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[交流] 水主导榴辉岩熔体Nb/Ta比值变化：来自青藏高原中部埃达克岩的证据已有1人参与

曾云川：水主导榴辉岩熔体Nb/Ta比值变化：来自青藏高原中部埃达克岩的证据【GCA，2025】
2025-02-19 阅读：55次
铌（Nb）和钽（Ta）因其相似的电价和离子半径被视为地球化学孪生元素，在地质过程中难以发生分异。然而，自然界中的火成岩的Nb/Ta比值却表现出显著的变化范围，地幔和地壳的Nb/Ta比值均低于球粒陨石，即著名的Nb/Ta悖论（paradox）。金红石作为Nb-Ta的主要载体，仅在高压环境中稳定并且相对富集Ta，因此普遍认为与金红石平衡的长英质熔体具有比其源岩（如榴辉岩）具有更高的Nb/Ta比值。这一认识对于理解不同时期大陆地壳的形成机制和Nb/Ta悖论至关重要。然而，实验岩石学研究表明水对Nb和Ta在金红石中的分配行为起主导作用，仅含水熔融产生的熔体才会呈现高于源区的Nb/Ta比值，而贫水熔融产生的熔体则与源区具有相似甚至更低的Nb/Ta比值。如果这一结论成立，许多基于Nb/Ta比值得出的岩石成因和地质过程的认识将需要重新审视。然而，如何可靠识别长英质熔体是榴辉岩在不同水含量下产生的特征却十分困难。

针对上述科学问题，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院曾云川和许继峰教授及其合作者，对青藏高原南羌塘地块的晚始新世埃达克质岩进行了详细的岩石学、元素和Mo同位素地球化学研究，取得以下认识：

（1）这些岩石根据矿物组成和地球化学成分可分为两组：第一组的斑晶主要由角闪石和黑云母等富水矿物组成，具有高Nb/Ta比值；第二组则以斜方辉石和单斜辉石等贫水矿物为特征，其Nb/Ta比值明显低于第一组，且Mo同位素组成也更低。矿物组合、结晶环境和其平衡熔体成分综合研究表明这两组岩石分别来源于含水和贫水的榴辉岩化下地壳部分熔融。

（2）两组岩石具有相似的Sr-Nd-Hf同位素、TiO2、Ba、Zr/Sm和La/Yb比值，表明源区化学成分或矿物（如金红石、角闪石、黑云母和榍石）差异并非导致它们Nb/Ta比值变化的原因。结合实验岩石学、热力学和微量元素部分熔融模拟，研究提出源区水含量减少导致金红石的DNb/Ta变化从大于1变为小于1，是南羌塘埃达克质岩Nb/Ta比值变化的主要原因。

（3）南羌塘埃达克质岩的化学成分变化，结合前人在亚利桑那弧根岩石中观察到的高Nb/Ta比值的金红石，表明与金红石平衡的长英质熔体的Nb/Ta比值取决于玄武质岩浆分异时的物理化学（水和温度）条件，并不一定总是高于其源岩。本研究进一步揭示了在岩相学难以区分的情况下Mo同位素在识别地壳不同水含量条件下产生熔体差异的潜力。

图1 南羌塘晚始新世埃达克质火山岩皆然不同的矿物组成（图E-F转自Zeng et al. 2021, JPet）

图2 南羌塘晚始新世埃达克质火山岩Nb/Ta比值与其它关键元素协同变化

图3 南羌塘晚始新世埃达克质火山岩锆石Hf和全岩Mo同位素组成

上述研究成果发表在国际地学期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》和《Journal of Petrology》。

论文信息：（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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