唐宗源，陳琛昌，華 山，李 杰，魏 浩a

1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069；2. 河北地質(zhì)大學(xué) a. 河北省戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源實(shí)驗(yàn)室，b. 地球科學(xué)學(xué)院，河北 石家莊 050031；3. 河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第九地質(zhì)大隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000

1 Ba同位素簡介

鋇(Ba)是異?；顫姷膲A土金屬元素，地幔中的Ba主要賦存于橄欖石、輝石、云母、角閃石和尖晶石中[1]。由于Ba在地幔部分熔融和玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異中是不相容元素，地幔中Ba元素含量(～6.9 ppm)的富集程度遠(yuǎn)低于地殼(～456 ppm)[2]。地殼中的Ba主要聚集在富鉀礦物中，因此中酸性巖的Ba含量(400～ 1 200 ppm)較基性巖(250～400 ppm)更加富集[3]。另外，Ba作為流體活動(dòng)性元素，導(dǎo)致花崗質(zhì)巖漿具有較低的Ba含量，并且在示蹤弧巖漿巖流體活動(dòng)來源和俯沖物質(zhì)再循環(huán)方面體現(xiàn)出較大的應(yīng)用前景[4-6]。

Ba有7個(gè)穩(wěn)定同位素(130Ba、132Ba、134Ba、135Ba、136Ba、137Ba和138Ba)，目前普遍將美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)研制的硝酸鋇溶液(SRM3104a)作為Ba同位素國際標(biāo)樣。Ba同位素組成表達(dá)式與其他穩(wěn)定同位素一致，通常以δ138/134Ba或者δ137/134Ba表示樣品的Ba同位素含量，即δ138/134Ba(‰)=[(13x/134Ba樣品)/(13x/134Ba標(biāo)樣)-1]×1 000，其中δ138/134Ba=δ137/134Ba×1.33[7]，部分學(xué)者也有用δ138Ba或δ137Ba表示[8，9]。在測試方法上主要通過多接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)進(jìn)行測試，并通過樣品—標(biāo)樣交叉技術(shù)(SSB)、元素外標(biāo)法(Ce)和雙稀釋劑法對儀器產(chǎn)生的質(zhì)量歧視效應(yīng)進(jìn)行校正以確保測試精度，目前國內(nèi)通過雙稀釋劑法校正后的δ138/134Ba誤差小于0.05‰(2SD)[10]。

2 Ba同位素自然界儲(chǔ)庫

在不同的地質(zhì)單元中，Ba同位素在流體作用下明顯分餾，而在中基性巖漿過程中分餾有限[11]。因此，近年來Ba同位素對俯沖帶物質(zhì)組成的示蹤提供了新的識(shí)別手段。先前研究測試了大西洋中南部洋中脊δ138/134Ba值，并收集了印度洋和東太平洋洋中脊玄武巖相關(guān)數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明，虧損地幔的δ138/134Ba較為均一，整體處于0.05附近[6]，這與Nan等[12]建立的平均上地殼和大陸沉積物Ba同位素組成相近(圖1；～0.00‰)。在大陸物質(zhì)中，I和A型花崗巖的δ138/134Ba值范圍較大(圖1)，而且黃土(δ138/134Ba=-0.03～+0.04‰)和冰磧巖(δ138/134Ba=-0.09‰～+0.33‰)也具有一定的變化[12]，這表明Ba同位素在長英質(zhì)巖漿成因和演化過程中發(fā)生分餾。俯沖板塊物質(zhì)(如海洋沉積物和和蝕變洋殼)的Ba同位素組成比上地幔和上地殼的變化大得多。海洋沉積物和蝕變洋殼的Ba同位素組成也可能受到低溫海水熱液循環(huán)的海水Ba同位素的影響[13]，蝕變洋殼的δ138/134Ba變化范圍較大(-0.1‰～+0.4‰)，而大洋沉積物的δ138/134Ba相較于比蝕變洋殼有更小的范圍(-0.11‰～+0.15‰)[13]。由此而言，沉積物的Ba同位素組成一般等于或輕于上地幔，而蝕變洋殼顯示的值等于或重于上地幔(圖1)。因此，弧巖漿中的Ba同位素變化有可能指示出其過剩Ba的來源，這可能限制了俯沖帶中從板塊向地表傳遞物質(zhì)的過程。最近，與俯沖再循環(huán)有關(guān)的陸相儲(chǔ)層之間的Ba同位素顯著變化已被揭示(圖1)，這表明Ba同位素系統(tǒng)可能是追蹤地幔中再循環(huán)地殼物質(zhì)的潛在新工具[14]，而中國東部均一的Ba同位素組成(-0.05‰～+0.06‰[9])與虧損地幔一致，這說明Ba同位素不僅可以指示源區(qū)性質(zhì)，還顯示了俯沖帶相關(guān)的不同巖性、深度的地幔源區(qū)Ba同位素貢獻(xiàn)。

圖1 大洋俯沖帶中的Ba同位素體系(數(shù)據(jù)引自Xu等[15]及其中的參考文獻(xiàn))Fig.1 Sketch map showing the Ba isotope systematics in an oceanic subduction zone

3 花崗巖的Ba同位素分餾

對花崗巖成因的研究是理解大陸地殼形成和演化的基礎(chǔ)。礦物的分離結(jié)晶控制著花崗巖成分變化，但粘滯的酸性巖漿如何實(shí)現(xiàn)晶體與殘余熔體分離產(chǎn)生不同類型的花崗質(zhì)巖仍具有較大爭議?；◢弾r具有顯著的Ba同位素變化(δ138/134Ba=-0.62‰～+0.15‰[13])，這可能是地殼物質(zhì)同化、部分結(jié)晶和/或流體出溶造成的。近年來“晶粥”模型的建立對巖漿房中巖漿演化過程有了新的認(rèn)識(shí)[16]，并以此建立了“穿地殼巖漿系統(tǒng)”，這為理解侵入巖與火山巖之間的成因聯(lián)系提供了新的研究方向?！熬е唷背鋈艿牧黧w可迅速上升參與淺部巖漿-熱液演化，這為稀有金屬成礦物質(zhì)的運(yùn)移提供了條件。然而，利用傳統(tǒng)地球化學(xué)指標(biāo)難以識(shí)別巖漿中殘余晶體產(chǎn)物，對晶體-熔體分離過程和流體活動(dòng)元素的運(yùn)移較難約束?；诖?，可以通過Ba同位素來判斷礦物中晶體空間的變化，來探究花崗巖中共生礦物的關(guān)系[17]。

Deng等[17]通過研究華北克拉通東部膠北地體的回里鉀長石花崗巖和鈉長石花崗巖的Ba同位素發(fā)現(xiàn)，鉀長石花崗巖中共存的富鋇礦物不處于Ba同位素平衡，可能反映了熔體抽離和礦物的堆積與重組。隨著巖漿演化程度的增加，整個(gè)巖石的Ba同位素組成變得更重。

3.1 I型、S型和A型花崗巖Ba同位素組成

Nan等[12]報(bào)道了中國東南I型、S型和A型花崗巖Ba同位素組成。通過對廣東佛岡I型花崗巖的Ba同位素發(fā)現(xiàn)，隨著巖漿分異的進(jìn)行，δ137/134Ba總體趨勢較低(圖2)。部分樣品的低值可能反映了在花崗巖分異的最新階段富含重Ba同位素的礦物(例如黑云母和/或鉀長石)的分離結(jié)晶。

圖2 中國東南部佛岡I型花崗巖、大容山—十萬大山S型花崗巖和南昆山A型花崗巖δ137/134Ba-SiO2圖解(a)[13]和δ137/134Ba (‰)-εNd(t)圖解(b)[12]Fig.2 Plots of δ137/134Ba (‰)vs SiO2 (wt%)(a)and δ137/134Ba (‰)vs εNd(t)(b)for I-type granites from the Fogang，S-type granites from Darongshan-Shiwandashan，and A-type granites from Nankunshan

廣西大容山—十萬大山S型花崗巖的Sr-Nd同位素顯示出高ISr(>0.721)和低εNd(t)(13.0～9.9)值[18]，說明這些S型花崗巖是由古老地殼物質(zhì)的再循環(huán)形成的。結(jié)合δ137/134Ba與SiO2沒有相關(guān)性，但與εNd(t)呈明顯負(fù)相關(guān)(圖2b)表明，較高的δ137/134Ba可能是由模式年齡較大的源區(qū)引起的。因此，這些S型花崗巖中的Ba同位素變化可能反映了不同原巖之間的混合[12]。

廣東南昆山A型花崗巖的ISr(0.706±0.012)和εNd(t)(0.3～0.9)值表明，它們可能來源于地幔衍生堿性巖漿的部分熔融，涉及地殼成分的顯著分離結(jié)晶和同化混染[19]。它們都是巖漿高度分異的產(chǎn)物，具有高SiO2含量和非常低的Ba含量(19～56 ppm)?？紤]到其極低的Ba含量和輕Ba同位素(-0.63‰～-0.44‰[12])組成(與最高的佛岡I型花崗巖共有的特征)，表明這些A型花崗巖中的低δ137/134Ba也可能是在晚期分化期間含鉀礦物(黑云母和/或鉀長石)的分餾形成的，或者是由于富含輕Ba同位素的地殼成分的同化產(chǎn)生[12]。因此，需要結(jié)合更多的分析手段來理解A型花崗巖Ba同位素的分餾機(jī)制。

3.2 高分異(淡色)花崗巖Ba同位素組成

Ba作為流體活動(dòng)性元素，可以在俯沖和巖漿活動(dòng)中隨流體運(yùn)移，導(dǎo)致高分異花崗巖的δ138/134Ba明顯偏離(通常低于)大陸上地殼的平均值[12]，因此Ba同位素具有示蹤流體活動(dòng)作用的潛力。先前研究揭示了巖漿演化與流體之間的密切聯(lián)系[20]。然而，關(guān)于熱液對淡色花崗巖的形成和演化、微量元素的遷移和富集以及稀有金屬礦化成因的影響知之甚少。尤其是稀有金屬元素(如Li、Be和Rb)是隨巖漿演化而富集，還是來自體系之外，仍存在爭議[21]。

淡色花崗巖通常與稀有金屬(如Li、Be、Rb、Nb、Ta和Sn)礦化有關(guān)，它是大陸地殼中硅酸鹽巖漿高分異或部分熔融程度較低的產(chǎn)物。最近，金屬穩(wěn)定同位素為研究淡色花崗巖提供了新的方法[12，17，22，23]，例如華南的W-Sn-Nb礦和喜馬拉雅的Li-Be-Rb礦都在高分異的淡色花崗巖中發(fā)現(xiàn)。

研究發(fā)現(xiàn)，喜馬拉雅康巴淡色花崗巖Ba同位素組成變化很大[24](圖3a)，但明顯低于大洋和大陸沉積物(圖1)，并且在變沉積巖的部分熔融過程中，鉀長石通常作為殘余礦物保留在源區(qū)中[20]?；詭r漿結(jié)晶分異過程中Ba同位素相對均一，在長英質(zhì)巖漿演化過程中，在缺少巖漿-熱液相互作用的情況下，富Ba礦物(如鉀長石)分離結(jié)晶會(huì)造成花崗質(zhì)熔體富集δ138/134Ba(0.50‰～0.95‰)[17]，但流體改造的花崗巖則具有明顯較低的δ138/134Ba[24](圖3b，3c)，說明其輕Ba同位素組成不是地殼深熔和分離結(jié)晶而來，而與經(jīng)歷了巖漿—熱液相互作用的南昆山A型花崗巖的相似(圖3)。前人提出Nb/Ta<5的過鋁質(zhì)花崗巖經(jīng)歷了水—巖相互作用[19]。如圖3d所示，經(jīng)歷了流體作用的樣品(Nb/Ta<5)具有較輕Ba同位素組成[25]，這是由于流體作用會(huì)帶走重的Ba同位素，而使得殘余熔體顯示出輕Ba同位素組成。

I型花崗巖、S花崗巖和A型花崗巖的Ba同位素?cái)?shù)據(jù)引自Nan等[12]圖3 康巴淡色花崗巖δ138/134Ba-Ba圖解(a)，δ138/134Ba-K2O圖解(b)，δ138/134Ba-K2O/Na2O圖解(c)和δ138/134Ba-Nb/Ta圖解(d)[24]Fig.3 Plots of δ138/134Ba vs Ba (a)，δ138/134Ba vs K2O (b)，δ138/134Ba vs K2O/Na2O (c)and δ138/134Ba vs Nb/Ta (d)for Kampa leucogranite

實(shí)驗(yàn)研究表明，從花崗巖熔體中出溶的自身熱液流體的δ138/134Ba明顯低于殘余硅酸鹽熔體的δ138/134Ba[26]，雖然高分異的康巴淡色花崗巖可能經(jīng)歷了流體出溶，但它們主要以體積相對較小巖脈的形式出現(xiàn)。因此，即使出溶的流體與殘余熔體相互作用，根據(jù)質(zhì)量平衡，殘余熔體也不可能獲得輕Ba同位素組成。在這種情況下，需要低δ138/134Ba的外來流體參與相互作用，結(jié)合地球物理觀測表明，外來流體很可能是從康巴淡色花崗巖中脈體下具有輕Ba同位素的巖漿儲(chǔ)層中出溶形成的[24]。這些出溶的流體不會(huì)改變原來巖漿的Ba同位素組成，但是它們可以從地殼深部上升到淺部并與正在演化的淡色花崗巖巖漿相互作用，使得花崗巖的Ba同位素組成顯著變輕。綜上所述，Ba同位素已用于研究巖漿和流體過程中Ba的來源和遷移，并且可以將流體-巖漿相互作用與巖漿結(jié)晶分異進(jìn)行區(qū)分[6]，體現(xiàn)了較好的應(yīng)用前景。淡色花崗巖的輕Ba同位素特征還說明，深部巖漿熱液可能對于運(yùn)移金屬元素具有重要意義，它不僅可以帶來輕Ba同位素，還可以帶來豐富的流體活動(dòng)性金屬元素[27](如 Rb；圖4)。

圖4 康巴淡色花崗巖δ87/86Rb-δ138/134Ba圖解[27]Fig.4 Plot of δ87/86Rb vs δ138/134Ba for Kampa leucogranite

此外，Deng等[28]對與錫多金屬礦床有關(guān)的華南侏羅紀(jì)騎田嶺高分異花崗巖開展Ba同位素研究發(fā)現(xiàn)，該巖基由多期花崗巖組成，與Sn成礦相關(guān)的高分異花崗巖具有更低的δ138/134Ba(圖5)，反映了穿地殼巖漿系統(tǒng)中出溶的深部流體的特征。據(jù)此，Deng等[28]提出了與Sn成礦相關(guān)的穿地殼巖漿系統(tǒng)模型，該模型主要分為3個(gè)階段。首先，原始巖漿在深部儲(chǔ)層中形成“晶粥”，由于晶體熔體分離，殘余熔體可以在頂部形成一個(gè)大的富含熔體的層。隨后，這些熔體上升，形成系統(tǒng)的淺部“晶粥”和第一階段花崗巖。淺部“晶粥”中礦物和殘余熔體之間的密度相對較小，導(dǎo)致殘余熔體的提取效率較低，并在不同部位形成多個(gè)熔體透鏡(圖6)。在系統(tǒng)不穩(wěn)定和深層晶漿巖漿補(bǔ)給的驅(qū)動(dòng)下，這些高度演化的熔融透鏡體可以單獨(dú)向上侵入，形成第二階段花崗巖。經(jīng)歷了重復(fù)的巖漿補(bǔ)給和再熔融導(dǎo)致了熔體分化和提取，形成第三階段花崗巖。從穿巖漿系統(tǒng)中出溶的低δ138/134Ba的巖漿流體(中晚階段)可使Sn元素的運(yùn)移和富集(圖6)。最重要的是，隨著結(jié)晶程度的增加將增強(qiáng)富含晶體部分巖漿流體的遷移[29]，這表明即使是深部“晶粥”中富含的Sn也可以被帶到系統(tǒng)的頂部，從而使Sn能夠在更大范圍內(nèi)聚集。這些深層巖漿流體對淺層高分化熔體的改造不僅降低了第二階段花崗巖的δ138/134Ba，而且提高了其Sn含量(圖5b)；第三階段花崗巖中總體上不存在高Sn含量(圖5b)，這表明與第二階段花崗巖一起產(chǎn)生的成礦流體可能從穿地殼巖漿系統(tǒng)中廣泛提取了大量的Sn，而該階段也被相關(guān)勘探結(jié)果所證實(shí)[30]。因此，在巖漿—熱液演化過程中，具有低δ138/134Ba的深部巖漿流體可以有效地將富集于不同深度的Sn運(yùn)移至系統(tǒng)頂部，為大型/超大型Sn礦床提供物質(zhì)來源。這說明Ba同位素可以為流體物質(zhì)運(yùn)移過程提供新的制約，對尋找大型稀有金屬礦床具有重要意義。

I型花崗巖、S花崗巖和A型花崗巖的Ba同位素?cái)?shù)據(jù)引自Nan等[12]；康巴淡色花崗巖引自Huang等[24]圖5 騎田嶺花崗巖δ138/134Ba- Ba(a)和Sn-δ138/134Ba(b)圖解[28]Fig.5 Plots of δ138/134Ba vs Ba (a)and Sn vs δ138/134Ba (b)of the Qitianling granites

圖6 騎田嶺花崗巖巖基下以晶粥為主的穿地殼巖漿系統(tǒng)示意圖[28]Fig.6 Conceptual schematic cartoon illustrating the crystal mush-dominated transcrustal magmatic system beneath the Qitianling granite batholith

3.3 過堿性花崗巖Ba同位素組成

除了淡色花崗巖與戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn)有關(guān)外，過堿性花崗巖由于富含高場強(qiáng)元素，與關(guān)鍵金屬礦床也存在聯(lián)系，如Be、Sn、Zn、Ga、Th、U和稀土元素(REEs)。然而，對于過堿性花崗巖的成因，目前還存在著較大的爭議。一種觀點(diǎn)認(rèn)為過堿性花崗巖主要是由富堿的準(zhǔn)鋁質(zhì)幔源巖漿長時(shí)間分離結(jié)晶[31]；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為過堿性花崗巖由堿性流體交代的下地殼巖石的部分熔融形成[32]。由于過堿性花崗巖通常具有高度演化的成分，對于過堿性巖漿形成的主要過程仍然很難評估。

Jiang等[33]對浙江舟山準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖和與之相伴而生的過堿性花崗巖研究發(fā)現(xiàn)，兩種花崗巖存在成因聯(lián)系。準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖具有與大陸上地殼相似的Ba同位素組成(δ138/134Ba=-0.09‰～+0.05‰，均值-0.02‰)，而過堿性花崗巖具有輕的Ba同位素組成(δ138/134Ba=-0.60‰～+0.11‰，均值-0.20‰)。Ba同位素研究結(jié)果表明，準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖存在明顯的黑云母和鉀長石分離結(jié)晶，而過堿性花崗巖并未表現(xiàn)類似特征，說明堿性花崗巖并非由準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖分異而來。在準(zhǔn)鋁質(zhì)巖漿演化過程中，富Ba礦物(黑云母和鉀長石)存在明顯的分離結(jié)晶趨勢(圖7a，7b)，并且殘余花崗質(zhì)熔體具有逐漸富Ba同位素趨勢(圖7c，7d)。研究認(rèn)為舟山過堿性花崗巖較低的δ138/134Ba來自于其麻粒巖相地殼源區(qū)受到了富Na巖漿流體的交代[33]?；◢弾r在形成過程中外來流體的加入會(huì)導(dǎo)致Ba同位素分餾程度大于分離結(jié)晶程度。因此，Ba同位素體系有助于區(qū)分哪些花崗巖主要由巖漿結(jié)晶分異作用形成，哪些花崗巖主要由流體交代的地殼部分熔融作用形成。

圖7 舟山準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖與過堿性花崗巖MgO-Al2O3圖解(a)，K2O-Al2O3圖解(b)，δ138/134Ba-Al2O3(c)和δ138/134Ba-Sr圖解(d)[33]Fig.7 Plots of MgO vs Al2O3 (a)，K2O vs Al2O3 (b)，δ138/134Ba vs Al2O3 and Sr (c，d)of the metaluminous and peralkaline granites from the Zhoushan

4 俯沖板片流體活動(dòng)中的Ba同位素分餾

在弧巖漿環(huán)境中，尤其是在弧前至弧下深度脫水期間，Ba將優(yōu)先從俯沖板片中提取[34]。研究俯沖相關(guān)巖漿巖的Ba同位素組成可以揭示俯沖板塊變質(zhì)脫水和部分熔融過程中Ba同位素的行為。目前雖已基本建立了俯沖帶不同循環(huán)物質(zhì)的Ba同位素儲(chǔ)庫，例如蝕變洋殼、大洋/大陸沉積物具有與地幔不同的Ba同位素組成。然而，目前人們對板塊脫水過程中Ba同位素的行為以及板塊衍生流體的Ba同位素特征知之甚少。俯沖物質(zhì)中的Ba很容易從礦物相進(jìn)入變質(zhì)熔/流體中，但脫水過程中的Ba同位素分餾行為及變質(zhì)流體的Ba同位素組成尚不清楚。與俯沖板片相關(guān)的變質(zhì)脈體可作為研究Ba同位素在俯沖帶流體活動(dòng)中的行為的可靠選擇。

Gu等[35]在大別超高壓變質(zhì)帶港河和花涼亭地區(qū)的榴輝巖和變質(zhì)巖脈樣品進(jìn)行Ba同位素分析顯示，港河榴輝巖有限的δ138/134Ba值(圖8a；-0.01‰～+0.03‰)，說明變質(zhì)脫水和隨后的流體—巖石相互作用不會(huì)對榴輝巖的全巖δ138/134Ba值產(chǎn)生顯著影響。礦物中Ba在俯沖流體中同位素分餾明顯高于榴輝巖(圖8a)，這表明Ba同位素可以在俯沖帶流體及其寄主巖石之間產(chǎn)生相當(dāng)程度的分餾?；鐾ち褫x巖的δ138/134Ba變化范圍為-0.14‰～+0.05‰之間，多期變質(zhì)脈的δ138/134Ba變化范圍為-0.17‰～+0.34‰?；鐾と谧冑|(zhì)巖脈中的綠簾石的δ138/134Ba值逐漸升高至0.47(圖8b)，表明在脈體形成過程中，輕Ba同位素相對于流體優(yōu)先富集在綠簾石中，進(jìn)而導(dǎo)致殘余流體具有高δ138/134Ba值。無論初始流體還是殘余流體相比榴輝巖均具有的高的δ138/134Ba(圖8b)，表明在變質(zhì)脫水過程和流體結(jié)晶過程中，重的Ba同位素更傾向于保留在流體中，這可以進(jìn)一步為超高壓俯沖帶的流體—巖石相互作用和流體演化過程提供新的約束。

圖8 (a)港河和花涼亭地區(qū)超高壓榴輝巖、高壓脈體、角閃巖和主要含Ba礦物的Ba同位素組成；(b)花涼亭地區(qū)多期脈體的Ba同位素演化趨勢[35]Fig.8 Plots of (a)Ba isotopic compositions for the UHP eclogites，HP veins，related amphibolites， phengites and epidotes therein from the Ganghe and Hualiangting areas；(b)Evolution of Ba isotopes during multiple-stage vein formations in the Hualiangting system

另外，Xu等[36]對大別高壓—超高壓榴輝巖(碧溪嶺地區(qū))中由綠簾石、多硅白云母和石英組成的石英脈體(變質(zhì)脈體)和榴輝巖的Ba同位素進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示成脈變質(zhì)流體來源于寄主(榴輝巖)本身，成脈流體的δ138/134Ba值(～+0.33‰)明顯高于寄主(～-0.09‰)，這表明兩者的Ba同位素分餾差別很大(圖9)，流體優(yōu)先富含重Ba同位素。單礦物Ba同位素分析結(jié)果表明(圖9b)，榴輝巖中多硅白云母的δ138/134Ba為-0.16‰～-0.05‰，明顯高于其分解產(chǎn)物黑云母的δ138/134Ba值(-0.34‰～-0.22‰)。質(zhì)量平衡計(jì)算結(jié)果顯示，多硅白云母與綠輝石/石榴石反應(yīng)生成的黑云母會(huì)釋放大量高的δ138/134Ba進(jìn)入流體中(圖9b)。這能很好地解釋脈體相對于榴輝巖富集重Ba同位素的現(xiàn)象。

圖9 碧溪嶺高壓—超高壓榴輝巖全巖及含Ba礦物的δ138/134Ba與Ba含量圖解(a)和碧溪嶺榴輝巖變質(zhì)脫水過程中的Ba同位素分餾機(jī)理(b)[36]Fig.9 Plots of Ba concentration and δ138/134Ba (‰)for whole rocks and Ba-bearing minerals of the HP-UHP eclogites at Bixiling (a)and mechanism of Ba isotope fractionation during dehydration of eclogites at Bixiling

在與俯沖帶流體相關(guān)的蝕變洋殼和島弧巖漿巖的Ba同位素也取得了相應(yīng)進(jìn)展。前人對俯沖帶湯加—克馬德克島弧巖漿巖進(jìn)行研究認(rèn)為，其中90%以上的Ba來自俯沖板塊且源區(qū)具有重Ba同位素特征，顯示出蝕變洋殼流體的貢獻(xiàn)。而輕δ138/134Ba(<0)和206Pb/204Pb值升高可能反映了俯沖碎屑沉積物(如海山和/或淺水沉積物周圍的熱液重晶石)的增加(圖10a)。因此，通過Ba同位素結(jié)合Sr-Pb同位素可以示蹤源區(qū)是否存在蝕變洋殼流體和沉積物熔體的加入[37](圖1)，但尚不能確定是否有其他端元的存在(圖10b)。

圖10 典型島弧巖漿巖δ138/134Ba-87Sr/86Sr (a)和206Pb/204Pb (b)圖解[37]Fig.10 Plots of δ138/134Ba vs 87Sr/86Sr (a)and 206Pb/204Pb (b)for typical arc lavas

5 展望

Ba同位素研究起步較晚，其分餾機(jī)理在不同類型花崗巖上可能存在缺乏合理的解釋，目前尚不清楚I-A型花崗巖源區(qū)影響或分離結(jié)晶的過程如何主導(dǎo)Ba同位素分餾，針對其Ba同位素分餾機(jī)理需要統(tǒng)計(jì)與測試全球花崗巖的Ba同位素組成來判斷。對于花崗巖演化的不同階段的Ba同位素組成及其受到流體和礦物相的影響是下一步研究的方向。此外，探究鉀長石、黑云母和斜長石等礦物的Ba同位素差異性，對于理解花崗巖結(jié)晶分異尤為關(guān)鍵。

在巖漿演化晚期的花崗巖中，Ba同位素的組成可以作為穿地殼巖漿系統(tǒng)的重要示蹤工具，能夠區(qū)分受到流體出溶和巖漿熱液相互作用影響與分離結(jié)晶影響的差異。與Mo、Mg和Zn同位素相比，Ba同位素在抑制巖漿熱液相互作用和追蹤流體來源方面具有更大優(yōu)勢。研究異常低的δ138/134Ba熱液流體有助于挖掘深部巖漿流體的作用和成礦元素的富集機(jī)理。

雖然Ba同位素在自然界儲(chǔ)庫已建立，但不同組分的儲(chǔ)庫存在相互重疊的現(xiàn)象，因此還需更加深入地研究殼幔物質(zhì)再循環(huán)和成巖過程中Ba同位素分餾機(jī)理的分析。開展不同種類金屬礦產(chǎn)相關(guān)的花崗巖體Ba同位素研究，建立相關(guān)的熱液金屬成礦專屬性元素，也是值得進(jìn)一步探索的方向。

此外，花崗巖風(fēng)化過程中Ba同位素方面的研究較少。因此，需要深入研究原生礦物與次生礦物之間的轉(zhuǎn)化過程中的分餾機(jī)理，探究更多關(guān)于Ba同位素在礦產(chǎn)相關(guān)的花崗質(zhì)巖體中的應(yīng)用價(jià)值。未來，還需要進(jìn)一步探究Ba同位素在全球氣候變化和環(huán)境演化中的作用。