俯沖帶是實(shí)現(xiàn)地殼和地幔之間物質(zhì)和能量交換的主要途徑，也是全球地震和火山作用發(fā)生的最重要場(chǎng)所。板塊深俯沖過程中會(huì)發(fā)生變質(zhì)脫水和部分熔融，衍生出多種類型的熔/流體。其中，碳酸鹽熔體和硅酸鹽熔體作為俯沖帶普遍存在的、重要的交代介質(zhì)，在殼幔相互作用過程中扮演著重要的角色，它們可以交代地幔并對(duì)后者造成重大影響，如大幅度改變地幔的物理化學(xué)性質(zhì)，包括降低地震波速、改變流變學(xué)特征和導(dǎo)致電導(dǎo)率異常等；輸送大量的堿金屬及其他不相容元素和重要揮發(fā)分（如C、S等）進(jìn)入地幔，改變地幔的虧損/富集特征，導(dǎo)致地幔的不均一性；交代后的地幔源區(qū)可能會(huì)發(fā)生部分熔融，導(dǎo)致復(fù)雜的俯沖帶巖漿作用。特別重要的是，識(shí)別俯沖帶碳酸鹽熔體交代作用對(duì)于人們認(rèn)識(shí)和評(píng)估全球深部碳循環(huán)具有重要的科學(xué)意義。

鋰（Li）是重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，在電池、冶金、醫(yī)藥、以及受控?zé)岷朔磻?yīng)和航天等領(lǐng)域均有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí)，在地球科學(xué)領(lǐng)域，作為非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素的代表，Li同位素體系目前已被廣泛的應(yīng)用于示蹤俯沖帶殼幔相互作用、俯沖地殼物質(zhì)再循環(huán)、大陸風(fēng)化和礦床成因等方面。但利用 Li同位素區(qū)分俯沖帶碳酸鹽熔體和硅酸鹽熔體交代作用的研究還處于探索階段，其示蹤應(yīng)用原理尚待進(jìn)一步的深入探討。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院殼幔物質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室肖益林教授研究團(tuán)隊(duì)和戴立群教授合作，選擇我國(guó)境內(nèi)西秦嶺造山帶出露的新生代堿性和中生代堿性玄武巖作為研究對(duì)象，開展了系統(tǒng)的Li同位素組成調(diào)查。研究表明，兩類堿性玄武巖的Li元素含量和同位素組成存在明顯差異（圖1）。其中新生代堿性玄武巖具有較正常地幔明顯偏高的δ7Li值（高達(dá)+11.2‰）和低的Li含量，很可能反映了其地幔源區(qū)受到了俯沖帶碳酸鹽來(lái)源熔體的交代；而中生代堿性玄武巖則具有顯著偏低的δ7Li值（低至-3.3‰）和特別高的Li含量，這是其地幔源區(qū)受到了俯沖帶硅酸鹽沉積物來(lái)源熔體交代的結(jié)果。此外，Li同位素和全巖主-微量元素和Sr-Mg同位素聯(lián)合圖解，也進(jìn)一步證實(shí)了新生代和中生代玄武巖的地幔源區(qū)分別受到了碳酸鹽熔體和硅酸鹽熔體的交代作用。同時(shí)，通過與匯編的全球俯沖帶已報(bào)道的島弧型和洋島型玄武巖的Li同位素?cái)?shù)據(jù)（圖2）進(jìn)行的對(duì)比研究，這一成果明確揭示了鎂鐵質(zhì)巖漿巖的Li同位素組成可以很好的指示其地幔源區(qū)經(jīng)歷的熔體交代作用類型。

圖1 西秦嶺造山帶新生代和中生代堿性玄武巖的Li同位素組成

圖2 Li同位素示蹤俯沖帶熔流體交代作用卡通示意圖

相關(guān)研究成果以“Differentiation between carbonate and silicate metasomatism based on lithium isotopic compositions of alkali basalts”為題，近日發(fā)表在Nature Index收錄的國(guó)際地球科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Geology》上。譚東波博士為論文的第一作者，肖益林教授和戴立群教授為共同通訊作者。該項(xiàng)研究工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題專項(xiàng)“超臨界地質(zhì)流體的性質(zhì)和效應(yīng)”項(xiàng)目（2018YFA0702701）、中科院先導(dǎo)B項(xiàng) （XDB41000000）、國(guó)家自然科學(xué)基金（42073003, 92055209）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金 （WK2080000157）資助。（來(lái)源：中國(guó)科大）