中科院地质地球所根据锂同位素记录解读大洋板块初始俯冲

大洋板块初始俯冲的诸多地质记录主要保存在蛇绿岩的各个岩石单元中，而蛇绿岩从形成到就位一般会经历复杂多期的改造或肢解过程，因而对保存完整的蛇绿岩开展有效的地球化学分析是解译大洋初始俯冲的关键。作为特提斯造山带的重要组成部分，土耳其南部分布有大量的晚白垩世蛇绿岩，多数保存有完整的蛇绿岩序列并普遍赋含铬铁矿床（图1）。锂（Li）同位素体系在研究蛇绿岩形成演化以及铬铁矿床成因方面有其独特优势：1. Li为中等不相容元素，在部分熔融和结晶分异过程中会发生明显元素分馏，而Li同位素不发生显著分馏；2. Li在橄榄石中为微量元素，而铬铁矿几乎不含Li元素，因而纯橄岩和铬铁岩中橄榄石的Li含量和Li同位素组成不受二者元素交换的影响，可以记录其初始组成；3. 低温蚀变与高温过程中的Li元素和Li同位素表现出明显不同的地球化学行为，较易区分出后期改造过程。

基于以上认识，中国科学院地质与地球物理研究所研究员苏本勋与合作者对土耳其Pozant1-Karsant1蛇绿岩（图1）中各个岩石单元的橄榄石进行了细致的Li同位素原位分析。结果显示不同成因的各岩石单元之间具有明显不同的Li含量和Li同位素变化范围和变化趋势（图2）。与洋中脊橄榄岩、弧后背景的Trinity蛇绿岩和相对成熟弧背景的罗布莎蛇绿岩相比，Pozant1-Karsant1蛇绿岩显示更大的Li含量和Li同位素变化范围，与俯冲相关的各个地质储库的Li同位素组成相重叠（图3），这与俯冲初始阶段各种俯冲物质不同比例参与岩浆活动密切相关（图4）。该项工作表明Li同位素可作为揭示蛇绿岩属性和形成构造背景以及铬铁矿床成因机制的重要地球化学示踪剂。

这一成果近期发表在国际岩石学期刊Journal of Petrology上(Su et al. Melt penetration in oceanic lithosphere: Li isotope records from the Pozant1-Karsant1 ophiolite in southern Turkey.Journal of Petrology, 2018, 59: 191-205）。

图1 土耳其境内蛇绿岩分布及Pozant1-Karsant1蛇绿岩地质简图和柱状图

图2 Pozant1-Karsant1蛇绿岩各岩石单元的橄榄石Li含量和Li同位素组成图解

图3 Pozant1-Karsant1蛇绿岩与洋中脊橄榄岩、Trinity蛇绿岩和罗布莎蛇绿岩以及与俯冲相关储库的Li同位素对比

图4 初始俯冲阶段各种俯冲物质不同比例加入岩浆活动的示意图