俯冲作用可将富集的地壳物质输送至上覆板片岩石圈以及深部地幔中，促进地球浅表与深部之间物质循环。来自俯冲板片的沉积物、蚀变洋壳、蛇纹岩释放的熔/流体会交代上覆岩石圈并改造其物理化学性质（如氧化还原状态等）。因此，探究板片来源沉积物熔/流体性质以及示踪上覆岩石圈中沉积物熔/流体活动是理解元素循环和岩石圈演化不可或缺的内容。

       近十年以来，Zn-Fe同位素逐渐被用于探究板片来源熔/流体性质以及俯冲带中元素活化迁移过程。然而，目前从岛弧火山岩角度很难约束板片沉积物来源熔/流体对上覆岩石圈Zn-Fe同位素组成的影响。针对上述问题，作者通过对华北克拉通北缘汉诺坝玄武岩携带的单斜辉石岩包体以及一个特殊的“玻璃质”包体Sr-Nd-Zn-Fe同位素研究，来探究Zn-Fe同位素在示踪板片来源沉积物熔体性质以及识别上覆岩石圈中的沉积物熔体活动方面的潜力。

图1. 单斜辉石岩和“玻璃质”样品DMP528的Ba/Th与K₂O (a)、Al₂O₃ (b)、Rb/La (c)、Li/Y (d)和Nb/Ta (e)以及Rb/La与Th/Nb (f)变化图。曲线代表两端元混合模拟结果。

       汉诺坝单斜辉石岩全岩Ba/Th和Rb/La比与Al₂O₃、K₂O含量以及Li/Y、Nb/Ta、Th/Nb比呈现出明显的相关性（图1），结合其他主微量元素组成特征表明单斜辉石岩可能代表交代地幔低程度部分熔融形成的玄武质熔体的堆晶岩，后期经历了不同程度的含水沉积物熔体交代。随着单斜辉石岩受后期交代程度的升高，其Rb/La、K/U和Ba/Th比值逐渐升高、Th/Nb比值逐渐降低，同时单斜辉石岩的δ⁶⁶Zn值(0.04‰~0.46‰)逐渐升高（图2）。表明单斜辉石岩的δ⁶⁶Zn值与Rb/La、K/U、Ba/Th和Th/Nb比值的相关性是由后期含水熔体交代作用引起的。而汉诺坝单斜辉石岩整体具有相对均一的δ⁵⁶Fe值(-0.05‰~0.07‰；除一个异常值-0.28‰)，表明后期沉积物熔体交代对Fe同位素组成影响有限。

图2. 单斜辉石岩和“玻璃质”样品的δ⁶⁶Zn与Rb/La (a)、K/U (b)、Ba/Th (c)、Th/Nb (d)比值变化图。曲线代表两端元混合模拟结果。相比DMP528，假定的交代熔体具有更高的K₂O (2.8 wt.%)，Rb (90 ppm)，Zn (240 ppm)含量和δ⁶⁶Zn值(0.56‰)

       在汉诺坝玄武岩中发现了一个特殊的“玻璃质”包体(DMP528)，具有与寄主玄武岩完全不同的主、微量元素组成。值得注意的是，单斜辉石岩的Al₂O₃和K₂O含量以及Ba/Th、Rb/La、Li/Y、Nb/Ta比值建立的成分演化趋势均朝向“玻璃质”样品（图1）。此外，单斜辉石单矿物中观察到的核部-边部的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值变化，表明后期交代介质的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值低于单斜辉石岩。同时，单斜辉石岩的Zn同位素演化趋势方向也朝着DMP528成分（图2）。利用两端元混合模拟表明单斜辉石岩经历后期熔体交代程度为0~70%，然而，后期交代介质需要更高的K₂O、Rb、Zn含量和高的δ⁶⁶Zn值来重现单斜辉石岩的Zn同位素变化趋势。因此，“玻璃质”包体可能代表岩石圈中保存好的单斜辉石岩后期交代介质，但经历过轻微改造。“玻璃质”包体具有明显偏重的Zn同位素组成(0.43‰)以及高的MgO含量(21.29 wt.%)，表明岩石形成过程中具有高Mg沉积碳酸盐岩的加入。另外，样品DMP528的¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值(0.510991)明显低于蚀变洋壳和海水，表明样品具有大陆上地壳来源的碎屑沉积物的成分加入。综上所述，DMP528代表来自于俯冲板片沉积碳酸盐岩和具有大陆上地壳成分的碎屑沉积物熔融形成的固化的沉积物熔体。

       陆源碎屑和碳酸盐岩等沉积物的俯冲可将地壳物质并入上覆板片的岩石圈或更深的地幔部分。越来越多的证据间接表明大洋玄武岩、板内玄武岩和地幔来源的捕虏体的化学和同位素组成记录了受沉积物影响的地幔源区的特征。然而，很少发现具有再循环大陆上地壳地球化学特征的地幔岩石。本研究中未交代或轻微交代的单斜辉石岩富集的Sr同位素组成（高达0.73326）和类似大陆上地壳的微量元素特征表明其地幔源区具有古老大陆上地壳成分的加入。此外，单斜辉石岩后期交代介质—样品DMP528，代表沉积碳酸盐岩和具有大陆上地壳成分的碎屑沉积物熔融形成的固化的沉积物熔体，后期与单斜辉石岩发生不同程度交代作用。这些研究提供的证据表明，通过板片俯冲作用，再循环的碳酸盐和大陆上地壳成分可能以沉积物熔体的形式并入岩石圈地幔，尽管再循环上地壳特征可能被周围地幔显著稀释，但在壳-幔边界和上地幔中仍可能存在少量的大陆上地壳成分信息。另外，来自汉诺坝玄武岩携带的单斜辉石岩和“玻璃质”包体的化学和同位素组成表明“玻璃质”包体可能代表了保存下来的沉积物熔体，具有再循环的大陆上地壳和沉积碳酸盐岩的信息，为岩石圈中板片来源的含碳酸盐沉积物熔体的活动提供最直接的证据。同时表明Zn同位素可很好的用于示踪岩石圈中含碳酸盐沉积物熔体活动。

       文章已发表在国际知名期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》（Nature Index 期刊）。第一作者为广州海洋地质调查局张岗岚博士。通讯作者为中国地质大学（武汉）刘勇胜教授。合作者包括徐荣副研究员，Frédéric Moynier教授，李明高级工程师和博士生朱扬涛、任欢歌、姜昕。

       文章信息：Zhang, G., Liu, Y.*, Xu, R., Moynier, F., Zhu, Y., Ren, H., Jiang, X., & Li, M. (2023). Tracing Sediment Melt Activity in the Sub-Continental Lithosphere: Insights from Zn-Fe Stable Isotopes. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 128(4), e2022JB026083. https://doi.org/10.1029/2022JB026083