苏本勋等-AJS：大洋岩石圈地幔广泛的水化作用：来自反转的矿物间Fe-Zn同位素分馏的制约

大洋岩石圈地幔是地球内部与表层系统之间物质和能量交换的关键纽带，其形成演化与部分熔融、熔体交代和水化作用等密切相伴。传统观点认为，水化主要发生在洋中脊热液蚀变或后期蛇纹石化过程中，属于浅部、局部现象。然而，中国科学院地质与地球物理研究所苏本勋研究员及合作者，在西藏普兰蛇绿岩（图1）的岩石学基础上对其橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和尖晶石等共存矿物的Fe-Zn同位素分析发现，蛇绿岩地幔橄榄岩普遍呈现出与大陆地幔捕虏体截然相反的同位素分馏序列：硅酸盐矿物（橄榄石、辉石）的δ56Fe和δ66Zn值普遍高于共存的尖晶石，而理论平衡分馏和大陆地幔捕虏体的观测结果则显示尖晶石富集重Fe和重Zn同位素（图2）。这一“反转”的矿物间同位素分馏现象同样见于全球蛇绿岩、深海橄榄岩和造山带橄榄岩中，表明它可能是大洋岩石圈地幔的一个普遍特征。

图1 普兰蛇绿岩构造位置及地质简图

图2 普兰蛇绿岩中橄榄岩及其他类型橄榄岩中矿物的Fe-Zn同位素组成对比

研究进一步揭示，部分熔融和熔体交代作用仅能解释样品之间的部分同位素差异，而无法解释矿物之间的系统性同位素反转。相反，以含水流体为媒介所引起的元素交换才是核心机制：水显著提高了扩散速率，使Fe和Zn从硅酸盐向尖晶石迁移，同时Mg向硅酸盐迁移，导致硅酸盐相对富集重Fe和重Zn同位素（图3）。这一过程不受矿物颗粒边界的限制，能够在厘米至米尺度上实现大范围元素迁移，并且全球蛇绿岩橄榄石的水含量与Fo值呈正相关，进一步证实了水化驱动的成分改造（图4）。

图3 普兰及全球其他蛇绿岩中矿物Fe-Zn同位素变化及其受控因素

这项研究从矿物间Fe-Zn同位素反转分馏的独特视角，揭示了大洋岩石圈地幔的普遍水化并非局部的浅表过程，而是深刻重塑了地幔地球化学特征、流变性质和挥发分循环的深部作用。该发现不仅挑战了传统地幔演化模型中“干”地幔的假设，也为重新理解大洋岩石圈的形成、俯冲带动力学以及全球构造与地球化学演化提供了关键约束。

图4 地幔水化作用过程流体为媒介所引发的矿物间元素交换示意图

研究成果发表于国际学术期刊AJS（苏本勋, 肖燕, 王静, 潘旗旗, 赵寿骞. Reversed inter-mineral Fe-Zn isotope fractionation in ophiolitic peridotites: Evidence for widespread hydration of oceanic lithospheric mantle[J]. American Journal of Science, 2026, 326: Article 7. DOI:10.2475/001c.160209.）。