地質地球所揭示巖石圈地幔中異常高Li含量低δ7Li的特征

　　鋰（Li）有兩種穩定同位素：6Li 和7Li，二者較大的質量差異(~15%)可以導致較大的同位素分餾。Li具有較強的流體活動性，7Li優先進入流體相，6Li進入固體相，同時，二者亦存在擴散速率的差異：V6Li＝ 1.034 × V7Li，因此，風化和擴散過程均可以產生Li同位素分餾。但是，一般認為，Li同位素在高溫(>350℃)下分餾微弱，巖漿作用過程中和地幔溫度壓力條件下，鋰同位素不發生有意義的分餾。近年來報道的大量幔源巖石Li同位素數據揭示地幔具有Li同位素的不均一性，但是Li同位素的分餾機制還不清楚。

　　中科院地質與地球物理研究所巖石圈演化研究室地幔地球化學課題組博士后蘇本勛與合作導師張宏福研究員，對西秦嶺地區的地幔橄欖巖捕擄體進行了Li同位素的離子探針原位分析。分析結果顯示，這些地幔橄欖巖中的礦物具有較大的Li含量和Li同位素的變化范圍，橄欖石：Li = 2~16 ppm，δ7Li = ?42~?3‰；斜方輝石：Li = 2~43 ppm，δ7Li = 0~+9‰；單斜輝石：Li = <1.2~75ppm，δ7Li = ?2~+13‰。與世界其它地區地幔橄欖巖礦物的Li同位素相比，西秦嶺樣品具有異常高的Li含量(尖晶石二輝橄欖巖中的單斜輝石除外)；橄欖石具有極低的δ7Li 值；石榴石相橄欖巖中的單斜輝石與堿性巖尤其是富Na巖石中的單斜輝石的Li同位素組成相似（圖1）。Li含量和δ7Li均與Na2O含量成正相關，表明Li在交代過程顯示與Na具有相似的地球化學行為；Li含量在碳酸鹽交代程度較弱的尖晶石二輝橄欖巖中的順序為Ol>Opx>Cpx，在交代較強的石榴石二輝橄欖巖中為Ol<Opx<Cpx；δ7Li在兩類橄欖巖中表現為相同的趨勢為Ol<Opx<Cpx（圖2），這反映了不同程度交代作用的Li同位素記錄。與地球各儲庫相比，西秦嶺樣品與碳酸巖、大洋沉積物和榴輝巖的Li同位素組成的相似（圖3），這與巖石學和地球化學所揭示的碳酸鹽交代作用相一致，這種碳酸鹽熔體可能與俯沖的發生榴輝巖化的大洋板片有關。

　　本次研究首次報道了碳酸鹽交代的地幔橄欖巖中礦物的Li同位素組成；發現了巖石圈地幔中異常高Li含量低δ7Li的特征；提出了造成這種特征的兩種可能機制：I-Li同位素在碳酸鹽交代過程中進入礦物的優先級與碳酸鹽交代過程不同；II-地幔中可能存在極低δ7Li的儲庫，如榴輝巖。

　　該研究成果近期發表在國際知名的地質學雜志Chemical Geology上（Su et al. Extremely high Li and low δ7Li signatures in the lithospheric mantle. Chemical Geology. 2012, 292-293: 149-157）

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圖1：西秦嶺與世界其它地區地幔橄欖巖捕擄體中橄欖石、斜方輝石和單斜輝石的Li含量和Li同位素對比

圖2：西秦嶺地幔橄欖巖捕擄體中礦物的Li含量和Li同位素與Na2O的相關性及礦物之間的變化圖解

圖3：西秦嶺地幔橄欖巖捕擄體中礦物的Li含量和Li同位素與地球主要儲庫對比