钼是一种多价态难熔且中等亲铁元素。自然界不同样品存在较大的Mo同位素分馏。例如，相对于Mo标准溶液NIST SRM 3134，硅酸盐地球和大陆地壳的 ^98/95Mo分别为-0.20‰和0.00‰-0.40‰；黑色页岩和海相碳酸盐岩具有相对较重的Mo同位素（-1‰ – +2‰）。代表俯冲板片的洋中脊玄武岩型榴辉岩具有相对较轻的Mo同位素（-1.0‰ – -0.13‰）；俯冲沉积物通常具有轻但相对变化大的Mo同位素（-2‰ – 0.16‰）。尽管Mo同位素在不同的地质储库之间表现出大的差异，但利用Mo同位素示踪岩浆起源仍存在诸多的不确定性。其中一个重要的争论点是岩浆分异过程是否可以造成显著的Mo同位素分馏。已有的研究主要集中在探讨硅酸盐矿物分离结晶对Mo同位素的影响。除了硅酸盐矿物外，铁钛氧化物（如磁铁矿和钛铁矿）在岩浆分异过程中也发挥着重要的作用，并且其Mo含量远高于许多硅酸盐矿物。由于缺乏相关研究，铁钛氧化物分离结晶对Mo同位素分馏的影响目前尚不清楚。针对该问题，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张乐高级工程师联合李杰正高级工程师、任钟元研究员和王志兵副研究员等人选择峨眉山大火成岩省中的攀枝花镁铁质层状岩体为研究对象，系统测定了全岩样品和分选的主要造岩矿物（单斜辉石、斜长石、磁铁矿和钛铁矿）的Mo同位素组成和含量，并获得以下认识：

　　（1）攀枝花全岩样品Mo含量变化较大（图1）：0.06 – 0.35 ppm；整体具有与硅酸盐地球类似的Mo同位素特征（–0.20‰ 0.20‰）。主要造岩矿物Mo含量为：斜长石≈单斜辉石（~0.05 ppm）< 磁铁矿≈钛铁矿（~0.5 ppm）；并展示出显著的Mo同位素分馏：磁铁矿（–0.57‰ 0.26‰）<单斜辉石（–0.23‰ 0.16‰）<钛铁矿（0.19‰ 0.20‰）<斜长石（0.54‰ 0.32‰）。

　　（2）基于磁铁矿和钛铁矿间的Mo同位素差异（ ^98/95Mo_Mt–Ilm = –0.76‰），推测Mo在这两种矿物间的分馏系数为0.99924。结合前人关于攀枝花岩体Fe同位素的研究（ 56/54Fe_Mt–Ilm ~ 0.75‰），可获得如下Fe-O键强顺序：^IVFe_Mt³⁺ > ^IVFe_I1m²⁺ > ^VIFe_Mt³⁺ > ^VIFe_Mt²⁺ 。

　　（3）瑞利分离结晶模拟显示（图2），由于斜长石和单斜辉石具有低的Mo含量，这两种矿物的分离结晶并不能显著改变岩浆的Mo同位素组成。相反，Mo含量较高的磁铁矿和钛铁矿的分离结晶将显著改变岩浆的Mo同位素组成。由于Mo的分配行为以及钛铁矿和磁铁矿的结晶顺序与岩浆的氧逸度相关，氧逸度也是控制岩浆Mo同位素分馏的一个关键因素。

　　该研究对俯冲带岩浆和月海玄武岩Mo同位素研究也具有一定启示意义：俯冲带重Mo同位素的岩浆一般归因于板片俯冲过程释放的流体具有重的Mo同位素特征，而板片内残留的金红石具有轻的Mo同位素组成。俯冲带岩浆一般具有高的氧逸度，磁铁矿是岩浆晚期重要的结晶相。由于磁铁矿具有轻的Mo同位素特征，磁铁矿的分离结晶也将促使岩浆具有重的Mo同位素组成。月幔具有低的氧逸度，钛铁矿是月海玄武岩的主要造岩矿物。前人的数据显示月海高钛玄武岩的Mo同位素略重于月海低钛玄武岩（ ^98/95Mo_{highTi_lowTi} = 0.04）。由于钛铁矿具有重的Mo同位素特征，高钛玄武岩和低钛玄武岩的Mo同位素差异可以解释为高钛岩石受到了钛铁矿堆晶作用的影响，或者高钛玄武岩重的Mo同位素特征是继承自其受钛铁矿堆晶作用影响的月幔源区。需要注意的是目前报道的月海玄武岩Mo同位素数据十分有限（3个低钛+1个高钛），需要开展更多的月海玄武岩Mo同位素研究来厘清高钛和低钛玄武岩的差异。

图1 攀枝花层状岩体柱状图（a）,全岩和主要造岩矿物的Mo含量（b）和Mo同位素（c）组成

图2 瑞利分离结晶模拟

　　该研究主要受中国科学院广州地球化学研究所所长基金（2022SZJJZD-03）和中国科学院技术人才项目的资助，已发表于国际期刊《American Mineralogist》。

　　论文信息：Zhang Le* (张乐), Li Jie (李杰), Zhang Yan (张艳), Peng Bing-Yu (彭冰玉), Wang Zhi-Bing (王志兵), Ren Zhong-Yuan (任钟元). 2024. Molybdenum isotopic fractionation in the Panzhihua mafic layered intrusion in the Emeishan large igneous province, southwest China. American Mineralogist, 109: 328-632.

　　论文链接