镁同位素分异，形成熔体与残留体显著异质性。

　　在地球科学领域，大陆碰撞带是研究地壳物质循环和地壳-地幔相互作用的重要区域。镁（Mg）同位素系统在这些区域的演化过程中扮演着关键角色，其变化不仅反映了地壳物质的再循环过程，还为理解地壳化学分异提供了重要线索。本文探讨了大陆碰撞过程中地壳脱水和部分熔融对镁同位素分馏的影响，特别是在中国中部的大别造山带中发现的低温超高压（UHP）花岗片麻岩。通过对这两组岩石的镁同位素数据进行分析，研究揭示了部分熔融过程在生成地壳中镁同位素异质性方面的重要性。

镁同位素的变化主要受到水-岩相互作用和地壳部分熔融过程的影响。这两种过程在大陆碰撞过程中具有重要意义，因为它们能够记录地壳物质的再循环历史。研究发现，大别造山带中经历地壳脱水的花岗片麻岩（Group A）具有相对均一的δ2?Mg值，范围从-0.31‰到-0.02‰，这与低级绿片岩（-0.27‰到-0.13‰）和长英质片岩（-0.29‰到-0.10‰）的镁同位素值相近。然而，Group A岩石的镁同位素值并未表现出明显的变异，这表明地壳脱水过程对其同位素组成的影响有限。

相比之下，经历部分熔融的花岗片麻岩（Group B）表现出显著的镁同位素异质性，其δ2?Mg值范围从-0.78‰到-0.26‰。这一差异表明，部分熔融过程对镁同位素分馏有更为显著的影响。此外，研究还发现，δ2?Mg值与Nb/Sm比值之间存在良好的相关性，而Nb/Sm比值被认为是部分熔融过程最敏感的指标之一。这进一步支持了部分熔融在生成镁同位素变化中的作用。

在地质过程中，矿物组合的差异可能导致熔融批次和残留物之间的同位素不均衡。例如，在不完全熔融反应中，某些矿物可能作为残留的难熔相保留在源区，而熔融物则从源区中被提取出来。这种矿物行为在大陆地壳部分熔融过程中起着关键作用，影响着最终形成的熔融物和残留物的同位素组成。研究还指出，在不完全熔融过程中，某些矿物如黑云母可能在熔融物中富集，从而导致熔融物与残留物之间的镁同位素差异。

进一步分析表明，Group B岩石中镁同位素的变化主要由黑云母的溶解作用引起。在不完全熔融过程中，黑云母作为残留的难熔相保留在源区，而熔融物则从源区中被提取出来。这种矿物行为导致了熔融物与残留物之间的同位素差异，即熔融物表现出更轻的镁同位素组成，而残留物则表现出更重的镁同位素组成。这一现象为理解大陆地壳中镁同位素异质性的成因提供了新的视角。

研究还发现，δ2?Mg值与Nb、Ta、Rb、Ti和Mg含量之间存在协变关系，这表明镁同位素分馏主要受到黑云母的影响。在不完全熔融过程中，黑云母作为残留的难熔相，其镁同位素组成可能对熔融物产生显著影响。因此，研究认为，黑云母在不完全熔融过程中的行为是导致熔融物和残留物之间镁同位素差异的主要因素。

此外，研究还强调了非平衡熔融过程在生成地壳中镁同位素异质性方面的重要性。非平衡熔融过程可能由于熔融速率较快，而残留矿物组合尚未达到化学平衡状态，从而导致熔融物与残留物之间的同位素差异。这一现象不仅影响了熔融物的组成，还对地壳化学分异和地壳-地幔相互作用具有重要意义。

在大别造山带的研究中，岩石的形成和演化过程与地壳脱水和部分熔融密切相关。这些岩石在俯冲过程中经历了脱水作用，随后在上隆过程中发生了部分熔融。脱水作用可能导致了某些矿物如白云母的分解，而部分熔融则可能促使新的矿物如黑云母和石榴石的形成。这些矿物的组成和行为对最终形成的熔融物和残留物的镁同位素组成具有重要影响。

研究还指出，尽管某些矿物如石榴石可能在部分熔融过程中参与了镁同位素的变化，但δ2?Mg值与（Dy/Yb）N比值之间没有显著的相关性，这表明这些矿物可能并未对观察到的镁同位素变化产生显著影响。因此，研究认为，黑云母是导致熔融物和残留物之间镁同位素差异的主要矿物。

综上所述，本文通过分析大别造山带中两组低温超高压花岗片麻岩的镁同位素数据，揭示了地壳脱水和部分熔融过程对镁同位素分馏的影响。研究发现，地壳脱水过程对镁同位素组成的影响较小，而部分熔融过程则可能导致显著的镁同位素异质性。这一发现为理解大陆地壳中镁同位素异质性的成因提供了新的证据，并强调了非平衡熔融过程在生成地壳中镁同位素异质性方面的重要性。