弧岩浆具有高氧化性的特征,而其氧化性的成因目前仍处于争议之中。近年来研究人员提出了岩浆内部的矿物分异自氧化模型,而角闪石作为岩浆弧体系中广泛发育的硅酸盐矿物,其分异是否能产生弧岩浆的自氧化效应尚不明确。
针对上述科学问题,开云电竞下载官网(北京)地球科学与资源学院博士后张京渤,在侯增谦院士和王瑞教授指导下,与美国华盛顿大学滕方振教授和开云电竞下载官网(北京)朱弟成教授展开合作,对西藏东冈底斯弧一套经历显著角闪石分异的岩石样品及其有成因联系的角闪石岩堆晶从“堆晶-熔体”的角度开展了系统的Fe同位素研究,取得如下创新性认识:
(1)在大陆弧地壳中,角闪石具有相对较轻的Fe同位素组成:在非堆晶岩中,其δ56Fe为0.05-0.08‰;在堆晶岩中,其δ56Fe为-0.05-0.02‰。非堆晶岩中角闪石的δ56Fe均小于与其对应的全岩的值(图1),表明角闪石在大陆弧岩浆中扮演着轻Fe同位素端元的角色。
(2)基于前人报道的分馏系数建立的瑞利分馏曲线再现了非堆晶岩石的δ56Fe变化趋势,这说明大陆弧岩浆发生以角闪石为主导的分异可以驱使残余熔体向更重的Fe同位素组成演化(图2)。
(3)非堆晶岩的δ56Fe与Fe3+/ΣFe呈现正相关趋势,且非堆晶岩与堆晶岩表现出互补的演化趋势(图3),表明角闪石在弧岩浆体系中分异产生的氧化效应是导致Fe同位素分馏的根本原因,即角闪石分异存在岩浆自氧化效应(图4)。

图1 本研究和文献中角闪石及其对应全岩δ56Fe值对比

图2 本研究和文献中不同岩浆序列Fe同位素演化趋势及模拟曲线

图3 本研究中非堆晶岩与堆晶岩δ56Fe与Fe3+/ΣFe变化图

图4 角闪石自氧化效应示意图
该研究得到了国家自然科学基金青年科学基金A类(42225204)、青年科学基金C类(42402076)、创新研究群体项目(42121002)以及中央高校基本科研业务费(2652023001)资助。研究成果发表在国际地学权威期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上:Zhang, J., Wang, R.*, Teng, F.Z., Zhu, D.C., Hou, Z.Q., 2025. Fractionation of amphibole as an endogenic oxidizer in continental arc magmas. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 130, e2025JB033325.
全文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025JB033325