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吕炜昕,Oct. 27, 2022
铀(U)属于难熔、亲石、氧化还原敏感元素。U在岩浆演化过程中表现为不相容元素，在大陆地壳中相对于地幔更加富集，可以有效示踪地壳物质循环。此外，U还是流体活动性元素，对于流体参与过程的示踪具有重要意义。U在自然界中有三个稳定同位素，238U、235U和234U，它们的相对自然丰度大约为99.27%、0.72%和0.01%。U同位素组成的表示方法与其他稳定同位素体系类似，用δ238/235U来表示样品与标样之间的同位素组成差异，即δ238/235U=[(238U/235U)sample/(238U/235U)CRM-112a-1]×103(‰)。目前国际上报道的U同位素组成数据都是用纯U溶液CRM-112a作为标样。
最近二十年，随着多接收等离子体质谱(MC-ICP-MS)的出现，U同位素的分析方法取得了巨大的发展。前人对陨石、蚀变洋壳、铀矿、河水、土壤、海洋碳酸盐等地质储库的U同位素组成进行了研究，这些研究表明U同位素具有示踪低温和高温地球化学过程的应用潜力。Brennecka et al. (2011)研究了海水的U同位素组成，以制约二叠纪末海洋大规模缺氧事件；Telus et al. (2012)和Andersen et al. (2015)对花岗岩及玄武岩进行了U同位素测试，发现不同类型的花岗岩、不同构造背景的玄武岩U同位素组成存在差异；Gaschnig et al. (2021)测量了夏威夷基拉韦岩浆湖熔岩的U同位素组成，研究表明U在整个结晶范围内始终不相容，岩浆分异过程中U同位素不分馏。Hiess et al. (2012)报道了多种含U副矿物的U同位素组成，包括锆石、沥青铀矿、磷灰石、独居石、磷钇矿、斜锆石。结果显示不同含U副矿物U同位素组成变化范围约为0.6‰，平均值为-0.13‰，较大陆地壳(-0.29±0.03‰)偏重。尽管已有研究对高温U同位素地球化学机理及应用进行了一定的探索，但相较于低温地质过程，关于不同含U相与熔体之间的U同位素分馏系数等U同位素在高温下分馏机理的研究还十分有限。
花岗岩是陆壳的重要组成部分，是地球区别于太阳系其他行星的重要特征之一，因此研究花岗岩是制约陆壳形成、演化，以及板块构造运动开启时间关键。同时，花岗岩与钨-锡-铌-钽等多种稀有金属矿床密切相关。花岗岩型U矿是一类重要的含U矿床，其成因与热液有关。但是关于热液来源，目前仍存在诸多争议，包括大气降水、地幔流体或深源热液、幔源CO2等矿化剂流体、混合热液等。金属稳定同位素(Rb、Ba)已被证实可以有效示踪岩浆-热液相互作用与成矿物质运移。作为一种流体活动性元素，尤其是成矿元素，U同位素可能可以直接制约花岗岩型U矿中U的迁移、富集以及成矿过程。应用U同位素示踪这一过程，首先应当厘清花岗质岩浆-热液相互作用过程对花岗岩U同位素组成的影响。
针对上述科学问题，盛佳儒同学对华南骑田岭花岗岩的U同位素组成进行了研究。骑田岭花岗岩是燕山早期三阶段侵入形成的复式岩基，侵位受两组互相垂直的深大断裂控制，不同阶段花岗岩包括若干次级单元。主微量特征表明，第一阶段花岗岩演化过程中经历了暗色矿物黑云母、角闪石控制的结晶分异，第二、三阶段花岗岩经历了明显的岩浆-热液相互作用。测试结果显示，二三期花岗岩与第一期花岗岩之间U同位素没有系统性的差异，平均值约为-0.35‰。
在排除风化过程、源区不均一性、部分熔融程度对U同位素影响后，骑田岭花岗岩U同位素数据表明：①分离结晶（黑云母、副矿物）过程不会导致U同位素的显著分馏；②岩浆热液可能具有轻U同位素组成。关于U同位素如何示踪热液中U的迁移、富集以及相应的成矿过程，还需要进一步的研究和探讨。
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