APP下载

俯冲带熔-岩反应导致的地幔锌同位素不均一

2019-06-03

在大陆风化、碳酸盐和硫化物沉淀以及流体-岩石相互作用中,锌同位素会发生显著的分馏,导致俯冲带再循环组分(例如沉积物、蚀变洋壳和蛇纹岩)具有明显偏离正常地幔值的锌同位素组成,表明锌同位素具有示踪地壳物质再循环和壳-幔相互作用的潜力。为了更好地在地幔岩石中发现地壳的锌同位素信息,我们首先要清楚地掌握锌同位素在地幔过程中的分馏行为。前期研究发现,碳酸盐熔体交代以及熔体-橄榄岩反应过程中的动力学锌同位素分馏都能导致地幔的锌同位素组成的不均一。为了进一步制约(1)熔-岩反应对岩石圈地幔锌同位素组成的影响、(2)地幔矿物的锌同位素变化范围和(3)地幔矿物间的锌同位素分馏方向和分馏尺度,本文分析了捷克波西米亚地体一套富镁橄榄岩(Mg# = 90.9 – 89.1, FeO = 7.9 – 9.0 wt.%)、富铁橄榄岩(Mg# = 88.2 – 80.3, FeO = 10.0 – 14.5 wt.%)、石榴辉石岩以及单矿物的锌同位素组成。富镁橄榄岩是部分熔融的残余,仅遭受轻微的熔体交代作用;富铁橄榄岩是富镁橄榄岩与俯冲带富锌铁贫硅的熔体强烈反应的产物;石榴辉石岩是富锌铁贫硅的熔体在地幔楔中的熔体通道内,经历高压分离结晶的产物。
结果显示(图1和图2):(1)富镁橄榄岩具有与正常地幔一致的锌同位素组成,而富铁橄榄岩和石榴辉石岩具有高度不均一的锌同位素组成;(2)同一矿物具有不同的锌同位素组成;(3)不同矿物间存在高度变化的锌同位素分馏。

图1 全岩(a)和矿物(b)的锌同位素组成

图2 不同矿物间的锌同位素分馏值与温度的关系

图3 石榴石-单斜辉石间的锌同位素分馏值与单斜辉石元素含量和比值的相关性

解释和意义

(1)发现石榴石-单斜辉石之间存在显著的锌同位素分馏,且分馏值与地幔交代指标具有明显的相关性(图3),说明地幔交代导致石榴石-单斜辉石之间的锌同位素不平衡分馏。

(2)如果石榴石-橄榄石的锌同位素分馏达到平衡,可以获得经验公式Δ66ZnGrt-Ol = 103lnαGrt-Ol= −0.564×106/T2

(3)结合富集的Sr-Nd-Os同位素和Nb的负异常等特征,富铁橄榄岩和石榴辉石岩重的锌同位素组成反映富集66Zn壳源物质(例如沉积物)的加入,而他们轻的锌同位素组成是熔-岩反应过程中,动力学锌同位素分馏的结果。

(4)证实俯冲带熔-岩反应能够导致地幔楔高度不均一的锌同位素组成,说明锌同位素是示踪地幔中熔-岩反应事件的敏感指标。

  该成果于2019年5月发表在地球科学著名期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth上,论文第一/通讯作者为中国科学技术大学黄建博士。本研究成果受国家重点研发计划“深地资源勘查开采”专项“燕山期重大地质事件的深部过程与资源效应”项目(2016YFC0600404)、国家自然科学基金(41773002和41573018)和捷克科学院地质研究所科学项目(RVO67985831)联合资助。


论文信息:
Huang, J., Ackerman, L., Zhang,X.-C. and Huang, F. (2019) Mantle Zn isotopic heterogeneity caused by melt-rockreaction: Evidence from Fe-rich peridotites and pyroxenites from the Bohemian Massif, Central Europe. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 124, 3588-3604.
全文链接:
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2018JB017125.
关闭窗口
  • 中国科学院上海高等研究院
  • 华中科技大学