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张惠妍,July 12, 2024
TTG是一类特殊的岩石，其成因一直是地质学界研究的热点。在汇报中，林渝超同学总结了TTG可能的成因，包括无俯冲模式和热俯冲模式。此外，还提出了一个三阶段的成因模型，即地幔部分熔融生成玄武岩，随后这些玄武岩经历熔融变质形成含石榴石的角闪岩或榴辉岩，最终部分熔融形成TTG母岩浆。
而硅是地壳和地幔矿物的基本组成元素，其同位素体系不易受变质作用影响，但对火成岩分异及蚀变风化反应较敏感，这是硅同位素的特征，也正可以利用这种特征将硅同位素作为研究地壳熔融和部分熔融过程的重要工具。Madeleine等人的研究显示，与显生宙花岗岩相比，太古宙TTG普遍表现出δ30Si值正飘特征，这为我们理解太古代地壳的熔融过程提供了重要线索。文章以太古宙TTG岩石的硅同位素组成为何普遍高于现代花岗岩，以及这些特征如何反映太古代地壳的熔融和部分熔融过程的科学问题入手，进行讨论。
研究样品来自加拿大太古代Superior省南部的Kapuskasing隆起，这是一个约2.7亿年的地质剖面，涵盖了从绿片岩到麻粒岩相的多种变质岩性。通过对8个岩石样品的分析，分离出了包括角闪岩、基性麻粒岩、混合岩和英云闪长岩在内12种矿物。 Kapuskasing样品展示了不同岩石类型（角闪岩、基性麻粒岩、混合岩、英云闪长岩）的硅同位素组成，发现基性麻粒岩的δ30Si值较轻。Kapuskasing样品的硅同位素特征与太古宙TTG相似（图1），并认为岩浆分异是导致其变化的主要原因。Kapuskasing样品中的全岩硅同位素与烧失量呈负相关，这可以解释为与风化相关的粘土形成的结果，然而，LOI与MgO相关性强，而与Al2O3相关性弱，这意味着Si同位素的趋势是岩浆过程和/或水蚀变作用相关。但值得注意的是，样品中没有强烈的风化特征的证据。
在结晶过程中硅同位素分馏控制因素方面，讨论了熔体的聚合程度与熔体中结晶的矿物组成对硅同位素分馏的影响。认为地壳部分熔融和随后的岩浆分异对Si同位素行为的影响在整个地球历史上保持不变。文章指出，太古宙混合岩组分和同时期角闪岩的δ30Si值高于现代岩类，这可能反映了太古宙硅饱和海水硅化参与岩石形成的过程。此外，作者还强调了原始水圈对早期大陆地壳形成的重要性。同时进行了硅化原岩熔融过程模拟，模拟结果表明，即使玄武岩源的硅化程度很小（< 8%），也足以解释太古宙熔融产物中普遍存在的Si同位素偏重值（～0.2 ‰）。
总结：根据显生宙和太古宙样品的相似性，推断地壳部分熔融和岩浆分异对硅同位素行为的影响在整个地球历史上保持不变。太古宙混合岩组分和角闪岩的δ30Si值高于现代岩类，表明太古宙硅饱和海水硅化参与了岩石的形成过程。
图1 样品全岩主要元素数据趋势(Madeleine E. Murphy et al., 2024)
图2 30Si、MgO、Al2O3与LOI的关系（Madeleine E. Murphy et al., 2024）
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