铁（Fe）和镁（Mg）作为地幔中主要的组成元素可以有效地指示地幔演化和深部过程。近年来开展的地幔Fe-Mg同位素研究表明：幔源岩浆的Fe同位素差异与部分熔融程度有关，而部分熔融几乎不会导致地幔源区的Fe同位素分馏；地幔具有均一的Mg同位素组成，部分熔融过程中不发生Mg同位素分馏(图1)；地幔交代作用造成的Fe-Mg同位素分馏与熔体组成和性质有关；Fe同位素分馏与氧逸度相关，Fe3+(高氧逸度)相对富集重Fe同位素。然而，这些认识不能合理解释高氧逸度的岛弧火山岩具有比洋中脊和洋岛玄武岩轻的Fe同位素特征(图1)以及Fe和Mg同位素的耦合关系。
图1 洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩、玻安岩、岛弧玄武岩、深海橄榄岩、地幔橄榄岩捕掳体和蛇绿岩的Fe-Mg同位素组成
针对上述问题，地质地球所特提斯研究中心苏本勋副研究员与合作者首次对蛇绿岩进行了Fe和Mg同位素研究。他们在对西藏普兰蛇绿岩岩石学、矿物学和地球化学研究的基础上，对其中地幔单元岩石和辉长岩进行了全岩的Fe和Mg同位素分析。研究结果表明：（1）西藏普兰蛇绿岩的岩石学和地球化学特征表明其形成于大洋洋中脊，而后经历了俯冲阶段熔体改造；（2）其二辉橄榄岩、方辉橄榄岩、纯橄岩和辉长岩的Fe同位素与部分熔融的地球化学参数显示很好的相关性，指示在大洋中脊环境下的部分熔融可以造成明显的Fe同位素分馏；（3）随氧逸度和交代程度的增加，Fe同位素显示系统的变化，揭示出弧岩浆在对地幔橄榄岩的改造过程可以改变Fe同位素组成（图2）；（4）Mg和Fe同位素的耦合关系暗示二者在这些地质过程中具有密切相关的地球化学行为，即部分熔融和地幔交代过程均可以造成Fe和Mg同位素的分馏（图3）。此外，纯橄岩中异常的Fe和Mg同位素组成可能与Fe-Mg交换有关。因此，Fe和Mg同位素可以用来制约蛇绿岩的形成演化过程以及纯橄岩和铬铁矿床的成因。
图2 普兰蛇绿岩的Fe-Mg同位素与矿物和全岩化学的相关性图解
图3 普兰蛇绿岩的Fe-Mg同位素组成的相关性图解
这一成果近期发表国际著名地学期刊Earth and Planetary Science Letters上(Su et al. Iron and magnesium isotope fractionation in oceanic lithosphere and sub-arc mantle: perspectives from ophiolites. Earth and Planetary Science Letters, 2015, 430: 523-532)。
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