徐航等 | GCA | 王孝磊、李伟强教授课题组在过碱性花岗岩浆演化的钾同位素示踪上取得新认识

过碱性花岗岩富集碱金属元素Na和K，贫Ca，表现为缺乏斜长石及其相关的微量元素（如Sr和Ba）。这类岩石在地壳中的分布远低于钙碱性花岗岩，但由于其特殊的地球化学特征和潜在的构造指示意义，一直是地学界研究的热点之一。然而，在穿地壳岩浆系统中，过碱性花岗岩的岩浆演化过程仍不清楚，这在一定程度上影响了对于过碱性花岗岩成因以及其对构造意义的解读。近年来K同位素开始在岩浆岩研究中得到应用，对于示踪岩浆演化上有潜在的价值。内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室王孝磊、李伟强教授课题组瞄准过碱性花岗岩浆演化的难题，选择浙江舟山群岛发育的白垩纪钙碱性花岗岩（CAG）和过碱性花岗岩（PAG）两类高硅花岗岩为研究对象，通过精确测量岩石全岩⁴¹K/³⁹K比值得到了新的认识。

图1 全岩K同位素和地球化学指标的二元图解

全岩地球化学和K同位素研究发现，舟山群岛PAG的δ41K在‒0.67 ‰ ~ ‒0.27 ‰，变化较大；而CAG的δ41K在‒0.54 ‰ ~ ‒0.36 ‰，变化较小。尤其是，PAG的δ41K与多种全岩主量元素（如Al2O3、Na2O、K2O）表现出良好的相关性，而这种相关性并没有出现在CAG中（图1）。研究表明，过碱性花岗岩中的显著K同位素分馏由富钠碱性长石的分离结晶造成（图1h）。PAG中的富钠碱性长石显著富集重K同位素（‒0.34 ‰ ~ 0.36 ‰；图2），且碱性长石（Or <15）富集重K同位素的能力与其K元素含量呈负相关。地球化学模拟也表明，大约23‒33 wt.%的富钠碱性长石的分离结晶就可重现PAG中钾同位素分馏的地球化学观测结果。

图2 长石化学成分及δ⁴¹K值

该项研究表明，富钠碱性长石的分离结晶主导了过碱性花岗岩的岩浆演化过程；K同位素在探索过碱性花岗岩成因方面具有重要价值。相关成果以“Tracing magmatic differentiation of peralkaline granites by using K stable isotopes”为题发表于国际Nature Index期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》。徐航博士为论文第一作者，王孝磊教授为通讯作者，李伟强教授、杜德宏和赵蛟龙博士以及博士生穆军、熊定一为论文共同作者。该工作得到了国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划和中央高校基本科研业务费的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703723006476#ak005。