中国科学院海洋研究所深海中心孙卫东研究团队杨廷根、刘海洋等人系统研究了宝鸡超钾质和相关花岗质全岩与单矿物的钾同位素组成，结合第一性原理计算，研究系统查明了高温岩浆过程中矿物间的钾同位素地球化学行为，揭示了矿物间钾同位素分馏的尺度和控制机制，探讨了角闪石分离结晶对于岛弧岩浆钾同位素组成的影响，相关成果发表在国际地学期刊Chemical Geology。  

秦岭造山带地质简图及研究区域  

　　与俯冲有关的地幔熔融作用所产生的弧岩浆是地球上最重要的岩浆活动之一。研究显示，俯冲带板片脱水可以产生显著的钾同位素分馏。对于矿物间的钾同位素分馏，前人研究主要集中于低温实验和理论计算，有关自然样品的研究极其有限。宝鸡地区出露大量含钾矿物的超钾质岩，是研究岩浆过程中矿物间钾同位素分馏的理想对象。本研究以秦岭造山带宝鸡地区的超钾质和花岗质岩为研究对象，开展了系统的岩相学、矿物化学、全岩与矿物钾同位素组成和第一性原理计算研究。研究发现，矿物间的钾同位素分馏并不均一，矿物的钾同位素组成和矿物间的钾同位素分馏主要受控于K-O键强和同位素交换过程。更强的键强会富集更重的钾同位素，而不平衡的同位素交换则会产生显著的钾同位素分馏。  

宝鸡超钾质和花岗质全岩和相应单矿物K同位素组成图解  

　　对宝鸡超钾质和花岗质岩含钾矿物的钾同位素组成研究显示，黑云母和微斜长石间的钾同位素分馏有限，结合理论计算结果和这些矿物中均匀的K₂O含量，研究指出黑云母和微斜长石间达到了钾同位素平衡。花岗质岩的斜长石钾同位素组成变化很大，并且与其他含钾矿物间的钾同位素分馏尺度变化显著，结合理论计算结果与前人研究，该研究认为斜长石与其他含钾矿物并未达到钾同位素平衡。根据角闪石与微斜长石间的钾同位素分馏尺度，结合矿物K₂O含量与理论计算结果，该研究指出超钾质和花岗质岩分别记录了角闪石与其他含钾矿物间的不平衡与平衡分馏。  

　　研究进一步模拟了岛弧岩浆演化过程中的钾同位素组成变化，结果显示，作为岛弧岩浆分异过程中的重要含钾矿物，角闪石的分离结晶并不会显著改变残余岩浆的钾同位素组成，表明弧岩浆演化过程不会伴随显著的钾同位素分馏。因此，岛弧岩浆的钾同位素组成变化可以有效示踪地幔源区的变化，并揭示俯冲带的壳幔相互作用。  

角闪石分离结晶对岛弧岩浆K同位素组成影响的模拟图解

　　论文第一作者为中国科学院海洋研究所硕士研究生杨廷根，通讯作者为刘海洋副研究员。研究得到了国家自然科学基金、中国科学院先导科技项目、国家重点实验室开放课题等项目联合资助。  

　　相关成果论文题目及发表链接如下：  

　　Yang, Tinggen（杨廷根）., Liu, Haiyang（刘海洋）., Li, Yonghui（李永辉）., Xue, Ying-Yu（薛颖瑜）., Li, Xiaoqiang（李晓强）., Wang, K（王昆）., Sun, W.-D（孙卫东）. (2023). High-temperature inter-mineral potassium isotope fractionation in ultrapotassic and granitic rocks: Implications for the potassium isotopic compositions of arc magmas. Chemical Geology 641: 121770.  　　    

　　原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254123004710?via%3Dihub