俯沖帶是實現(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)生的最重要場所。板塊深俯沖過程中會發(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后者造成重大影響，如大幅度改變地幔的物理化學性質(zhì)，包括降低地震波速、改變流變學特征和導致電導率異常等；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）進入地幔，改變地幔的虧損/富集特征，導致地幔的不均一性；交代后的地幔源區(qū)可能會發(fā)生部分熔融，導致復雜的俯沖帶巖漿作用。特別重要的是，識別俯沖帶碳酸鹽熔體交代作用對于人們認識和評估全球深部碳循環(huán)具有重要的科學意義。

鋰（Li）是重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，在電池、冶金、醫(yī)藥、以及受控熱核反應(yīng)和航天等領(lǐng)域均有重要的經(jīng)濟價值。同時，在地球科學領(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)用原理尚待進一步的深入探討。

中國科學技術(shù)大學地球和空間科學學院、中國科學院殼幔物質(zhì)與環(huán)境重點實驗室肖益林教授研究團隊和戴立群教授合作，選擇我國境內(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+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，也進一步證實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，通過與匯編的全球俯沖帶已報道的島弧型和洋島型玄武巖的Li同位素數(shù)據(jù)（圖2）進行的對比研究，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收錄的國際地球科學領(lǐng)域頂級期刊《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。該項研究工作得到了科技部重點研發(fā)計劃變革性技術(shù)關(guān)鍵科學問題專項“超臨界地質(zhì)流體的性質(zhì)和效應(yīng)”項目（2018YFA0702701）、中科院先導B項 （XDB41000000）、國家自然科學基金（42073003, 92055209）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金 （WK2080000157）資助。（來源：中國科大）