锂（Li）是最轻的金属元素，它有两种稳定同位素（⁶Li和⁷Li）。由于Li具有中等不相容性、强烈的流体活动性以及同位素之间较大的质量分馏等特点，所以Li同位素体系在示踪风化作用和壳幔物质再循环等与流体有关的过程中显示了独特的优越性。在地表和近地表环境中，Li同位素组成（δ⁷Li）的变化非常大（可达80‰），而正常地幔的Li同位素变化范围则非常有限（＋4‰ ± 2‰）。因为在地幔的高温环境中，Li的扩散速率非常快，地幔中的Li同位素不均一现象可以在较短的地质时期内由于同位素的快速扩散而达到均一。因此，传统的观点认为地幔的锂同位素组成是均一的。然而，近年来的研究发现一些来自地幔的样品具有不均一的Li同位素组成。因此，一些研究者对传统的观点提出了质疑，认为地幔中存在具有异常Li同位素特征的组分。 

地质地球所岩石圈演化研究室汤艳杰研究员及其合作者利用离子探针（SIMS）和多接收等离子体质谱仪（MC-ICPMS）对华北地区的地幔橄榄岩捕虏体进行了一系列的Li同位素地球化学研究，找到了地幔中存在轻Li（低δ⁷Li值）组分的直接证据（Tang et al. 2012. Lithos, 149: 79-90）。在近期对河南鹤壁地区（位于华北中部）的地幔橄榄岩的研究中，他们发现了极其反常的Li同位素组成特征。该区的橄榄岩主要由粗粒的橄榄石和斜方辉石组成，含有少量的单斜辉石和尖晶石。多数橄榄石的粒径在3~6mm之间，大者可达10 mm。离子探针原位研究结果显示，多数样品中橄榄石的核部和边部的Li含量和同位素组成具有明显的不平衡现象（图1）。其中，高镁橄榄岩（Fo>91）中橄榄石核部的δ⁷Li变化范围非常大（-27‰ ~ +21‰）。相比之下，低镁橄榄岩（Fo<91）中橄榄石核部的δ⁷Li与正常地幔接近。这些橄榄岩的Li同位素特征不是橄榄岩在被捕获、携带至地表和冷却的过程中形成的，因此它们反映了该区岩石圈地幔的组成特征。 

同全球已经发表的地幔橄榄岩的数据相比，鹤壁橄榄岩的Li同位素组成变化范围非常大，明显偏离了正常地幔的范围（通常用新鲜的MORB代表，图2）。进一步的研究表明，鹤壁地幔橄榄岩的异常Li锂同位素组成特征主要是由于再循环的大洋地壳物质对古老的岩石圈地幔的改造作用所造成的。汤艳杰等人的研究结果表明：（1）古老的岩石圈地幔中存在显著的Li同位素异常；（2）华北中部古老的岩石圈地幔曾经历了再循环的洋壳物质的改造过程。

图1  鹤壁橄榄岩中橄榄石核部（红色）和边部（黄色）的Li含量与同位素组成变化

图2  全球地幔橄榄岩捕虏体中橄榄石的Li同位素组成柱状图与鹤壁橄榄岩Li同位素组成的对比（红色为核部，黄色为边部）

该研究成果于2014年3月4日发表在Nature出版集团下属在线期刊Scientific Reports（Tang et al. Abnormal lithium isotope composition from the ancient lithospheric mantle beneath the North China Craton. Scientific Reports, 2014, 4: 4274. Doi: 10.1038/srep04274）。 

原文链接： 

    http://www.nature.com/srep/2014/140304/srep04274/full/srep04274.html