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为揭示稀有金属过碱性花岗岩演化，研究人员以 Evisa 岩体为对象，探究 Zr-Hf、REE、Th-U 在岩浆 - 热液过程中的行为。发现锆石记录连续演化，Hf 同位素示踪地幔到地壳来源转变，热液活动导致元素再分配与同位素分馏，为相关研究提供新视角。
在地质演化的漫长画卷中，稀有金属过碱性花岗岩的形成与演化始终是地球科学领域的神秘谜题。这类岩石不仅蕴含着丰富的稀有金属资源，其复杂的矿物组合与元素迁移过程更像是一本记录地球内部活动的 “密码书”。然而，长期以来，科学家们对这类岩石中微量元素如锆（Zr）、铪（Hf）、稀土元素（REE）以及钍（Th）、铀（U）在岩浆和热液过程中的行为知之甚少，尤其是它们如何在矿物形成、地球化学循环以及成矿过程中发挥作用，仍是亟待破解的科学难题。正是在这样的背景下，来自法国相关研究机构的研究人员聚焦于 Evisa 过碱性稀有金属花岗岩体，展开了一场深入探索锆石矿物演化与元素迁移奥秘的科学之旅，相关研究成果发表在《Geochimica et Cosmochimica Acta》。
为了揭开 Evisa 花岗岩中元素行为的神秘面纱，研究人员采用了多尺度、多技术的综合研究方法。首先，通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对锆石的微观结构进行了细致观察，结合激光烧蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）技术，对锆石中的微量元素和同位素组成进行了高精度分析。同时，利用 U-Pb 定年技术，确定了不同类型锆石的形成时代，为整个研究建立了时间框架。
4. 结果
4.1 主要岩石学特征
Evisa 花岗岩主要由钠长石、钾长石和石英组成，含有少量深蓝色角闪石，常被橄榄绿色霓石交代。岩石可分为核心的亚固相线花岗岩和外围的超固相线花岗岩，后者含条纹长石。晚期岩脉切割整个岩体，显示出复杂的岩浆演化过程。
4.2 锆石结构特征
锆石具有多样的结构和形态，包括典型的自形晶体、少见的他形和葡萄状形态。岩浆锆石多为自形晶粒，具生长环带和扇形分带；热液锆石则分布于石英脉和角砾岩中，呈填隙状或自形 - 半自形晶体，部分呈葡萄状假晶。蚀变作用导致锆石产生微米级孔隙，伴随重矿物充填和新生锆石形成，显示出溶解 - 再沉淀过程。
4.3 微量元素化学特征
Evisa 锆石高度富集 REE、Th、U 等微量元素，总 REE 浓度超过 2 wt%。岩浆锆石具强烈的 LREE-HREE 分馏和正 Ce 异常，而热液锆石分馏较弱，Ce 异常不明显。蚀变锆石的地球化学特征介于两者之间，显示出元素再分配的复杂过程。
4.4 U/Pb 定年结果
岩浆锆石和热液锆石的 U-Pb 定年结果均集中在约 270 Ma，表明它们在花岗岩结晶和冷却过程中同步形成和蚀变，排除了后期大规模热液事件的影响。
4.5 Hf 同位素特征
岩浆锆石的 εHf (t) 值范围为 0 至 + 10，显示地幔来源特征；热液锆石的 εHf (t) 值为 - 5 至 + 5，反映地壳物质的混入。蚀变作用导致 Hf 同位素组成显著变化，可能与低温下的动力学分馏有关。
5. 讨论
5.1 花岗岩的岩浆演化
新的 U-Pb 定年结果表明 Evisa 花岗岩的结晶年龄约为 270 Ma，处于大陆裂谷环境。地球化学数据显示其主要来源于地幔，但受到地壳物质的混染。锆石中 Hf 含量的变化反映了岩浆的逐步分异，而晚期岩脉中 HFSE 的富集可能与液态不混溶作用有关。
5.2 热液蚀变
热液锆石的形成与蚀变作用发生在花岗岩侵位后的短时间内，流体主要为原生岩浆水和大气水的混合。蚀变过程中，Zr、Hf 发生迁移，REE 等微量元素通过溶解 - 再沉淀重新分配。葡萄状锆石的形成与伊利石的交代作用有关，伴随 Hf 同位素的动力学分馏。
5.3 成矿模型
Evisa 花岗岩的形成经历了岩浆分异、热液蚀变和流体 - 岩石相互作用的复杂过程。早期岩浆锆石记录了地幔来源的信息，晚期热液活动导致稀有金属的富集和再分配，为稀有金属矿床的形成提供了有利条件。
5.4 对锆石地球化学解释的启示
研究发现，Ti-in - 锆石温度计在富微量元素的锆石中可能不可靠，蚀变作用与变质作用可通过 Hf 同位素组成进行区分，而 Ce 异常不能作为氧化还原条件的可靠指标。这些发现对锆石地球化学数据的解释具有重要的指导意义。
6. 结论
这项研究通过对 Evisa 过碱性花岗岩中锆石的多学科研究，揭示了 Zr-Hf、Th-U 和 REE 在岩浆 - 热液过程中的复杂行为。锆石作为 “地质时钟” 和 “元素存储器”，详细记录了花岗岩的冷却历史和流体活动。研究结果不仅为稀有金属过碱性花岗岩的演化提供了新的认识，也对锆石地球化学数据的解释提出了新的挑战，强调了多技术联合分析和原位表征的重要性。未来，进一步深入研究锆石的微观结构与元素同位素组成，将有助于更全面地理解地球内部的元素循环与成矿机制。
