Fe同位素是示蹤巖漿過(guò)程的良好的指示劑。自從MC-ICP-MS能夠測試高精度的Fe同位素數據以來(lái)，Fe同位素研究已有近20年的歷史。過(guò)去的研究表明，高硅的花崗質(zhì)巖石（SiO2>70 wt.%）普遍具有重的Fe同位素組成。導致其Fe同位素分餾的機制主要有巖漿演化后期含水流體的出溶、磁鐵礦的后期飽和以及富Fe2+礦物的分離結晶。相比而言，玄武質(zhì)和安山質(zhì)巖石具有相對均一的Fe同位素組成，但有關(guān)Fe同位素在中基性巖漿中的行為以及其分餾機制并不清楚。

　　針對上述科學(xué)問(wèn)題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所巖石學(xué)學(xué)科組博士后李奇維、王強研究員與中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）趙軍紅教授及其合作者對揚子西緣新元古代同德巖體進(jìn)行了Fe同位素研究。研究發(fā)現，這套巖石具有高的Sr/Y比值以及強烈虧損重稀土元素，表明石榴石和/或角閃石在巖漿演化中具有重要作用。它們的δ57Fe介于+0.07~+0.21‰，這一變化的Fe同位素組成可能受控于地幔部分熔融過(guò)程中石榴石的殘留或者巖漿演化過(guò)程中石榴石的分離結晶。對樣品的Fe同位素進(jìn)行橄欖石和輝石的分離結晶校正，從而獲得了原始巖漿的Fe同位素組成，這一組成比石榴石地幔部分熔融產(chǎn)生的熔體的Fe同位素明顯要重。因此，源區石榴石的殘留并不能解釋樣品的Fe同位素分餾。

 　　圖1 石榴石地幔部分熔融的熔體與樣品的原始Fe同位素組成對比

　　進(jìn)一步的研究表明，這些樣品的Dy/Yb比值與Fe同位素隨著(zhù)巖漿的演化（即SiO2的升高和MgO的降低），具有明顯的先升高再降低的趨勢。這一變化的微量元素比值與Fe同位素可以用巖漿的多階段分異來(lái)解釋。原始巖漿先經(jīng)歷了橄欖石/輝石的分離結晶，然后以石榴石的結晶為主。隨著(zhù)巖漿的上升和水含量的升高，角閃石達到飽和。另外，同德巖體被后期的中基性巖脈侵入，在兩者的接觸帶發(fā)生了Fe同位素的擴散交換。

圖2 Dy/Yb比值與Fe同位素組成隨巖漿分異指標的變化圖解

　　結合前人已發(fā)表的中生代-新生代的埃達克巖的Fe同位素，可以發(fā)現所有高Sr/Y的樣品具有與全球火成巖類(lèi)似的特征：只有當巖石的SiO2含量高于65-70 wt.%時(shí)，其Fe同位素才會(huì )發(fā)生顯著(zhù)的分餾。因此，玄武質(zhì)和安山質(zhì)巖石小的Fe同位素分餾可能是因為巖漿經(jīng)歷了富重Fe同位素和富輕Fe同位素的礦物的分離結晶，這一過(guò)程抑制了中基性巖漿中可能的Fe同位素變化。

圖3 分離結晶和擴散作用模擬，以及高Sr/Y樣品的Fe同位素組成隨SiO2變化圖解

　　該項成果發(fā)表在地球化學(xué)專(zhuān)業(yè)期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。（Li, Q.-W., Zhao, J.-H.*, Wang, Q.*, Zhang, Z.-F., An, Y.-J., & He, Y.-T. (2020). Iron isotope fractionation in hydrous basaltic magmas in deep crustal hot zones. Geochimica et Cosmochimica Acta 279, 29-44.

　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016703720302039