在地球的形成与演化过程中，地幔的化学组成随着相应的地质事件和地质过程发生改变。这意味着地幔及其派生熔体的地球化学成分记录了大量的地球演化信息，是地质学家了解地球的形成与演化的重要手段。其中，地幔交代作用对地幔的矿物组成以及地球化学成分的改造均有重大影响。因此，限定地球化学指标在地幔交代过程中的行为及交代地幔的地球化学组成，是利用该指标的基本前提条件。

　　高场强元素是一类难融、化学性质稳定，且不易受低温蚀变和风化过程改造的元素（如Nb，Ta，Zr，Hf，Ti）。这些特性使得行为相似的高场强元素比值（Zr/Hf和Nb/Ta比值）及其同位素（如Hf-Ti同位素）被广泛应用于示踪高温岩浆过程。近年来，得益于分析方法的改善，Zr同位素也开始被应用于研究地球高温岩浆过程。然而，目前对Zr同位素的研究主要集中于壳内岩浆演化过程，地幔交代过程中Zr同位素如何变化，以及交代地幔的Zr同位素组成仍然不清楚。

　　来自地幔的熔体能够获取不同时空背景的地幔源区信息，是了解深部地幔物质组成和过程的主要窗口。由于Zr是强不相容元素（K_d<1），因此交代地幔部分熔融产生的玄武岩能够高效抽取源区的Zr储库。为此，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室地幔地球化学学科组邹宗琪博士、徐义刚院士联合中国地质大学（武汉）汪在聪教授对来自受不同介质（碳酸盐熔体、硅酸盐熔体和流体/含水熔体）交代的地幔源区的玄武岩进行Zr同位素分析。主要取得以下认识：

　　（1） 俯冲地壳物质的输入对地幔Zr同位素组成的影响有限。

　　（2） 虽然来自不同构造背景的循环交代介质具有显著不同的物质组成（如Zr/Hf比值），但是受这些不同介质交代的地幔源区熔融产生的玄武岩具有一致的Zr同位素组成。这说明交代过程及后续的熔融过程对熔体的Zr同位素组成的影响有限。这些熔体的Zr同位素代表地幔熔融源区的平均Zr同位素组成。

　　（3） 来自不同交代地幔的玄武岩和其他地幔储库的Zr同位素组成在分析误差范围内一致。这说明在长期的演化过程中，虽然地幔受到了复杂的壳幔相互作用的影响，但是地幔的Zr同位素组成保持不变。

　　（4） 基于已经报道的幔源岩浆的Zr同位素数据，我们估算交代地幔的Zr同位素组成为 ⁹⁴Zr_NIST = 0.013 0.053‰(2 SD, n = 96)。该值也代表硅酸盐地球和地球的Zr同位素组成。

　　该研究已发表在国际地球科学领域著名期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上，本研究受自然科学基金基础科学中心项目(42288201)、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项（GML2022006）以及国家自然科学基金青年基金项目（42203006)等基金的联合资助。

　　论文信息：Zou, Zongqi* (邹宗琪), Xu, Yi-Gang* (徐义刚), Wang, Zaicong (汪在聪), Hu, Chuyu  (胡楚玉), Feng, Lanping (冯兰平), Guo, Jing‐Liang (郭京梁), Zhang, Wen (张文), Ma, Liang (马亮), Hu, Zhaochu (胡兆初), Liu, Yongsheng (刘勇胜) (2024). Stable zirconium isotopic compositions of the metasomatized mantle. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 129, e2023JB028137. https://doi.org/10.1029/2023JB028137

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图2，交代过程和部分熔融过程可以造成玄武岩样品的高场强元素之间发生显著分异。如具有类似离子半径、相同价态以及不相容性的元素对Nb/Ta和Zr/Hf。然而，不同玄武岩样品的Zr同位素组成极其均一，且与高程度部分熔融成因的科马提岩的Zr同位素组成一致。

图3，Ba/Th和Nd同位素的巨大变化表了玄武岩源区的地球化学组分受到了不同程度的地壳循环物质的改造。Zr/Hf和La/Sm比值的变化也进一步表了源区岩性和部分熔融过程多熔体地球化学组分的影响。虽然大陆上地壳具有相对偏重的Zr同位素组成，且熔融过程可以造成地球化学性质的Zr-Hf分异，但是这两种机制均未对熔体的Zr同位素组成造成显著变化。

图4，地幔的不同储库均具有一致的Zr同位素组成。