在地球的形成與演化過(guò)程中，地幔的化學(xué)組成隨著相應(yīng)的地質(zhì)事件和地質(zhì)過(guò)程發(fā)生改變。這意味著地幔及其派生熔體的地球化學(xué)成分記錄了大量的地球演化信息，是地質(zhì)學(xué)家了解地球的形成與演化的重要手段。其中，地幔交代作用對(duì)地幔的礦物組成以及地球化學(xué)成分的改造均有重大影響。因此，限定地球化學(xué)指標(biāo)在地幔交代過(guò)程中的行為及交代地幔的地球化學(xué)組成，是利用該指標(biāo)的基本前提條件。

　　高場(chǎng)強(qiáng)元素是一類難融、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且不易受低溫蝕變和風(fēng)化過(guò)程改造的元素（如Nb，Ta，Zr，Hf，Ti）。這些特性使得行為相似的高場(chǎng)強(qiáng)元素比值（Zr/Hf和Nb/Ta比值）及其同位素（如Hf-Ti同位素）被廣泛應(yīng)用于示蹤高溫巖漿過(guò)程。近年來(lái)，得益于分析方法的改善，Zr同位素也開(kāi)始被應(yīng)用于研究地球高溫巖漿過(guò)程。然而，目前對(duì)Zr同位素的研究主要集中于殼內(nèi)巖漿演化過(guò)程，地幔交代過(guò)程中Zr同位素如何變化，以及交代地幔的Zr同位素組成仍然不清楚。

　　來(lái)自地幔的熔體能夠獲取不同時(shí)空背景的地幔源區(qū)信息，是了解深部地幔物質(zhì)組成和過(guò)程的主要窗口。由于Zr是強(qiáng)不相容元素（K _d<1），因此交代地幔部分熔融產(chǎn)生的玄武巖能夠高效抽取源區(qū)的Zr儲(chǔ)庫(kù)。為此，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室地幔地球化學(xué)學(xué)科組鄒宗琪博士、徐義剛院士聯(lián)合中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）汪在聰教授對(duì)來(lái)自受不同介質(zhì)（碳酸鹽熔體、硅酸鹽熔體和流體/含水熔體）交代的地幔源區(qū)的玄武巖進(jìn)行Zr同位素分析。主要取得以下認(rèn)識(shí)：

　　（1） 俯沖地殼物質(zhì)的輸入對(duì)地幔Zr同位素組成的影響有限。

　　（2） 雖然來(lái)自不同構(gòu)造背景的循環(huán)交代介質(zhì)具有顯著不同的物質(zhì)組成（如Zr/Hf比值），但是受這些不同介質(zhì)交代的地幔源區(qū)熔融產(chǎn)生的玄武巖具有一致的Zr同位素組成。這說(shuō)明交代過(guò)程及后續(xù)的熔融過(guò)程對(duì)熔體的Zr同位素組成的影響有限。這些熔體的Zr同位素代表地幔熔融源區(qū)的平均Zr同位素組成。

　　（3） 來(lái)自不同交代地幔的玄武巖和其他地幔儲(chǔ)庫(kù)的Zr同位素組成在分析誤差范圍內(nèi)一致。這說(shuō)明在長(zhǎng)期的演化過(guò)程中，雖然地幔受到了復(fù)雜的殼幔相互作用的影響，但是地幔的Zr同位素組成保持不變。

　　（4） 基于已經(jīng)報(bào)道的幔源巖漿的Zr同位素?cái)?shù)據(jù)，我們估算交代地幔的Zr同位素組成為 ⁹⁴Zr _NIST = 0.013 0.053‰(2 SD, n = 96)。該值也代表硅酸鹽地球和地球的Zr同位素組成。

　　該研究已發(fā)表在國(guó)際地球科學(xué)領(lǐng)域著名期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上，本研究受自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目(42288201)、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）人才團(tuán)隊(duì)引進(jìn)重大專項(xiàng)以及國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目等基金的聯(lián)合資助。

　　論文信息：Zou, Zongqi* (鄒宗琪), Xu, Yi-Gang* (徐義剛), Wang, Zaicong (汪在聰), Hu, Chuyu  (胡楚玉), Feng, Lanping (馮蘭平), Guo, Jing‐Liang (郭京梁), Zhang, Wen (張文), Ma, Liang (馬亮), Hu, Zhaochu (胡兆初), Liu, Yongsheng (劉勇勝) (2024). Stable zirconium isotopic compositions of the metasomatized mantle. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 129, e2023JB028137. https://doi.org/10.1029/2023JB028137

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圖2，交代過(guò)程和部分熔融過(guò)程可以造成玄武巖樣品的高場(chǎng)強(qiáng)元素之間發(fā)生顯著分異。如具有類似離子半徑、相同價(jià)態(tài)以及不相容性的元素對(duì)Nb/Ta和Zr/Hf。然而，不同玄武巖樣品的Zr同位素組成極其均一，且與高程度部分熔融成因的科馬提巖的Zr同位素組成一致。

圖3，Ba/Th和Nd同位素的巨大變化表了玄武巖源區(qū)的地球化學(xué)組分受到了不同程度的地殼循環(huán)物質(zhì)的改造。Zr/Hf和La/Sm比值的變化也進(jìn)一步表了源區(qū)巖性和部分熔融過(guò)程多熔體地球化學(xué)組分的影響。雖然大陸上地殼具有相對(duì)偏重的Zr同位素組成，且熔融過(guò)程可以造成地球化學(xué)性質(zhì)的Zr-Hf分異，但是這兩種機(jī)制均未對(duì)熔體的Zr同位素組成造成顯著變化。

圖4，地幔的不同儲(chǔ)庫(kù)均具有一致的Zr同位素組成。