地质地球所揭示岩石圈地幔中异常高Li含量低δ7Li的特征

　　锂（Li）有两种稳定同位素：6Li 和7Li，二者较大的质量差异(~15%)可以导致较大的同位素分馏。Li具有较强的流体活动性，7Li优先进入流体相，6Li进入固体相，同时，二者亦存在扩散速率的差异：V6Li＝ 1.034 × V7Li，因此，风化和扩散过程均可以产生Li同位素分馏。但是，一般认为，Li同位素在高温(>350℃)下分馏微弱，岩浆作用过程中和地幔温度压力条件下，锂同位素不发生有意义的分馏。近年来报道的大量幔源岩石Li同位素数据揭示地幔具有Li同位素的不均一性，但是Li同位素的分馏机制还不清楚。

　　中科院地质与地球物理研究所岩石圈演化研究室地幔地球化学课题组博士后苏本勋与合作导师张宏福研究员，对西秦岭地区的地幔橄榄岩捕掳体进行了Li同位素的离子探针原位分析。分析结果显示，这些地幔橄榄岩中的矿物具有较大的Li含量和Li同位素的变化范围，橄榄石：Li = 2~16 ppm，δ7Li = −42~−3‰；斜方辉石：Li = 2~43 ppm，δ7Li = 0~+9‰；单斜辉石：Li = <1.2~75ppm，δ7Li = −2~+13‰。与世界其它地区地幔橄榄岩矿物的Li同位素相比，西秦岭样品具有异常高的Li含量(尖晶石二辉橄榄岩中的单斜辉石除外)；橄榄石具有极低的δ7Li 值；石榴石相橄榄岩中的单斜辉石与碱性岩尤其是富Na岩石中的单斜辉石的Li同位素组成相似（图1）。Li含量和δ7Li均与Na2O含量成正相关，表明Li在交代过程显示与Na具有相似的地球化学行为；Li含量在碳酸盐交代程度较弱的尖晶石二辉橄榄岩中的顺序为Ol>Opx>Cpx，在交代较强的石榴石二辉橄榄岩中为Ol<Opx<Cpx；δ7Li在两类橄榄岩中表现为相同的趋势为Ol<Opx<Cpx（图2），这反映了不同程度交代作用的Li同位素记录。与地球各储库相比，西秦岭样品与碳酸岩、大洋沉积物和榴辉岩的Li同位素组成的相似（图3），这与岩石学和地球化学所揭示的碳酸盐交代作用相一致，这种碳酸盐熔体可能与俯冲的发生榴辉岩化的大洋板片有关。

　　本次研究首次报道了碳酸盐交代的地幔橄榄岩中矿物的Li同位素组成；发现了岩石圈地幔中异常高Li含量低δ7Li的特征；提出了造成这种特征的两种可能机制：I-Li同位素在碳酸盐交代过程中进入矿物的优先级与碳酸盐交代过程不同；II-地幔中可能存在极低δ7Li的储库，如榴辉岩。

　　该研究成果近期发表在国际知名的地质学杂志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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图1：西秦岭与世界其它地区地幔橄榄岩捕掳体中橄榄石、斜方辉石和单斜辉石的Li含量和Li同位素对比

图2：西秦岭地幔橄榄岩捕掳体中矿物的Li含量和Li同位素与Na2O的相关性及矿物之间的变化图解

图3：西秦岭地幔橄榄岩捕掳体中矿物的Li含量和Li同位素与地球主要储库对比