地幔作为地球最大的地质构造单元，其物质组成记录了大量的地球演化信息，同时其动力学过程也显著影响地球浅部圈层。俗话说，上天容易，入地难。现阶段直接测量地幔的物质组成信息和动力学过程存在巨大挑战。而在洋底绵延数万公里的洋中脊玄武岩作为全球最大规模的幔源岩浆，成为了地质学家们的首选目标，为了解地球深部物质组成和深部动力学过程提供了大量的数据基础。然而喷发的岩浆作为汇聚熔体，许多继承自地幔源区和岩浆过程的地球化学信息会在洋壳汇聚过程中（岩浆储运系统，magma plumbing system）被均一化，从而导致许多深部信息被抹除。因此，了解这些壳内岩浆过程不仅仅对洋壳的形成与演化非常必要，同时也对如何使用洋中脊玄武岩来反演深部地幔的物质组成和动力学至关重要。

相较于最终喷发的岩浆，下洋壳的堆晶岩则记录了更为丰富的洋壳演化信息。这些堆晶一旦从熔体分离并堆积在下洋壳，它们的地球化学成分便实时记录了对应熔体的信息。特别地，相比亲石元素，亲铜元素在硫化物饱和的高温岩浆过程中，其行为主要受控于硫化物。而硫化物作为副矿物，在堆晶岩石中被硅酸盐矿物所包围或者包裹，可以极大程度地与后续岩浆过程隔离。与此同时，硫化物的分离结晶可以造成硫化物Cu同位素的巨大变化。因此，下洋壳堆晶岩的Cu同位素组成可以更为简单、高效地揭示洋中脊岩浆储运系统。

为此，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室地幔地球化学学科组邹宗琪博士、徐义刚院士联合中国地质大学（武汉）汪在聪教授以西南印度洋的下洋壳辉长岩堆晶和来自不同扩张速率的洋中脊玄武岩为研究对象，从Cu同位素的角度探究洋壳岩浆储运系统，主要取得以下认识：

（1）下洋壳（辉长岩）的Cu同位素组成极不均一 (δ⁶⁵Cu = −1.14 ‰ to 0.87 ‰)，而来自全球不同构造背景的洋中脊玄武岩则具有非常均一的Cu同位素组成 (δ⁶⁵Cu = 0.08 ± 0.08 ‰)。上、下洋壳之间显著的Cu同位素差异，表明了岩浆储运系统具有高效的均一化作用（图1）。

图1，（a-b）洋中脊玄武岩（MORBs）经历了不同程度的硫化物分离结晶。(c-d) 洋中脊玄武岩依然具有原始地幔特征的、均一的Cu同位素组成，显著不同于下洋壳（辉长岩）极其不均一的Cu同位素组成。

（2）虽然洋中脊玄武岩经历了不同程度的硫化物分离结晶且硫化物富集轻的Cu同位素组成，但是洋中脊玄武岩的Cu同位素组成并没有变重（图2）。我们的模拟结果表明，洋壳岩浆房作为一个开放体系，多期次的初始岩浆的填充、熔体-堆晶反应（消耗富集轻Cu同位素的硫化物）以及熔体混合等过程可以平衡硫化物分离导致的Cu同位素分馏，从而形成Cu同位素与平均地幔值一致的洋中脊玄武岩（图2-4）。

图2，（a）中高程度部分熔融过程产生的Cu同位素分馏极小。（b）MORBs经历不同的硫化物分离结晶，按照理论计算，其Cu同位素组成会逐渐变重，显然与MORBs均一的Cu同位素组成不一致。（c-f）我们的模拟结果表明洋壳壳内岩浆储运系统的多期次的岩浆填充、地幔或者堆晶硫化物再溶解、岩浆喷发和分离结晶过程可以形成Cu同位素均一的MORBs。

图3，地幔的Cu同位素不均一，以及岩浆迁移演化过程中产生的Cu同位素变化可以被洋壳壳内岩浆储运系统高效均一化。由于部分熔融、熔体-橄榄岩反应可以造成橄榄岩巨大的Cu同位素变化。因此，在对硅酸盐地球的Cu同位素组成进行约束时，将橄榄岩包括在内会导致估计值得范围较大。因此，本研究使用MORBs和科马提岩得Cu同位素数据对硅酸盐地球的Cu同位素组成进行估计，得出δ⁶⁵Cu_BSE = 0.08 ± 0.08 ‰。

图4，洋壳壳内岩浆储运系统模式图。

（3）虽然部分熔融、熔体-岩石反应和分离结晶等过程会造成Cu同位素的显著变化，但是这些过程引起的Cu同位素变化可以被岩浆储运系统高效均一化（图3）。洋中脊玄武岩的Cu同位素组成可以代表地幔源区的Cu同位素平均值。结合高熔融程度成因的科马提岩，我们得出硅酸盐地球的Cu同位素组成为0.08 ± 0.08 ‰。类似地，洋中脊玄武岩的不相容元素的同位素和不相容性相似元素的比值可以代表其地幔源区的平均值。

该研究已发表在国际地球科学领域著名期刊《Earth and Planetary Science Letters》上，本研究受南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项（GML2022006）、自然科学基金基础科学中心项目(42288201)以及国家自然科学基金青年基金项目（42203006)等基金的联合资助。

论文信息：Zou, Zongqi (邹宗琪), Wang, Zaicong* (汪在聪), Xu, Yi-Gang (徐义刚), Ciazela, Jakub, Wang, Xia (王霞), Foley, Stephen, Zhang, Wei-Qi (张维骐), Li, Wei (李伟)，Li, Ming (李明), Liu, Yongsheng (刘勇胜) (2024), Contrasting Cu isotopes in mid-ocean ridge basalts and lower oceanic crust: Insights into the oceanic crustal magma plumbing systems. Earth Planet. Sci. Lett. 627 118563. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118563.