锆石是一种高温、难熔的稳定矿物。它不易受后期高温热事件的改造，且能够保留有效的Hf同位素初始比值，同时锆石O同位素可用物识别地幔交代的物质组成和过程。因此，镁铁质岩石中的锆石原位U/Pb-Hf-O同位素常可用来限定岩浆事件时代、地幔源区性质及演化过程。该理论应用的前提是锆石Hf同位素体系未受扰动，与其母岩浆达到同位素平衡。中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室岩浆作用与成矿学科组的最新研究表明，该同位素体系在具有复杂分离结晶作用的层状岩体形成过程中可能受到破坏，在这种情况下，利用锆石Hf同位素来解释地幔源区的性质及演化过程，并由此计算得到的Hf同位素模式年龄可能是没有地质意义的。 

　　研究人员选择扬子地块北缘新元古代与俯冲作用相关的碑坝、望江山和毕机沟镁铁-超镁铁质层状岩体，进行了锆石U/Pb-Hf-O同位素研究。研究发现，随着岩体形成时代从869 Ma~822 Ma~785 Ma，锆石δ¹⁸O值从7.4‰经6.3‰递减至6.0‰，这可能与地幔源区中来自俯冲沉积物的交代熔体量逐渐减少、俯冲作用从北缘向西缘转变的趋势有关。而每个岩体中锆石的εHf_(t)值变化范围较大（碑坝：-1.0~+3.0；望江山：+2.7~+8.3；毕机沟：+2.3~+7.8；图1），超出了单个样品分析误差的正常范围（±1.5个ε单位）。进一步通过两种方法（high-pressure dissolution和table-top dissolution）对选取锆石样品的全岩Hf同位素组成进行分析，在不加盖（table-top）条件下岩石中锆石未溶解，而在加盖条件下（high-pressure dissolution）岩石中锆石全部溶解。分析结果表明，不加盖溶解得到的碑坝、望江山和毕机沟全岩样品的εHf_(t)值分别为+9.7，+10.0和+11.7，分别代表三个岩体母岩浆接近真实的Hf同位素组成；而加盖溶解得到的εHf_(t)值分别为+8.2，+7.5和+9.3，代表了分离结晶晚期粒间熔体与逐渐加入的壳源流体的Hf同位素混合。锆石更接近地壳特征的Hf同位素则代表了其结晶于粒间混染的地壳流体或壳幔混合熔体。上述结果表明，锆石的Hf同位素体系并未与其母岩浆达到平衡，在岩体分离作用晚期受到来自壳源流体的扰动而具有混合特征（图2）。 

　　本次工作的启示在于，在岩浆房分离结晶作用晚期，粒间熔体有地壳组分加入时，其Hf同位素组成会具有混合特征，从粒间熔体中结晶出的锆石则会像海绵一样吸收不同来源的Hf同位素（图2），因此，镁铁-超镁铁质层状岩体中锆石的Hf同位素往往偏离地幔值而具有地壳特征，来源于这些岩体的碎屑锆石则会继承混合来源的Hf同位素特征，由此计算得到的Hf同位素模式年龄可能是没有地质意义的。因此利用碎屑锆石Hf-O同位素约束其来源或解释地壳生长模式时需十分谨慎。 

　　相关研究发表在最新一期的岩石学主流期刊Journal of Petrology上。 

　　Wang M.X., Nebel, O., Wang, C.Y. 2016. The Flaw in the Crustal ‘Zircon Archive’: Mixed Hf Isotope Signatures Record Progressive Contamination of Late-stage Liquid in Mafic-Ultramafic Layered Intrusions. doi: 10.1093/petrology/egv072 

 　　图1 锆石原位εHf_(t)值和high-pressure dissolution和table-top dissolution全岩εHf_(t)值 

　　图2 由于粒间熔体和地壳组分的混合，形成的锆石具有混合的Hf同位素组成 

　　中国科学院矿物学与成矿学重点实验室&广州地化所科技与规划处 供稿