Zn同位素揭示东达瓦尔克拉通同时代煌斑岩的不同富集来源

煌斑岩（lamprophyres）是幔源的、镁铁质到超镁铁质的、富含挥发分（H₂O和CO₂）的火成岩。根据IUGS的分类标准，煌斑岩可以划分为钙碱性煌斑岩、碱性煌斑岩和超镁铁质煌斑岩三种类型。尽管这类岩石在分布体积上微不足道，但它们具有重要的经济价值和研究意义，因为它们：（1）与金刚石以及全球范围内的热液型的金-铜矿化相关联，（2）为我们获取深部地幔物质、理解深部地幔熔融和大尺度地球动力学过程提供了绝好的机会。无论其分布的构造背景和形成过程如何，人们通常认为煌斑岩是由交代富集的地幔源区发生低程度部分熔融形成的（Krmíček and Chalapathi Rao, 2022; Rock, 1991）。然而，关于富集地幔源区的性质和起源仍存在争议，尤其是它们究竟是含水硅酸盐熔体或流体交代富集的，还是由富碳酸盐熔体交代富集的。

为了阐明上述问题，“幔游课题组”对印度东达瓦尔克拉通三个地区同时代的中元古代煌斑岩开展高精度的Zn同位素研究。研究结果表明，具有类似岛弧玄武岩微量元素特征的Mudigubba和Kadiri煌斑岩的δ⁶⁶Zn值变化范围为+0.22‰到+0.29‰，与MORB值（0.28±0.05‰）接近。相反，具有类似板内岩浆微量元素特征的Udiripikonda煌斑岩则显示比MORB值更高的δ⁶⁶Zn（+0.39‰到+0.48‰）（图1）。

图1   印度东达瓦尔克拉通煌斑岩的Zn同位素组成特征

基于Zn同位素和微量元素比值之间的协变关系，我们观察到与MORB值相当的Zn同位素特征的Mudigubba和Kadiri煌斑岩，同时具有高的Ba/La, K/Nb以及低的Nb/La和Ce/Pb比值，因此，我们推断它们来自俯冲板片起源的流体交代的大陆之下的岩石圈地幔源区（图2）。而进一步的研究表明Udiripikonda煌斑岩重的Zn同位素特征不能用岩浆期后的蚀变作用、地壳混染以及分离结晶和部分熔融作用来解释，指示了其源区有沉积碳酸盐物质的参与。俯冲碳酸盐通常有两种方式来贡献镁铁质-超镁铁质火成岩的源区：一种是通过碳酸岩熔体去交代大陆之下的岩石圈地幔物质，另一种是碳酸盐沉积物通过俯冲作用进入深部地幔而影响其地幔源区，如地幔过渡带或者下地幔。来自Udiripikonda地区的煌斑岩具有高放射成因的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr以及无放射成因的¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd，结合其低的Ba/La, K/Nb以及高的Nb/La和Ce/Pb比值（图2），我们认为沉积碳酸盐贡献Udiripikonda煌斑岩的一种可能方式就是通过碳酸岩熔体去交代大陆之下的岩石圈地幔物质。然而，需要指出的是，Udiripikonda煌斑岩缺乏俯冲相关的地球化学信号，如Nb-Ta的负异常，而显示与东北新生代钾质玄武岩和Gaussberg钾镁煌斑岩相类似的微量元素特征。结合它们异常高的K/U和Ba/Th比值（图3），我们更倾向于它们形成于深俯冲的地幔过渡带模型。再循环的、含碳酸盐的沉积物在进入地幔过渡带发生部分熔融的过程中， K，Ba和Pb留在钾锰钡矿中。少量碳酸岩熔体的丢失导致Th, U以及少量轻稀土元素的抽离，然而K, Ba, Pb以及Zr和Hf则保存在残留矿物体中，因此形成了上述特征的Zr-Hf正异常，以及高的K/U和Ba/Th比值特征。因此，我们的研究表明同时代的煌斑岩可以来自不同的富集源区。

图2   印度东达瓦尔克拉通煌斑岩的δ⁶⁶Zn和(a) Ba/La, (b) K/Nb, (c) Nb/La, (d) Ce/Pb比值

图3   印度东达瓦尔克拉通煌斑岩的K/U和Ba/Th组成特征

相关研究成果近日发表在国际岩石学领域知名期刊《Contributions to Mineralogy and Petrology》上,刘建强副教授为该论文的第一作者和通讯作者，陈立辉、王小均、Lukáš Krmíček、曾罡和张笑宇等人参与了该研究。该工作得到了国家自然科学基金项目(42130310和41802045)资助。

文章信息：Liu, J.Q.*, Chen, L.H., Wang, X.J., Krmicek, L., Zeng, G., Zhang, X.Y., Murphy, D.T., Dalton, H., Pandey, A., Chalapathi Rao, N. V. 2023. Zinc isotopes reveal disparate enriched sources of contemporary lamprophyres in Eastern Dharwar Craton. Contributions to Mineralogy and Petrology. https://doi.org/10.1007/s00410-023-02073-1.

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00410-023-02073-1。