近几年，Zn同位素研究已经成功运用到一些地质过程中，如行星演化、岩浆分异、大洋循环等。地球各主要储库的Zn同位素组成是研究地质过程中Zn同位素分馏行为，示踪Zn元素迁移、循环的基础。大陆下地壳作为联结浅部地壳和岩石圈地幔的纽带，也是壳幔相互作用发生的重要场所。因此，研究大陆下地壳Zn同位素组成有利于进一步探究Zn同位素在示踪大陆地壳分异演化和壳-幔相互作用过程中的应用。

经地壳抬升作用剥露于地表的麻粒岩地体和产于火山岩中的下地壳包体是研究大陆下地壳组成的最直接样品。我们团队和巴黎地球物理学院Frédéric Moynier教授对来自华北克拉通北部的汉诺坝玄武岩携带的下地壳包体以及附近的麻粒岩地体展开详细的Zn同位素组成研究。利用这些下地壳样品来探究下地壳地质过程中Zn同位素行为和约束下地壳Zn同位素组成的优势主要有：（1）新近纪汉诺坝玄武岩携带的下地壳包体和太古代麻粒岩地体共存于同一区域，可以有效对比现今和太古代下地壳的Zn同位素组成差异；（2）不同类型的下地壳包体来自于不同的下地壳深度，因此，可以根据不同下地壳深度的各类型下地壳包体的比例来估算下地壳各部分（上-中-下部）的Zn同位素组成；（3）下地壳包体类型丰富（成分从镁铁质至长英质变化），并且对这些样品已经进行了大量的研究工作（主微量元素、Sr-Nd-Pb-Li-Mg同位素、锆石U-Pb年龄）。

   来自华北克拉通北缘的下地壳岩石Zn同位素组成变化范围为0.13-0.38‰（n=37，除去两个异常点）。下地壳包体的Zn同位素研究结果表明：古老下地壳混染、流体交代、辉石和斜长石堆晶作用等下地壳地质过程对这些下地壳包体的Zn同位素组成影响有限。然而，对于具有Fe-Ti氧化物堆晶的下地壳岩石的研究发现，其Zn含量和δ66Zn值随着FeO(T)和V含量的升高而分别呈现出升高和降低的趋势（图1）。这些趋势表明Fe-Ti氧化物堆晶可能会使得堆晶岩相比于原始熔体具有轻Zn同位素组成，且模拟计算表明该过程引起下地壳堆晶岩的Zn同位素分馏程度不会超过0.2‰（图1）。

图1. 含石榴石镁铁质麻粒岩中Zn含量和δ⁶⁶Zn值与FeO_(T)和V含量的关系图。两端元混合模拟计算表明，当Fe-Ti氧化物与熔体间分馏因子（α_oxide-melt）为0.9998时，可以很好的解释含石榴石镁铁质麻粒岩中Zn同位素分馏行为。

   我们通过加权不同岩性的比例、Zn含量、δ66Zn值来计算下地壳不同部分以及整体的Zn同位素组成。下地壳下部、中部、上部的δ66Zn估计值分别为0.26 ± 0.03‰（95%SE）、0.28 ± 0.02‰（95%SE）、0.32 ± 0.09‰（95%SE）（图2），表明随着下地壳深度的降低，其Zn同位素组成在不确定度范围内保持一致。利用上述计算方法，通过来自新近纪汉诺坝玄武岩的下地壳包体获得的现今下地壳δ66Zn估计值为0.29 ± 0.02‰（95%SE）。此外，该值类似于利用地体麻粒岩获得的太古代下地壳δ66Zn估计值（0.28 ± 0.04‰，95%SE），表明华北克拉通的现今下地壳和太古代下地壳的Zn同位素组成无明显差异。

图2. 汉诺坝地区下地壳上部、中部、下部和岩石圈地幔的δ66Zn随深度的变化以及垂向下地壳结构示意图

   结合下地壳包体和地体麻粒岩的δ66Zn数据以及不同岩性组成的下地壳模型，获得的大陆下地壳的δ66Zn估计值为0.28 ± 0.04‰（95%SE）。下地壳Zn同位素估计值明显高于岩石圈地幔橄榄岩，但是类似于大洋玄武岩的Zn同位素组成。先前的研究认为大洋玄武岩和岩石圈橄榄岩的Zn同位素组成差异是地幔部分熔融作用引起的。由于幔源玄武质岩浆底侵作用是下地壳生长的重要方式，因此下地壳重的Zn同位素组成也可能是由于地幔部分熔融造成的。

文章信息：Zhang, G., Liu, Y., Moynier, F., Zhu, Y., Wang, Z., Hu, Z., Zhang, L., Li, M., Chen, H., 2020. Zinc isotopic composition of the lower continental crust estimated from lower crustal xenoliths and granulite terrains. Geochimica et Cosmochimica Acta 276 92-108. https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.02.030