岩浆和热液矿物系统中广泛的钛同位素分馏现象

《Chemical Geology》：Extensive titanium isotope fractionation in magmatic and hydrothermal mineral systems

钛同位素分馏机制研究：层状镁铁侵入体、铁氧化物磷灰石及铜金系统磁铁矿的δ49Ti组成揭示动力学分馏与流体-矿物相互作用主导钛同位素分异，超出岩浆平衡分馏预期，为钛同位素成矿示踪提供新依据。

　　

克里斯托弗·埃姆普罗托（Christopher Emproto）|瑞安·马图尔（Ryan Mathur）|亚当·C·西蒙（Adam C. Simon）|琳达·戈弗雷（Linda Godfrey）|杰弗里·D·维尔沃特（Jeffrey D. Vervoort）|孙明光（Mingguang Sun）|考特尼·德纳拉姆（Courteney Dhnaram）|弗拉基米尔·利西辛（Vladimir Lisitsin）|马丁·赖希（Martin Reich）|费尔南多·巴拉（Fernando Barra）

美国密歇根大学，安娜堡分校

摘要

矿物中的钛（Ti）同位素变化主要归因于氧化物（如钛铁矿和磁铁矿）沉淀过程中的平衡熔体-矿物分馏作用。虽然这一过程在常规火成岩环境中已经得到了很好的研究，但在岩浆和热液成矿环境中（包括层状基性侵入体（LMI）、铁氧化物磷灰石（IOA）系统和铁氧化物铜金（IOCG）系统）中的作用尚不明确。我们测量了来自多种LMI、IOA和IOCG系统的磁铁矿的Ti同位素组成（以δ⁴⁹Ti表示），以研究Ti同位素如何记录成矿过程。观察到的δ⁴⁹Ti范围（1σ：±0.07‰）为：LMI为?2.4‰至+3.5‰，IOA为?2.7‰至+2.9‰，IOCG为?1.7‰至+3.8‰，这些范围无法仅用平衡熔体-矿物分馏来解释——因为火成岩的δ⁴⁹Ti范围通常只有约2‰。流体-矿物相互作用可能可以解释IOA和IOCG系统中的一些变化，但不适用于解释LMI的数据。这些数据最好通过考虑动力学效应来解释，这些效应有利于轻质Ti同位素在熔体、流体和固态反应中的迁移。当Ti进入磁铁矿时，平衡分馏和动力学分馏的贡献是叠加的（即导致比预期更大的分馏），而当磁铁矿失去Ti时，这两种分馏作用则相互抵消。在火成岩系统中，动力学效应可能发生在富Ti熔体和贫Ti熔体之间的混合区域。钛铁矿的氧化解作用过程中的动力学效应可以解释改变化磁铁矿中的高δ⁴⁹Ti值。这些结果表明，Ti同位素可以作为一种地球化学示踪剂，用于研究多种地质系统中的某些成矿过程。

引言

钛（Ti）是地壳中第九大丰富的元素，在所有主要岩石类型中都以大量或微量形式存在。有五种稳定的Ti同位素（⁴⁶Ti、⁴⁷Ti、⁴⁸Ti、⁴⁹Ti和⁵⁰Ti），最近的文献中报告的Ti同位素数据是相对于芝加哥大学起源实验室的Ti金属标准（OL-Ti）进行的，其Ti同位素组成与整个硅酸盐地球相似（Millet和Dauphas，2014；Millet等人，2016）。本研究中使用的钛同位素组成以δ⁴⁹Ti表示：