镁铁-超镁铁质岩成岩成矿过程中的锂同位素地球化学:回顾与展望

锂（Li）同位素体系是示踪镁铁-超镁铁质岩成岩成矿过程（如结晶分异、地壳混染和熔/流体-矿物相互作用等）的全新工具.通过实例研究综述了原位Li同位素在镁铁-超镁铁质岩中应用的主要进展,主要包括:（1）美国Yellow Hill阿拉斯加型杂岩体Li同位素研究揭示弧岩浆早期堆晶过程可发生明显的Li同位素分馏;（2）土耳其和西藏蛇绿岩的Li同位素研究证明其在示踪蛇绿岩地幔序列岩石成因及豆荚状铬铁矿演化过程中的潜力;（3）Stillwater层状岩体超镁铁岩带Li同位素研究揭示流体对于大型层状岩体各矿物形成及铬铁岩中矿物元素交换的作用;（4）橄榄石Li含量与同位素分析在揭示岩浆铜镍矿床成矿过程的应用.      

西藏罗布莎不同类型铬铁矿的特征及成因模式讨论

蛇绿岩地幔橄榄岩中产出的豆荚状铬铁矿是铬的主要来源。已有的研究表明,豆荚状铬铁矿形成于洋中脊或俯冲带的浅部地幔环境。但随着近些年在豆荚状铬铁矿及围岩地幔橄榄岩中不断发现金刚石等深部矿物,人们也开始质疑豆荚状铬铁矿的浅部成因理论。本文系统研究了西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带东段的罗布莎豆荚状铬铁矿床,识别出两类铬铁矿,一类以方辉橄榄岩为围岩的致密块状铬铁矿(Cr1#),另一类是以纯橄岩壳为围岩的浸染状铬铁矿(Cr2#)。两类铬铁矿在铬尖晶石的矿物化学成分、PGE和Re-Os同位素特征上存在较大差别,属不同演化过程的结果。地幔橄榄岩的地球化学特征指示罗布莎橄榄岩中存在由低铬且轻稀土亏损和高铬且轻稀土富集的两类方辉橄榄岩。在此基础上,提出豆荚状铬铁矿为多阶段形成的新认识,经历了早期俯冲至地幔过渡带(410~660km)的陆壳和洋壳物质被脱水和肢解,过渡带产生的热和流体促成了地幔的熔融和Cr的释放和汇聚;铬铁矿浆在地幔柱/地幔对流驱动下,运移至过渡带顶部冷凝固结,并有强还原性的流体进入,后者携带了深部形成的金刚石、斯石英等高压矿物,并进入"塑性-半塑性地幔橄榄岩"中;随着物质向上移动,深度降低,早期超高压相矿物发生相变,如斯石英转变成柯石英,高压相的铬铁矿中出溶成柯石英和单斜辉石;在侵位过程和俯冲带环境,含水熔体与方辉橄榄岩反应形成了不含超高压矿物的规模相对较小的浸染状铬铁矿(Cr2#)及纯橄岩壳。     

西昆仑库地蛇绿岩富Al型豆荚状铬铁矿床成因

西昆仑库地蛇绿岩发育小规模的铬铁矿床,矿体呈豆荚状和层状、似层状,均与纯橄岩紧密伴生。这些纯橄岩主要由橄榄石和副矿物尖晶石组成,与方辉橄榄岩相比,橄榄岩中的橄榄石粒径粗(平均2.5mm),Mg#(88~90)低,这与它们全岩低Mg#(90)值,富Al_2O_3、TiO_2、Cr_2O_3、Fe_2O_3相吻合,与熔融残余成因的纯橄岩明显不同,反映了其很可能是由熔体与方辉橄榄岩反应而成。矿体主要由块状、浸染状及脉状铬铁矿石组成;铬铁矿石中的尖晶石具有低而相对稳定的Cr#(43~56),低于富铬型铬铁矿矿床中的铬铁矿(Cr#60)。块状矿石与纯橄岩呈突变接触,矿石中的尖晶石呈浑圆状,包裹有较多橄榄石、辉石等硅酸盐矿物及角闪石等含水硅酸盐矿物;浸染状铬铁矿石中的尖晶石与橄榄石颗粒构成交织结构,或呈云朵状,沿橄榄石颗粒边界相互连接,矿石的结构构造显示了熔/岩反应成因特征。通过计算分析,我们认为该区富铝型铬铁矿石是由拉斑玄武质熔体与地幔橄榄岩反应而成,由于熔体中含有较高的H_2O,参与反应的熔体可能源于弧后扩张脊环境。     

内蒙古贺根山蛇绿岩型铬铁矿中固体包裹体矿物化学成分研究

内蒙古贺根山蛇绿岩型(豆荚型)铬铁矿矿床分布于内蒙古-大兴安岭海西褶皱带的蛇绿岩套内的贺根山岩块中。该蛇绿岩块主要由地幔橄榄岩、堆积岩和基性熔岩组成。铬铁矿矿体主要赋存于地幔橄榄岩相内的纯橄岩脉内,或被薄层的纯橄岩(数厘米到数米)外壳包围,矿体成群和成带分布。 在铬铁矿矿石中发现多种固体包裹体矿物,如橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石、韭闪石、硬玉、钠长石、钛钠金云母等。这种特殊的固体包裹体矿物组合反映了铬铁矿矿床的成因或形成环境。     

西藏雅鲁藏布江缝合带中段仁布豆荚状铬铁矿成因及构造意义

藏南雅鲁藏布江缝合带为目前国内铬铁矿储量最大的缝合带.本文报道了缝合带中段仁布蛇绿岩的豆荚状铬铁矿床,围绕矿床特征开展成因探讨,对缝合带的形成演化和成矿作用提供新制约.仁布蛇绿岩呈近东西走向带状产出,主要由近30个大小不等的地幔橄榄岩体组成.地幔橄榄岩体主要为经历不同程度蛇纹石化的方辉橄榄岩和少量纯橄岩.在纯橄岩和方辉...     

皖南蛇绿岩伏川铬铁矿床成因:铬铁矿母岩浆证据

皖南蛇绿岩带位于江南造山带北东段,该区地幔橄榄岩多已发生蚀变甚至全部蛇纹石化,成为制约该区深部研究工作的一个现实瓶颈.为查明该蛇绿岩及赋存其中的伏川铬铁矿床的成因,本研究通过电子显微镜以及电子探针等手段,对皖南蛇绿岩和不同类型铬铁矿石（Ⅰ类以铬绿泥石为主要脉石矿物和Ⅱ类以异剥辉石为主要脉石矿物）中铬铁矿及其共生矿物进行深入研究,发现铬铁矿为典型的阿尔卑斯型高铝型铬铁矿,大多发育裂隙结构,在颗粒边缘或裂隙处部分蚀变为铁铬铁矿.对铬铁矿核部未蚀变部分进行研究,得出方辉橄榄岩中铬尖晶石Cr#（100×Cr/（Cr+Al））为54.12~65.18,Mg#（100×Mg/（Mg+Fe2+））为42.37~54.84,铬铁矿石中铬铁矿Cr#为53.97~62.29,Mg#为59.49~68.57.铬铁矿母岩浆成分和MORB（mid-ocean ridge basalt）基本一致,表明伏川铬铁矿结晶时母岩浆的成分可能为MORB.对其氧化环境的研究发现其成岩成矿环境为低氧逸度（-0.14至+0.68log（QFM））,并具有从MORB向SSZ（suprasubduction zone）过渡的特征.结合野外地质现象,认为铬铁矿石可能是地幔橄榄岩和洋中脊玄武岩浆反应而形成,而方辉橄榄岩又体现出SSZ特征,说明皖南蛇绿岩应该是地幔橄榄岩部分熔融、岩石-熔体反应和板块俯冲等综合作用的结果,这为研究江南造山带的构造和演化提供重要依据.      

北秦岭松树沟橄榄岩与铬铁矿矿床的成因关系

松树沟橄榄岩体是秦岭造山带中规模最大的赋存铬铁矿床的超基性岩体。松树沟橄榄岩主要由细粒橄榄岩质糜棱岩和中粗粒橄榄岩组成。本文通过对松树沟橄榄岩的岩相学、主微量、稀土元素地球化学的系统研究,认为松树沟细粒方辉橄榄岩为洋脊扩张过程中地幔岩减压-近分离熔融产生的残留体,细粒纯橄岩主要由地幔橄榄岩熔融残留橄榄石、消耗辉石的减压熔融反应:aCpx+bOpx+cSpl=dOl+1Melt生成的橄榄石和少量的地幔方辉橄榄岩残留体组成,但均受到了后期渗滤熔体的再富集作用;中粗粒纯橄岩和方辉橄榄岩主要为上述反应产生的渗滤熔体被圈闭在迁移通道或减压扩容带内在热边界层(TBL)通过反应:MeltA=Ol+MeltB冷凝结晶而成,属堆晶橄榄岩。Pb-Sr-Nd同位素地球化学的证据显示,松树沟橄榄岩与基性岩具有共同的地幔源区,二者同为松树沟蛇绿岩的重要组成部分。通过矿床地质特征及铬铁矿电子探针测试研究,认为松树沟铬铁矿床是产于中粗粒堆晶纯橄岩中的层状铬铁矿床,形成于格林威尔期松树沟洋盆的扩张过程中,是中粗粒纯橄岩在热边界层(TBL)的冷凝结晶过程中岩浆分异作用的产物。     

铬同位素体系及其在铬铁矿成矿过程中的应用

近年来铬(Cr)同位素体系在示踪地幔部分熔融、岩浆结晶分异及俯冲带流体相关的地质过程中均取得了重要进展。本文通过实例研究综述了Cr同位素在铬铁矿成矿作用方向的主要进展,包括:(1) Stillwater层状岩体橄榄岩带和K?z?ldaˇg蛇绿岩壳幔过渡带内铬铁矿及共生硅酸盐矿物的Cr同位素研究,揭示了层状/似层状铬铁矿成矿过程中可能发生明显的Cr同位素分馏,且主要受结晶分异和岩浆补给过程控制;(2) K?z?lda?蛇绿岩豆荚状铬铁矿床的Cr同位素研究,证明了俯冲带地幔橄榄岩中尖晶石的部分熔融,可能是豆荚状铬铁矿床主要的成矿物质来源之一,同时俯冲带流体也可能直接参与成矿;(3)层状岩体及蛇绿岩中普遍存在矿物间的Cr同位素不平衡分馏现象,不仅可用以记录岩浆作用的冷却时间,同时也证明了铬铁矿成矿过程中释放的流体对矿物间的元素交换具有明显促进作用。     

对大道尔吉铬铁矿床成因的新认识

大道尔吉岩体为一肢解的蛇绿岩残片,由两个单元组成,一为堆晶杂岩,另一为地幔橄榄岩。堆晶杂岩包括三个岩浆旋回,每一旋回均表现出由超镁铁质向镁铁质演化的特点。工业铬铁矿产于堆晶杂岩第三旋回底部的纯橄岩-含辉纯橄岩中,而产于地幔橄榄岩中的铬铁矿为数甚微。矿体主要由各种浸染状的铬铁矿石组成。矿体的围岩为纯橄岩且两者逐渐过渡。副矿物铬尖晶石与造矿铬尖晶石的成分相似。上述特征表明大道尔吉铬铁矿床系堆积成因,明显地区别于地幔橄榄岩中的豆荚状铬铁矿。大道尔吉铬铁矿床为我国一个与蛇绿岩堆晶杂岩有关的典型铬铁矿床。     

新疆库地蛇绿岩中变质橄榄岩的结构、矿物组合及其成因——兼论地幔部分熔融及其产物的正确表述

新疆库地蛇绿岩中的变质橄榄岩具有呈网络状的二级粒序结构。第一级粒序由发育地幔塑性变形组构的粗粒橄榄石、斜方辉石及少量单斜辉石和尖晶石组成。第二级粒序由充填在第一级粒序颗粒之间的微粒矿物组成，在这种粒序中发现了四种含透闪石的矿物组合，它们是由残余地幔岩经过地幔交代作用和部分熔融作用形成的。同时还研究了铬铁矿中的矿物化学组成和成因。在此基础上，提出了上地幔岩初始熔体和部分熔融特征表述的设想     

Iron isotope variations in spinel peridotite xenoliths from North China Craton: implications for mantle metasomatism

Iron isotopes, together with mineral elemental compositions of spinel peridotite xenoliths and clinopyroxenites from Hannuoba and Hebi Cenozoic alkaline basalts, were analyzed to investigate iron isotopic features of the lithospheric mantle beneath the North China Craton. The results show that the Hannuoba spinel peridotite xenoliths have small but distinguishable Fe isotopic variations. Overall variations in δ⁵⁷Fe are in a range of ?0.25 to 0.14‰ for olivine, ?0.17 to 0.17‰ for orthopyroxene, ?0.21 to 0.27‰ for clinopyroxene, and ?0.16 to 0.26‰ for spinel, respectively. Clinopyroxene has the heaviest iron isotopic ratio and olivine the lightest within individual sample. No clear linear relationships between the mineral pairs on “δ-δ” plot suggest that iron isotopes of mineral separates analyzed have been affected largely by some open system processes. The broadly negative correlations between mineral iron isotopes and metasomatic indexes such as spinel Cr#, (La/Yb)_N ratios of clinopyroxenes suggest that iron isotopic variations in different minerals and peridotites were probably produced by mantle metasomatism. The Hebi phlogopite-bearing lherzolite, which is significantly modified by metasomatic events, appears to be much heavier isotopically than clinopyroxene-poor lherzolite. This study further confirms previous conclusions that the lithospheric mantle has distinguishable and heterogeneous iron isotopic variations at the xenoliths scale. Mantle metasomatism is the most likely cause for the iron isotope variations in mantle peridotites.     

蛇绿岩中铬铁岩母岩浆的富Ca特征:矿物包裹体证据

铬铁矿作为蛇绿岩中的重要矿产,其成矿母岩浆性质及演化一直存在较大争议.铬铁矿的矿物包裹体同时或先于铬铁矿结晶,其成分和类别能很好地记录成矿母岩浆性质和演化过程.土耳其Pozant?-Karsant?蛇绿岩不同类型铬铁岩的铬铁矿中发现了多种类型包裹体:不含水硅酸盐矿物（如橄榄石和单斜辉石）、含水硅酸盐矿物（如角闪石和金云母）、复合型矿物包裹体（如蛇纹石、硅灰石和单斜辉石的复合型包裹体）和不常见矿物（如磷灰石、铂族元素硫化物）.含水矿物包裹体的出现以及矿物的高Mg#特征（如橄榄石Fo=95.4~97.1;单斜辉石Mg#=92.0~99.9;角闪石Mg#=88.9~99.8）表明结晶铬铁矿的母岩浆具有富水、富Mg的特征.同时,除钙铬榴石和磷灰石的包裹体外,在铬铁矿中首次发现富Ca矿物方解石和硅灰石,其中方解石和菱镁矿以复合型包裹体形式产出,硅灰石则分布于蛇纹石矿物包裹体中.这些富Ca矿物的出现以及硅酸盐矿物的高CaO含量均揭示了铬铁岩母岩浆的富Ca特征.母岩浆中的Ca组分可能来源于俯冲板块中富Ca岩石/矿物的部分熔融,Ca离子的大量出现使得Cr3+在熔体中更加稳定,同时富Ca矿物的结晶促进了岩浆中Cr的进一步富集而利于铬铁矿的大量结晶沉淀.      

西藏罗布莎豆荚状铬铁矿床深部找矿突破与成因模式讨论

中国铬铁矿资源的瓶颈状态已持续多年。最近,在西藏罗布莎蛇绿岩地幔橄榄岩的深部勘探发现200万t致密块状铬铁矿床,这是中国近50年来铬铁矿找矿的重大突破,对今后继续寻找同类型的铬铁矿床具有重要指导意义。蛇绿岩地幔橄榄岩中产出的豆荚状铬铁矿床是工业需求铬的重要来源。研究豆荚状铬铁矿的成矿作用和矿体围岩地幔橄榄岩地质特征,建立铬铁矿的成矿模型和找矿标志,是开展寻找同类型矿床的重要保证。随着近些年在豆荚状铬铁矿及围岩地幔橄榄岩中金刚石等深部矿物的不断发现和深入研究,人们对蛇绿岩型铬铁矿的物质来源和形成过程,有了新的认识,提出了铬铁矿的深部成因模式。研究认为深部成因铬铁矿床主要经历了4个阶段:(1)早期俯冲到地幔过渡带(410~660 km)的陆壳和洋壳物质被脱水和肢解,过渡带产生的热和流体促成了地幔的熔融和Cr的释放和汇聚;(2)铬铁矿浆在地幔柱驱动下,运移到过渡带顶部冷凝固结,并有强还原的流体进入,后者携带了深部形成的金刚石、斯石英等高压矿物,进入"塑性—半塑性地幔橄榄岩"中;(3)随着物质向上移动,深度降低,早期超高压相矿物发生相变,如斯石英转变成柯石英,高压相的铬铁矿中出溶成柯石英和单斜辉石;(4)在侵位过程和俯冲带环境下,含水熔体与方辉橄榄岩反应形成了不含超高压矿物的规模相对较小的浸染状铬铁矿及纯橄岩岩壳。进一步研究表明,同处雅鲁藏布江缝合带西段的几个大型地幔橄榄岩岩体与罗布莎岩体可以对比,经历了相同的构造背景和豆荚状铬铁矿的成矿作用,存在较大的找矿空间。     

Li isotope fractionation in peridotites and mafic melts

We have measured the Li isotope ratios of a range of co-existing phases from peridotites and mafic magmas to investigate high-temperature fractionations of ⁷Li/⁶Li. The Li isotopic compositions of seven mantle peridotites, reconstructed from analyses of mineral separates, show little variation (δ⁷Li 3.2-4.9‰) despite a wide range in fertility and radiogenic isotopic compositions. The most fertile samples yield a best estimate of δ⁷Li ∼ 3.5‰ for the upper mantle. Bulk analyses of olivine separates from the xenoliths are typically ∼1.5‰ isotopically lighter than co-existing orthopyroxenes, suggestive of a small, high-temperature equilibrium isotope fractionation. On the other hand, bulk analyses of olivine phenocrysts and their host melts are isotopically indistinguishable. Given these observations, equilibrium mantle melting should generate melts with δ⁷Li little different from their sources (<0.5‰ lighter). In contrast to olivine and orthopyroxene, that dominate peridotite Li budgets, bulk clinopyroxene analyses are highly variable (δ⁷Li = 6.6‰ to −8.1‰). Phlogopite separated from a modally metasomatised xenolith yielded an extreme δ⁷Li of −18.9‰. Such large Li isotope variability is indicative of isotopic disequilibrium. This inference is strongly reinforced by in situ, secondary ion mass-spectrometry analyses which show Li isotope zonation in peridotite minerals. The simplest zoning patterns show isotopically light rims. This style of zoning is also observed in the phenocrysts of holocrystalline Hawaiian lavas. More dramatically, a single orthopyroxene crystal from a San Carlos xenolith shows a W-shaped Li isotope profile with a 40‰ range in δ⁷Li, close to the isotope variability seen in all terrestrial whole rock analyses. We attribute Li isotope zonation in mineral phases to diffusive fractionation of Li isotopes, within mineral phases and along melt pathways that pervade xenoliths. Given the high diffusivity of Li, the Li isotope profiles we observe can persist, at most, only a few years at magmatic temperatures. Our results thus highlight the potential of Li isotopes as a high-resolution geospeedometer of the final phases of magmatic activity and cooling.     

雅鲁藏布江缝合带蛇绿岩中铬铁矿的前景讨论

蛇绿岩地幔橄榄岩中产出的豆荚状铬铁矿是铬的主要来源,是中国极缺的重要战略资源。开展豆荚状铬铁矿成矿作用及围岩地幔橄榄岩的研究,是进一步寻找铬铁矿床和缓解中国铬铁矿资源的瓶颈状态的必要手段。本文以西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带内几个主要的地幔橄榄岩体及其中的铬铁矿体为研究主体。在野外地质调查的基础上,系统总结了蛇绿岩的组成、矿物成分、岩石地球化学成分和Re-Os同位素等特征,探讨铬铁矿和地幔橄榄岩的形成过程,取得以下进展和认识:(1)雅鲁藏布江缝合带各段的岩石组合存在较大差异,构造背景的演化过程也不同,佐证了特提斯洋演化过程的不均一性;(2)在雅江西段存在高铝型和高铬型两类铬铁矿矿体,其余都为高铬型铬铁矿,铬尖晶石的矿物化学特征记录了不同构造背景的痕迹;(3)地幔橄榄岩的矿物学和地球化学表明地幔橄榄岩及铬铁矿具有深海地幔橄榄岩和岛弧地幔橄榄岩两者的特点,是岩石/熔体反应和部分熔融作用叠加的结果;(4)提出豆荚状铬铁矿为多阶段形成的认识,经历了早期俯冲到地幔过渡带,在地幔柱/地幔对流驱动下,运移到过渡带顶部冷凝固结,在侵位过程和俯冲带环境,含水熔体与方辉橄榄岩反应的过程;(5)在雅鲁藏布江缝合带中金刚石等超高压矿物的普遍存在,西段的几个大型岩体与罗布莎存在较多相似之处,均经历了相同的构造背景和豆荚状铬铁矿的成矿作用,存在较大的找矿空间。     

Iron Isotopic Compositions of Forearc Mantle Peridotites Constrained by Ophiolites from the North Qilian Orogen,Northern Tibet

Previous studies on iron isotope compositions of subduction zone magmas have revealed significant and complex variations that have great bearings on petrogenetic processes in the mantle wedge, e.g., partial melting, fluid metasomatism and redox state. However, interpretations for the fractionations are highly debatable and lack direct constraints from mantle wedge peridotites. This study presents iron isotope compositions for whole rocks and mineral separates in fresh forearc peridotites from the Yushigou ophiolite, North Qilian orogen in northern Tibet. Major and trace element compositions of whole rock and mineral indicate that the peridotites are highly depleted forearc peridotites overprinted by melt metasomatism, in contrast to the long‐holding opinion that the peridotites are derived from mid‐oceanic ridges. The minerals fall on a line with a slope of ～1 on the plot of δ⁵⁶Fe vs. δ⁵⁶Fe, indicating isotope equilibrium between minerals. δ⁵⁶Fe fractionation between olivine and orthopyroxene is within the range of 0～0.05, while fractionation between olivine and spinel is about 0.05～0.10. The fractionation trend between olivine and spinel is opposite to previous theoretical and experimental constraints, which may be due to substantial Cr substitution into the spinel. This indicates that negative correlations between spinel Cr#, fO₂ and spinel δ⁵⁶Fe in previous studies are probably a reflection of gradual Cr enrichment in spinel during melt extraction, and spinel δ⁵⁶Fe values are not a proxy for oxygen fugacity. Whole rock δ⁵⁶Fe values are well correlated with mineral δ⁵⁶Fe values, varying from overlapping with depleted mantle to slightly lower than depleted mantle. Therefore, variations in iron isotope compositions of subduction zone magmas are probably due to combined effect of source heterogeneity and partial melting fractionation.     

阿尔巴尼亚布尔其泽纯橄岩壳中橄榄石的包裹体研究

阿尔巴尼亚布尔其泽纯橄岩壳非常新鲜,主要由橄榄石、尖晶石和单斜辉石等矿物组成.其中橄榄石存在单斜辉石和铬尖晶石（磁铁矿）共生包裹体现象,包裹体矿物粒度在1~10 μm,有些甚至为纳米级200~500 nm.纯橄岩橄榄石的Fo值为94.7~96.0,铬尖晶石的Cr#为76.5~82.4,远高于蛇绿岩地幔橄榄岩中常见纯橄岩的铬值（Cr#>60）.基于前人研究结果,提出这种现象是由于亏损方辉橄榄岩与含钛、铬、铁熔体发生交代作用,从而形成橄榄石的固溶体并存在Ti4+、Al3+、Ca2+、Fe3+,而部分Cr3+进入铬尖晶石结晶.后期由于岩体在抬升过程中降温,橄榄石中混溶的组分析出包裹体形成磁铁矿和铬尖晶石.并且依据铬尖晶石-橄榄石的矿物化学成分,识别出岩体内方辉橄榄岩相对较低的部分熔融程度约为30%~40%,纯橄岩部分熔融程度约为40%,表明不同岩相间其形成背景存在明显差异.因此,认为布尔奇泽蛇绿岩具有多阶段的过程,首先是在洋中脊环境下经历部分熔融作用形成了方辉橄榄岩,后受到俯冲环境（SSZ）的岩石-熔体反应生成更富Mg、Si和Cr等的熔体,致使地幔橄榄岩高度部分熔融,形成此类纯橄岩.      

Inter-mineral Fe isotope variations in mantle-derived rocks and implications for the Fe geochemical cycle

Iron isotope and major- and minor-element compositions of coexisting olivine, clinopyroxene, and orthopyroxene from eight spinel peridotite mantle xenoliths; olivine, magnetite, amphibole, and biotite from four andesitic volcanic rocks; and garnet and clinopyroxene from seven garnet peridotite and eclogites have been measured to evaluate if inter-mineral Fe isotope fractionation occurs in high-temperature igneous and metamorphic minerals and if isotopic fractionation is related to equilibrium Fe isotope partitioning or a result of open-system behavior. There is no measurable fractionation between silicate minerals and magnetite in andesitic volcanic rocks, nor between olivine and orthopyroxene in spinel peridotite mantle xenoliths. There are some inter-mineral differences (up to 0.2‰ in ⁵⁶Fe/⁵⁴Fe) in the Fe isotope composition of coexisting olivine and clinopyroxene in spinel peridotites. The Fe isotope fractionation observed between clinopyroxene and olivine appears to be a result of open-system behavior based on a positive correlation between the Δ⁵⁶Fe_{clinopyroxene-olivine} fractionation and the δ⁵⁶Fe value of clinopyroxene and olivine. There is also a significant difference in the isotopic compositions of garnet and clinopyroxene in garnet peridotites and eclogites, where the average Δ⁵⁶Fe_{clinopyroxene-garnet} fractionation is +0.32 ± 0.07‰ for six of the seven samples. The one sample that has a lower Δ⁵⁶Fe_{clinopyroxene-garnet} fractionation of 0.08‰ has a low Ca content in garnet, which may reflect some crystal chemical control on Fe isotope fractionation. The Fe isotope variability in mantle-derived minerals is interpreted to reflect subduction of isotopically variable oceanic crust, followed by transport through metasomatic fluids. Isotopic variability in the mantle might also occur during crystal fractionation of basaltic magmas within the mantle if garnet is a liquidus phase. The isotopic variations in the mantle are apparently homogenized during melting processes, producing homogenous Fe isotope compositions during crust formation.     

地幔橄榄岩中橄榄石的指示意义

橄榄石是地幔橄榄岩和辉石岩的主要组成矿物,但也经常以斑晶和捕虏晶的形式出现在玄武质岩石中。结合近年来在地幔橄榄岩的主要元素（如Mg和Fe）组成特征以及Li、Mg和Fe稳定同位素地球化学方面的研究成果,重点对橄榄石的地球化学特征与华北克拉通岩石圈地幔演化过程之间的联系进行了讨论,旨在加深对华北克拉通岩石圈地幔演化过程的理解。现有研究表明：地幔橄榄岩中橄榄石的矿物学特征、元素和同位素地球化学组成能够很好地指示岩石圈地幔的特征及其演化过程,因而具有重要的意义。对于克拉通地区的地幔橄榄岩来说,橄榄石的Mg#通常可以指示岩石圈地幔的属性,古老、难熔的地幔橄榄岩中的橄榄石一般具有较高的Mg#（〉92）,而新生的岩石圈地幔橄榄岩中的橄榄石则具有较低的Mg#（〈91）。因此,地幔橄榄岩中橄榄石的Mg#在一定程度上具有年龄意义。橄榄岩中橄榄石的Li、Mg和Fe同位素组成也可以明确指示岩石圈地幔的属性及其所经历的演化过程,正常地幔的δ7Li、δ26Mg和δ57Fe组成相对均一,如果上述同位素组成偏离正常地幔值,则说明岩石圈地幔经历了熔体/流体的交代作用。华北克拉通地区地幔橄榄岩捕虏体中橄榄石的Li、Mg和Fe同位素组成研究表明：该区的岩石圈地幔经历了多个阶段、不同来源的熔体/流体的改造过程。