高温地质过程中Mo元素及同位素的行为研究：以东太平洋10°30’N 和11°20’N洋中脊玄武岩为例

Molybdenum and its stable isotopes are widely used to indicate the redox conditions of the sedimentary environment, and have achieved considerable success in the application of studying paleogeography, paleo-ocean evolution and paleo-environment. Potentially, these fractionated Mo isotope characteristics of surface materials could be used to study high temperature geological process, such as subduction and mantle recycling processes. However, the behavior of Mo isotope in high temperature geological processes is still unclear and is still in the stage of data observation and accumulation. In this case, this proposal focuses on systematic analyzing Mo elemental and isotopic compositions of 45 representative MORB samples from East Pacific Rise 10°30’N and 11°20’N using double spike technique by MC-ICP-MS in order to (1) reveal the Mo isotope composition and heterogeneity of the MORB mantle beneath the eastern Pacific Ocean; (2) explore the mechanism of Mo isotope fractionation in high temperature geological process of mantle metasomatism, partial melting and fractional crystallization; (3) study the potential correlation between Mo isotope and major and trace elements, Sr-Nd-Pb isotopes, and discuss the origin of mantle heterogeneity. This research is helpful to establish a reservoir of Mo isotope in mantle, which lays a foundation for studying the subduction zone process, crust-mantle process and mantle heterogeneity by using Mo isotope.

钼（Mo）及其稳定同位素被广泛用来指示沉积环境的氧化还原条件，在古地理、古海洋演化和古环境的应用研究中取得了很大成功。Mo同位素在表生过程中的变化使其对研究高温地质过程，如壳幔循环、俯冲过程等很有潜力。然而，Mo同位素在高温地质过程中的行为还并不清楚，目前仍处于数据观察与积累阶段。因此，本项目拟通过系统分析45件东太平洋洋脊10°30’N和11°20’N的新鲜大洋中脊玄武岩（MORB）样品Mo元素含量及同位素组成：（1）揭示东太平洋洋脊之下MORB地幔的Mo同位素组成及不均一性程度；（2）探究Mo同位素在地幔交代、部分熔融及结晶分异过程中是否分馏及分馏机制；（3）通过寻找Mo同位素与主、微量元素，Sr-Nd-Pb同位素的相关关系，探讨地幔不均一性的成因。本研究有助于建立Mo同位素地幔储库，为利用Mo同位素研究俯冲带过程、壳幔循环及地幔不均一性奠定基础。

钼（Mo）及其稳定同位素被广泛用来指示沉积环境的氧化还原条件，在古地理、古海洋演化和古环境的应用研究中取得了很大成功。Mo同位素在表生过程中的变化使其对研究高温地质过程，如壳幔循环、俯冲过程等很有潜力。然而，Mo同位素在高温地质过程中的行为还并不清。本项目主要围绕高温地质过程中Mo同位素行为及其应用开展了相关研究。（1）本项目系统分析了东太平洋洋隆（EPR）5°N和12°N的新鲜大洋中脊玄武岩（MORB）及近洋脊海山熔岩玻璃样品Mo元素含量及同位素组成。研究发现，EPR 10º30'N的N-MORB玻璃样品显示出均一的δ98/95Mo值（相对于NIST SRM3134），平均值为-0.20±0.04‰（n = 10，2SD），证实了亏损地幔具有低于球粒陨石的Mo同位素组成。（2）本项目发现11°20’N和海山MORB样品Mo同位素比值变化范围较大，但该变化与MORB岩浆起源与演化过程无关。（3）结合已发表的数据，本项目发现MORB样品的Mo同位素组成与常用的地幔富集指标具有良好的相关性，因此Mo同位素的变化可以通过两端元混合模型解释。其中，亏损端元具有低δ98/95Mo、La/Sm、Nb/La、Nb/Zr和Th/Yb，但高Sm/Nd和143Nd/144Nd，而富集端元则具有较高的δ98/95Mo、La/Sm、Nb/La、Nb/Zr和Th/Yb，但较低的Sm/Nd和143Nd/144Nd。E-MORB更加富集重Mo同位素这一特征说明再循环洋壳以及沉积物不是地幔富集成因。利用熔融模型，本项目认为MORB富集端元是岩浆成因的，极有可能是由亏损的MORB地幔经低程度部分熔融形成。（4）本项目还对北祁连造山带花岗岩及其暗色包体（MME）进行了单矿物LA-ICP-MS分析、TIMA矿物扫描及全岩Mo同位素分析，对比含水体系和无水体系下，岩浆结晶分异过程中Mo同位素行为的异同点。在重新评估了已发表的和该研究新获得的Mo同位素数据的基础上，本项目发现目前并没有明确的证据表明在分离结晶过程中存在Mo同位素显著分馏。本项目意义在于，不仅证实岩浆结晶分异过程中Mo同位素不会发生分馏，同时还利用MORB的Mo同位素特征，证明了低程度部分熔体交代过的再循环大洋岩石圈地幔对形成E-MORB有重要贡献，为应用Mo同位素研究地幔不均一性成因及壳幔循环问题提供了范例。