卢文宁 何永胜：板块俯冲过程中的Ca同位素分馏行为与机制：来自大别-苏鲁造山带变玄武岩的启示

发布时间：2021-02-24     作者：[科学研究院]    阅读：66次

俯冲带是地球表面与内部进行物质交换的重要场所，俯冲板片可以携带大量地表物质进入地幔。在俯冲过程中，板片会经历进变质-脱水-熔融作用，一方面会产生熔流体，交代上伏地幔楔，使得岛弧岩浆富集大离子亲石元素等；另一方面残余板片会俯冲进入更深部的地幔，影响后者的物理和化学性质。

近年来，钙（Ca）同位素作为壳幔物质循环的新兴示踪工具得到广泛关注。由于对俯冲过程中Ca同位素分馏行为的观察和认识的不足，现有研究通常假设再循环进入深部地幔的地壳物质Ca同位素组成与其原岩类似。玄武质地壳是俯冲板片的重要组成部分。为了探究其在俯冲进变质脱水过程中的Ca同位素分馏行为和机制，我校地球科学与资源学院博士研究生卢文宁，在其导师“金属同位素与壳幔物质循环”求真研究群体何永胜教授的指导下，对大别-苏鲁造山带19件变玄武岩样品进行了高精确度Ca同位素分析。这套样品原岩形成背景相似，变质程度不同（含绿片岩、角闪岩、榴辉岩），随变质程度增加经历了显著的脱水作用。研究发现，除个别受到碳酸盐化蚀变影响的样品外，绿片岩、角闪岩和榴辉岩的Ca同位素组成均落在新鲜玄武岩的变化范围内，不存在系统变化。变玄武岩的δ^44/42Ca值与指示变质脱水的指标（H₂O和Rb/TiO₂）之间没有明显的相关性，表明变玄武岩的Ca同位素组成在进变质脱水过程中不会发生显著改变。考虑到玄武岩的Ca同位素组成相对上地幔系统偏轻，基性地壳物质（主要为俯冲的大洋板片）再循环可向地幔输入轻钙通量，从而导致上地幔Ca同位素组成不均一。

该研究系统报道了大别-苏鲁造山带变玄武岩的Ca同位素数据，揭示了板块俯冲过程中Ca同位素行为与分馏机制，对Ca同位素示踪壳幔物质循环的理论体系有重要意义。

上述成果发表在地球化学国际权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上：Lu Wenning, He Yongsheng*, Wang Yang, Ke Shan, 2020. Behavior of calcium isotopes during continental subduction recorded in meta-basaltic rocks. Geochimica et Cosmochimica Acta, 278 (2020): 392-404. [IF = 4.659]

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2019.09.027