全岩镁同位素揭示高低温S型花岗岩的成因差异及其对地壳深熔温度的指示意义

针对如何有效区分高低温S型花岗岩并约束地壳深熔温度这一难题，研究人员通过分析喜马拉雅造山带高低温淡色花岗岩的Mg-O同位素及全岩地球化学数据，结合相平衡模拟，首次证实全岩δ26Mg值可有效指示熔体温度差异：高温组（800–855°C）δ26Mg达+0.46‰至+0.53‰，显著高于低温组（739–801°C）的-0.70‰至-0.14‰，揭示了石榴子石残留比例对Mg同位素分馏的关键控制。该成果为花岗岩成因研究提供了新的地球化学指标。

　　

花岗岩作为大陆地壳的重要组成，其形成过程一直被视为理解地壳演化的钥匙。然而，如何准确区分不同温度条件下形成的花岗岩，尤其是S型（沉积岩源区）花岗岩，始终是地质学家面临的难题。传统温度计如锆石Ti温度计受压力、SiO₂活性等因素干扰，而全岩地球化学特征又易受后期过程影响。更棘手的是，缺乏独立的地球化学指标验证高低温花岗岩的分类标准。这一瓶颈严重制约了对地壳深熔过程温度约束的精确性。

针对这一挑战，中国的研究团队选择喜马拉雅造山带的淡色花岗岩作为研究对象。这些岩石因其纯净的沉积岩源区特征和极少的幔源物质混染，成为探究镁同位素分馏机制的理想样本。通过整合全岩Mg-O同位素、主微量元素数据、锆石Ti温度计及相平衡模拟，研究人员首次系统揭示了熔体温度与Mg同位素组成的因果关系。

关键技术方法包括：1）采用压力校正的Ti-in-zircon温度计确定高低温组样品（高温组800–855°C，低温组739–801°C）；2）高精度MC-ICP-MS测定全岩δ²⁶Mg值；3）相平衡模拟量化不同温度下石榴子石生成比例；4）平衡分馏计算模型验证温度对同位素分馏的影响。样本来自喜马拉雅三个典型地区——亚拉香波（高温）、错那和定日（低温）。

Ti-in-zircon温度特征
高温组锆石最大Ti温度显著高于低温组（855°C vs 801°C），且两组在Nb/Ta、Eu/Eu*比值上存在系统性差异，但δ¹⁸O和化学蚀变指数（CIA）相近，排除了流体改造和源区异质性的干扰。

镁同位素组成差异
低温组δ²⁶Mg值（-0.70‰至-0.14‰）与全球多数S型花岗岩一致，而高温组出现异常正值（+0.46‰至+0.53‰），远超源岩范围。通过排除电气分离、Fe-Ti氧化物结晶等次要过程，证实该差异主要反映熔融温度效应。

相平衡模拟与分馏机制
模拟显示：当温度＞800°C时，黑云母分解反应取代白云母分解成为主导，导致残留体中石榴子石比例显著增加。由于石榴子石的八面体配位结构优先富集轻Mg同位素（Δ²⁶Mg_{石榴子石-熔体}达-0.6‰），高温熔体因残留更多石榴子石而相对富集重同位素。计算证实熔体δ²⁶Mg值与石榴子石残留比例呈正相关。

这项研究开创性地建立了全岩Mg同位素与地壳深熔温度的定量关系，为解决花岗岩温度分类的争议提供了独立的地球化学依据。其意义不仅在于揭示了石榴子石对Mg同位素分馏的控制机制，更提出了δ²⁶Mg可作为判别高低温S型花岗岩的"地质温度计"。该成果发表于《Geochimica et Cosmochimica Acta》，为理解碰撞造山带地壳深熔过程提供了新的理论工具。