近期，中科院海洋所深海中心孫衛(wèi)東研究團隊與法國蒙彼利埃大學(xué)Dmitri A. Ionov教授以及成都理工大學(xué)張兆峰教授開展合作研究，在Nature Index期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上刊發(fā)了關(guān)于含碳酸鹽包體地幔橄欖巖鈣同位素的最新研究成果，對理解碳酸鹽以及硅酸鹽交代地幔過程中的鈣同位素分餾行為，應(yīng)用鈣同位素示蹤高溫地質(zhì)過程具有重要意義。
地幔交代過程，是造成地幔物質(zhì)地球化學(xué)組分不均一的重要地質(zhì)過程之一。引起地幔交代作用的介質(zhì)除了碳酸鹽，還有硅酸鹽熔體等。因此，全面了解由不同交代介質(zhì)引起的地幔交代過程中的鈣（Ca）同位素分餾行為及尺度，是應(yīng)用Ca同位素示蹤該地質(zhì)過程的基本前提。孫衛(wèi)東研究團隊與合作者選取了采自Spitsbergen島嶼含碳酸鹽包體的地幔橄欖巖，這些橄欖巖依次經(jīng)歷了熔體提取、硅酸鹽熔體交代以及碳酸鹽包體交代三期地質(zhì)事件，對該樣品進行淋濾實驗，并分別對淋濾的碳酸鹽相、殘余的硅酸鹽相以及全巖開展地球化學(xué)研究，可以深入探究硅酸鹽以及碳酸鹽交代過程中引起的Ca同位素分餾行為。
Spitsbergen島嶼地幔橄欖巖中的碳酸鹽包體
結(jié)果顯示，碳酸鹽包體比殘余硅酸鹽富集Sr元素（277–2923 vs. 16–60 ppm），具有變化范圍更大且更低的87Sr/86Sr比值（0.7049–0.7141 vs. 0.7036–0.7055），以及低的 44/40Ca值（0.17–0.68‰ vs. 0.78–1.00‰）。該結(jié)果表明，碳酸鹽包體的Ca-Sr同位素組成與硅酸鹽并未達到平衡狀態(tài)。殘余硅酸鹽受熔體提取和硅酸鹽熔體交代兩期地質(zhì)過程影響，已有研究表明熔體提取可提高地幔橄欖巖的 44/40Ca值，而本地區(qū)的殘余硅酸鹽具有與硅酸鹽地球（BSE，0.94 0.05‰）相似或者略低的 44/40Ca值，說明硅酸鹽熔體交代作用可以使得地幔橄欖巖的 44/40Ca降低0.1–0.2‰。橄欖巖全巖的Ca同位素組成（0.75–0.95‰）與殘余硅酸鹽相似，均與BSE相近或者略低，說明低含量的碳酸鹽包體（約1 wt.%）交代作用并不能顯著降低橄欖巖的 44/40Ca值。相反，由于碳酸鹽包體顯著富集Sr元素，其交代地幔橄欖巖，可以顯著升高橄欖巖全巖的
碳酸鹽相、硅酸鹽相以及橄欖巖全巖的Ca-Sr同位素組成
上述研究得到了國家自然科學(xué)基金等項目聯(lián)合資助。論文第一作者為深海中心祝紅麗副研究員，通訊作者為法國蒙彼利埃大學(xué)Dmitri A. Ionov教授。
論文信息：
Hongli Zhu, Dmitri A. Ionov*, Long Du, Zhaofeng Zhang, Weidong Sun, 2021. Ca-Sr isotope and chemical evidence for distinct sources of carbonatite and silicate mantle metasomatism. Geochimica et Cosmochimica Acta 312, 158-179.
