地幔再循环碳的Mg-Zn同位素示踪：以福建省新生代玄武岩为例

In recent years, the Mg-Zn isotopic tracer of deep carbon cycle as a frontier field for global carbon cycle and metal stable isotope research has been successfully applied to tracing the deep carbon cycle research in the west Pacific subduction zone in eastern China. It reveals the Chinese large-scale light Mg isotopic anomaly of upper mantle in the east that probably caused by melting of the marine Mg-rich carbonate, which carried by subducted oceanic crust into the mantle transition zone, and infiltrating the overlying convective mantle. However, the small amount of basalt Mg-Zn isotope data in South China's coastal areas is not enough to limit the spatial and temporal distribution of deep circular carbon. This project will study the Mg-Zn isotope of Cenozoic basalt in Fujian province, by combining with the traditional main, trace elements and Sr-Nd-Pb isotopic geochemical information, to explore Mg-Zn isotopic geochemical behavior in the deep carbon cycle and heterogeneity influence of the deep cycle carbon to the upper mantle, and to evaluate the influence factors of Mg-Zn isotopic in tracing the deep carbon cycle and the tracer ability of Mg-Zn isotope together. The results of the study will be more accurate to define the spatio-temporal distribution of the isotopic anomaly of the Mg-Zn isotope in eastern China and provide new evidence for the Mg-Zn isotopic tracer of deep carbon cycle.

近年来，Mg-Zn同位素示踪深部碳循环作为全球碳循环和金属稳定同位素研究的前沿领域，在示踪中国东部西太平洋俯冲带深部碳循环的研究中取得突破性进展。揭示出中国东部上地幔可能存在一个受到再循环碳酸盐岩交代作用影响的大尺度轻镁同位素异常带。然而，华南沿海较少的玄武岩Mg-Zn同位素数据还不足以对此异常带的时空分布进行精确限定。本项目以福建省新生代玄武岩Mg-Zn同位素为研究对象，结合传统的主微量元素及Sr-Nd-Pb同位素示踪手段， 研究Mg-Zn同位素在玄武岩源区组成及岩浆演化过程中的地球化学特征，进一步探索深部碳循环对上地幔不均一性的影响规律。评价Mg-Zn同位素示踪深部碳循环的影响因素以及联合示踪的能力。研究结果将更精确的限定中国东部上地幔Mg-Zn同位素异常带的时空分布，为深部碳循环的Mg-Zn同位素示踪提供新的证据。

碳酸盐在地幔中的再循环是碳循环的重要组成部分，而来源于上地幔部分熔融的大陆板内玄武岩是研究深部碳循环的理想样品。本项目对福建地区沿海到内陆新生代碱性玄武岩进行了系统的采样分析，在野外和镜下岩相学观察的基础上，获取了玄武岩的主微量以及Sr-Nd-Pb-Hf同位素和Mg-Zn稳定同位素数据。福建省新生代玄武岩主要为碱性玄武岩、碧玄岩和粗面玄武岩。玄武岩全岩的40Ar/39Ar年龄表明闽西明溪为1.44±0.11Ma，闽中洋底与闽清的玄武岩年龄分别为11.71±0.44Ma与12.4±1.4Ma；闽东厦门玄武岩年龄为17.0±0.36Ma，总体表现出福建沿海向内陆逐渐变年轻的趋势。福建地区新生代玄武岩的Mg同位素组成（大部分样品δ26Mg= -1.34‰ ~ -0.08‰），明显低于地幔同位素组成，具有明显的轻镁同位素异常信号，而Zn同位素组成明显偏重且变化范围较窄（δ66Zn=0.56375‰ ~ 0.56410‰）。Sr-Nd-Pb-Hf同位素揭示玄武岩具有亏损地幔与EMⅡ型富集地幔组分混合的特征。闽东沿海玄武岩相较于闽西、闽中具有更高的Sr-Pb含量和更低的 Nd-Hf同位素含量组成，更多趋向于EMⅡ型特征。从西至东富集组分 EMⅡ的逐渐增多暗示了陆源沉积物与俯冲效应相关。玄武岩成因与西太平洋板块的俯冲有关，受到碳酸盐组分和再循环物质的贡献和改造。地幔源区可能以碳酸盐化的橄榄岩为主，混合有少量的碳酸盐化的辉石岩，玄武岩是碳酸盐化地幔低程度部分熔融的结果。在本项目的支持下，发表SCI论文4篇，中文核心两篇，培养2名硕士生。