铁同位素可以用来示踪地幔氧逸度。弧岩浆铁同位素的研究表明，其具有低于MORB的平均d56Fe组成。这被解释为地幔楔具有低于MORB源区的Fe3+/？Fe或者d56Fe，因而提供了关于俯冲带氧逸度的信息。基于此，中科院广州地化所矿物学与成矿学实验室张龙与中科院青岛海洋所孙卫东以及广州地化所同位素室张兆峰、安亚军、刘芳合作，依托Nu1700 MC-ICP-MS，对可以代表地幔楔橄榄岩的北祁连玉石沟SSZ蛇绿岩中的方辉橄榄岩其及组成矿物进行了Fe同位素研究，取得了以下认识：
(1)北祁连玉石沟方辉橄榄岩是经历过大比例熔体提取和极小程度熔体交代的弧前地幔楔橄榄岩。它们具有和典型弧橄榄岩一致的岩石学和地球化学特征，如富集斜方辉石和硅，富集轻稀土和大离子亲石元素，具有较高的氧逸度等。
(2)玉石沟方辉橄榄岩的矿物处于Fe同位素平衡状态。橄榄石和斜方辉石间的Fe同位素分馏较小，且和已有限定一致(图1a)。而橄榄石和尖晶石间的Fe同位素分馏和现有多数限定相反，根据晶体结构和已有资料的分析，推测可能是由于尖晶石富Cr造成的(图1b)。
图1 (a)橄榄石和斜方辉石以及(b)橄榄石和尖晶石之间的Fe同位素分馏。
(3)如果玉石沟方辉橄榄岩可代表典型弧橄榄岩，则弧橄榄岩应具有和大洋橄榄岩相似的Fe同位素组成(图2a)。由于残留橄榄岩和其原岩d56Fe相差不大，这表明弧岩浆和MORB之间的d56Fe差异不是继承自源区，而是部分熔融时Fe同位素分馏不同造成的。如果地幔部分熔融时Fe同位素分馏受Fe价态控制，那么弧岩浆和弧橄榄岩之间的Fe3+/ ？Fe差异应该小于MORB和大洋橄榄岩之间的Fe3+/ ？Fe差异。模拟显示这种情形可以在大洋橄榄岩在氧逸度不缓冲时部分熔融而富硅地幔楔在氧逸度缓冲时部分熔融的情况下得以实现(图2b)。
图2 (a)方辉橄榄岩铁同位素组成，以及与大洋橄榄岩和其它弧橄榄岩的对比。(b)氧逸度缓冲和不缓冲情况下地幔熔融时熔体-残留体Fe3+/ ？Fe差异。氧逸度缓冲和不缓冲模拟线上的数字分别代表源区Fe3+/ ？Fe比例和DlogfO2 (FMQ)。
该研究得到了国家重点研发计划2016YFC0600408、中国科学院先导专项XDB18000000和中国博士后科学基金2016LH00023等的支持。研究成果近期在Geochimica et Cosmochimica Acta上刊出，论文信息如下：
Zhang, L., Sun W. D., Zhang, Z. F., An, Y. J., Liu, F., 2019. Iron isotopic composition of supra-subduction zone ophiolitic peridotites from northern Tibet. Geochimica et Cosmochimica Acta, 258: 274-289.
新闻动态