地质地球所揭示锂同位素在锆石中的分馏规律

　　Li同位素是一种新兴的非传统稳定同位素示踪工具，在示踪花岗岩源区上有潜在的优势。迄今为止，对锆石Li同位素的研究非常有限，对锆石中Li同位素的变化究竟是反映了扩散分馏还是熔体-锆石分馏并没有确切的结论。

　　针对这一问题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化研究室博士研究生高钰涯与导师李献华等人对Plešovice, Qinghu和Temora三个锆石标样用Cameca1280 HR进行了二次离子质谱（SIMS）高精度微区原位Li>同位素（δ7Li）及含量（[Li]）分析，并对锆石Li、U、Th、P、Y、Yb、Zr、Si元素进行了二次离子图像分析，研究Li在锆石内部的空间变化及规律。

　　对锆石标样的分析结果显示（图1-3），锆石内部Li同位素非常不均一。三个锆石标样均有5–20 μm宽的高[Li]边，从边缘向中心，[Li]逐渐降低，边缘处[Li]大约是中心部位的5到10倍。在锆石边缘~50 μm的范围内，δ7Li会发生大约20‰分馏。

　　鉴于Plešovice，Qinghu和Temora三个锆石标样均一的U-Pb年龄和Hf-O同位素组成，可以认为在锆石结晶过程中，其熔体成分均一且保持不变，也没有外来熔体/流体的加入；由于在高温下Li同位素分馏很有限，三个锆石标样同样很有可能由和岩浆达到平衡的、均一的初始Li同位素组成。图1-3中显示的锆石边缘处如此大的Li同位素变化范围不可能由平衡分馏产生；结合微量元素离子图像，他们认为扩散分馏是导致锆石中Li同位素变化的主要原因。

　　该研究结果表明，Li同位素在锆石中的扩散可以导致极大的分馏。锆石作为对Li同位素保存最好的矿物，其Li同位素扩散现象也非常普遍，单个锆石颗粒δ7Li变化可达~20‰；因此，运用Li同位素进行示踪时需要确定扩散的影响。对于Li同位素微区原位分析，应尽可能选择大颗粒矿物中心进行分析，锆石中心均一的δ7Li值最有可能反映了锆石结晶时的岩浆同位素组成。对于越老的样品，其在矿物中心保存原始δ7Li值所要求的颗粒越大，应尽可能做剖面分析来确定矿物中心是否受到扩散影响。对于全岩Li同位素分析或者Li同位素在其他矿物中的应用以及数据解释需要谨慎。

　　该研究成果于11月23日发表在《科学报告》（Scientific Reports）上（Gao Y. Y., Li，X. H., et al. Extreme lithium isotopic fractionation in three zircon standards (Plešovice, Qinghu and Temora. Scientific Reports, 2015, 5: 16878. doi:10.1038/srep16878）。

图1 （a）Plešovice锆石CL图像以及分析点位置，δ7Li与[Li]剖面分析结果；（b）Li二次离子图像（亮色 = 含量高）；（c）所有Plešovice锆石颗粒Li数据投图；（d）对于距锆石边部 > 100 μm 的分析点的Li同位素柱状图及加权平均值图。

图2 （a）Qinghu锆石 Li 和Y 二次离子图像、CL图像以及分析点示意图；（b）δ7Li vs分析点到最近边的距离；（c）[Li] vs分析点到最近边的距离。

图3 （a）Temora锆石CL图像及分析点示意图；（b）Li、P、Y、Yb离子图像；（c）δ7Li值随空间位置变化；（d）[Li]随空间位置变化。