矿物间Li同位素分馏特征及其地球化学意义-以大别苏鲁地区典型岩石为例

Recently experimental studies on inter-mineral lithium (Li) isotopic fractionation suggest that, Li isotopic compositions between co-existing minerals could be used to evaluate Li isotope equilibria of the bulk system. Most recently the applicant has investigated the Li isotopic compositions of the rock-forming minerals of granites from the Bengbu area. The data show that there is an extreme Li isotope equilibrium fractionation between quartz, feldspar, garnet and mica. The? ?7Li between quartz and garnet is up to +37 ‰. These preliminary results are important for understanding the Li isotope system of geological processes involved in these minerals. Taking various minerals from typical rocks of the Dabie-Sulu area that represent geological settings ranging from continental crust to subduction zones and mantle wedges as the study objects, we try to explore: (1) whether there are significant Li isotope fractionation during the magma evolution of granite,（2） the mechanism of inter-mineral Li isotope fractionation in verious geological systematics, (3) mineralogical evidence for evaluating the origin(s) of extremely depleted 7Li in eclogites, (4) information of slab/mantle interaction recorded by mineral Li isotopic compositions of mantle wedge from different depths, and (5) the role that mineral phase may play during the formation of characteristics Li isotopic compositions of HIMU-type OIB. The results may provide important constraints for a few basic issues in Li isotope geochemistry. Meanwhile, we will try to set up our own Li isotope analytical system during the running of the project.

近年来的实验和理论研究表明，组成矿物的同位素特征可以作为判断岩石Li同位素体系的成因的依据。申请人最近对花岗岩的主要组成矿物的初步研究结果显示，成岩矿物之间存在巨大的Li同位素平衡分馏；?△7Li石英-石榴石达到了+37‰。这些初步的结果对于解释涉及这些矿物的地质过程的Li同位素体系具有重要意义。本申请拟在此基础上进一步开展工作，通过对大别苏鲁地区的各种典型岩石的矿物Li同位素的详细调查，来探讨：（1）花岗岩的岩浆演化的过程中是否存在明显的Li同位素分馏（2）不同地质体系中矿物间Li同位素的分馏机制；（3）榴辉岩的极低d7Li值成因的矿物学证据；（4）不同深度的地幔楔受到俯冲流体改造时矿物的Li同位素变化；（5）HIMU型OIB 的Li同位素形成特征的矿物分馏效应。有关成果将为Li同位素地球化学的一系列基础问题提供限定。同时，我们将尝试在项目执行期间建立起自己的Li同位素的分析系统。

以建立起完整的Li同位素分析系统，并运用该系统对大别-苏鲁地区各种代表性岩石进行Li同位素系统研究为总体目标，详细调查了不同地质条件岩石的全岩和主要矿物相的Li同位素组成及其地球化学意义，共取得了以下6个方面的成果：（1）成功地建立了我们自己的具有国际最好精度和准确度水平的Li同位素分析体系，同时针对传统Li同位素化学分离方法在做样过程中费时费力的缺点，开发了一套改进的半自动的Li同位素分离装置，既可以节省实验人员的时间并降低相应劳动量，又可以显著提高淋洗效率。（2）发现荆山淡色花岗岩具有比世界范围内花岗岩更低的Li含量和相对重的Li同位素组成，证明在不一致部分熔融过程中产生的熔体有可能会与其源岩相比存在系统Li同位素分馏。（3）发现重要的成岩矿物石英、斜长石、正长石、石榴石、黑云母等矿物之间存在强烈的Li同位素平衡分馏，为系统了解全球花岗岩的Li同位素体系提供了基础。（3）通过对于代表俯冲洋壳产物的西藏松多榴辉岩和代表陆壳俯冲产物的苏鲁榴辉岩的系统Li同位素研究，发现无论是大洋俯冲带还是大陆俯冲带，变质脱水均是造成榴辉岩极度亏损重同位素的主要原因；这一成果对于解决长期存在的俯冲带Li同位素分馏机制及全球Li循环等一级地质问题争论具有重要意义。（4）对于地幔基性岩浆在地壳深度侵位过程中可能的Li同位素动力学分馏进行了探讨，发现由于侵位过程中的极速冷却，在基性岩脉的侵位的高温过程中并未发生预想的Li同位素扩散分馏。（5）对石榴石颗粒尺度内的Li含量及其同位素组成的研究表明，大颗粒石榴石在高温地质过程中仍然可以记录矿物生长时的Li同位素信息。（6）对浙江煤山晚二叠至早三叠的沉积剖面进行了详细的Li同位素地球化学研究，为应用Li同位素来示踪一系列的古气候突变事件，包括大气二氧化碳含量的增加、快速的全球变暖和酸雨等全球性事件等，进行了初步的尝试。