目录：研究方向

• 1. 分析方法

• 2. 主要储库研究

• 3. 实验和理论研究分馏

• 4. 地幔地球化学

• 5. 岩浆作用

• 6. 变质地球化学

• 7. 矿床中的应用

• 8. 环境地球化学

• 9. 高温高压实验

• 10.铀系不平衡

4.地幔地球化学

更新时间：2018年 01月 22日

地幔是地球最大的圈层。金属稳定同位素为研究地幔提供了新的工具和视野。我们的主要目标是精准确定地幔的金属稳定同位素（例如Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、Ba和V）组成及其在地幔过程中的分馏行为和机理。在此基础上，利用金属稳定同位素为地幔演化、幔源岩浆岩成因和地壳物质再循环提供新的制约。近3年在这一研究方向上所取得的主要研究成果和最新研究进展如下：

4.1 上地幔的Ca同位素组成:Kang (康晋霆) et al. (2016, 2017)

玄武岩携带的橄榄岩包体是最直接的上地幔样品。我们分析了来自中国东部、蒙古利亚和西伯利亚的橄榄岩全岩和矿物的Ca同位素，发现：（1）共生的单斜辉石与斜方辉石间存在~1‰的分馏（图1.4.1a），且受控于斜方辉石的Ca/Mg比，反映了矿物成分对同位素平衡分馏系数的影响；（2）原始饱满的橄榄岩具有均一的Ca同位素组成，平均δ^44/40Ca_915a值为0.94± 0.05‰（图4.1b）（3）亏损的橄榄岩具有较高的δ^44/40Ca_915a= 1.06 ± 0.04‰，说明部分熔融能够导致Ca同位素分馏，熔体提取轻Ca同位素，残留地幔富集重 Ca同位素（图4.1b）；（4）交代橄榄岩具有明显偏低的δ^44/40Ca_915a= 0.25 ~ 0.96‰，暗示受到再循环地表碳酸盐的交代作用（图4.1b）。

4.2 上地幔的Cu同位素组成:Huang (黄建)et al. (2017)

Cu 是亲硫、亲铜、变价（0,+1,+2 ）元素，主要富集在硫化物中。因此， Cu 同位素能够很好地反映交代介质组成、氧化还原状态和地幔氧逸度。为探究地幔过程中 Cu 同位素的分馏行为和机理，我们分析了意大利南 Alps 造山带 Baldissero 和 Balmuccia 地体橄榄岩样品。结合前人发表的橄榄岩 Cu 同位素数据，我们发现（图 4.2 ）(1)部分熔融不能解释橄榄岩高度变化的 δ⁶⁵Cu ；(2)硫不饱和熔体（即硅酸盐熔体）渗滤致使地幔橄榄岩中富集 ⁶³ Cu 的硫化物溶解，导致全岩 δ65Cu 升高;(3)富集 ⁶³ Cu 的硫饱和熔体（即硫化物熔体）降低了地幔橄榄岩的 δ65Cu;(4)氧化性流体交代导致橄榄岩中硫化物发生氧化分解反应，优先淋滤出富集 ⁶⁵ Cu 的 Cu²⁺,致使残留相亏损 ⁶⁵ Cu 。

4.3 石榴石橄榄岩的Mg-Fe同位素组成:An (安亚军) et al. (2017)

迄今为止，人们对地幔 Mg 同位素的了解主要来自尖晶石相橄榄岩（ <60km ），而几乎没有对来自更深部地幔的研究。我们分析了南非 Kaapvaal 和Siberian 克拉通的石榴橄榄岩及共存单矿物的 Mg-Fe 同位素。发现浅部和深部上地幔的 Mg-Fe 同位素组成之间并不存在明显的差异（ δ²⁶Mg = ‒0.225 ± 0.037‰, δ⁵⁶Fe = ‒0.003 ±0.068‰, 图4.3 ），这将我们对上地幔同位素组成的了解从 60km 拓展到 180km 。我们还发现不同样品中矿物之间存在平衡和不平衡 Fe-Mg 同位素分馏，揭示了古老克拉通岩石圈地幔的形成和交代历史。

4.4 地幔橄榄岩和科马提岩的 V 同位素组成:Qi(戚玉菡)(准备中)

为了精确制约硅酸盐地球的 V 同位素组成和地幔熔融过程中 V 同位素的分馏行为，我们测定了蒙古中部 Tariat 地区的包体橄榄岩以及不同时代科马提岩的 V 同位素组成。结果 ( 图 4.4 ) 显 示：(1)地幔部分熔融不会导致显著的 V 同位素分馏；(2)科马提岩具有均一的 V 同位素组成，说明地幔 V 同位素组成随时间没有发生明显改变;(3)硅酸盐地球的 δ⁵¹VAA= ‒0.90 ± 0.08‰ (2SD ，n = 24）。该研究为利用 V 同位素研究行星形成、地幔演化等科学问题提供了理论基础。

4.5 火成碳酸岩的Ba同位素组成：(李王晔)(准备中)

火成碳酸岩是幔源岩浆岩，其 Ba 同位素研究可为碳酸岩浆作用过程中 Ba 同位素的分馏及地幔的 Ba 同位素组成提供制约。我们测量了东非裂谷、格陵兰、加拿大和德国等地火成碳酸岩及共生的幔源硅酸岩样品的 Ba 同位素组成，结果显示绝大多数样品的 δ^137/134Ba 较均一(-0.07 ~ +0.09‰，图 4.5)，且与OIB的变化范围(-0.07 ~ +0.08‰； Huang et al., 2015)一致。这表明碳酸岩浆作用过程中 Ba 同位素的分馏较小，因此火成碳酸岩的 Ba 同位素组成直接反映其地幔源区的组成；由此获得的地幔平均 δ^137/134Ba = +0.02 ± 0.06‰ (2SD ， n = 30)。

4.6 Mg 同位素示踪深部碳循环 : Huang (黄建)et al. (2015, 2016)

部分熔融和硅酸盐岩浆演化不会产生显著的 Mg 同位素分馏。地表碳酸盐具有非常低的 δ26Mg ( 可低至 ‒5.5‰ ），显著低于地幔的 δ26Mg (‒0.25 ± 0.07‰) 。为了验证 Mg 同位素是否能够有效示踪深俯冲进入地幔的碳酸盐所形成的熔体，我们研究了中国东部华南新生代玄武岩，发现它们的 δ26Mg = ‒0.60 ~ ‒0.30‰ ，显著低于地幔值。其 δ26Mg 与部分熔融敏感指标（例如 Sm/Yb 和 Nb/Y ）呈负相关性，说明地幔源区经历了富集 ²⁴ Mg 的碳酸盐熔体的交代作用。结合 Sr 同位素数据，我们进一步证实中国东部新生代玄武岩地幔源区中，再循环的碳酸盐主要为菱镁矿（图 4.6a ）。进一步，根据白云石 = 菱镁矿 + 文石反应分解线、地幔绝热线和碳酸盐化橄榄岩固相线之间的关系，制约了碳酸盐化橄榄岩初始熔融深度在 300‒360 公里（图 4.6b ）。