学术研究报告：阿曼Semail蛇绿岩Geotimes熔岩中铁同位素分馏与海底热液蚀变过程
一、作者与发表信息
本研究由Rong-Zhong Bo（南京大学地球科学与工程学院）、Yildirim Dilek（迈阿密大学）、Wei-Qiang Li（南京大学）等13位学者合作完成，发表于2025年《Chemical Geology》第681卷。通讯作者为Dong-Yang Lian（南京大学）。
二、学术背景
科学领域：研究属于地球化学与岩石学交叉领域，聚焦海底热液蚀变对洋壳铁（Fe）同位素分馏的影响。
研究动机：洋壳与海水间的元素交换（如Fe、Mg）是连接地球深部与表层系统的关键过程，但热液蚀变中Fe同位素分馏的氧化还原条件依赖性尚不明确。阿曼Semail蛇绿岩作为保存完好的古大洋岩石圈，其Geotimes熔岩（与现代洋中脊玄武岩MORB地球化学特征相似）为研究不同氧化还原条件下Fe同位素分馏提供了理想对象。
研究目标：通过厘米尺度采样，揭示热液蚀变过程中Fe同位素分馏机制，阐明氧化还原条件对Fe循环的调控作用。
三、研究方法与流程
1. 样品采集与处理
- 研究对象：阿曼北部Fizh地块Geotimes单元枕状熔岩（24°17′04.57″N, 56°23′29.22″E），选取一个蚀变枕状熔岩剖面，按核心至边缘连续采集18个子样品（图2c）。
- 样品特征：蚀变程度不均一，核心区以绿泥石、方解石为主，边缘含磁铁矿-赤铁矿（magnetite-hematite）条带（图2b, 6）。
2. 实验分析
- 全岩主微量元素：在武汉样品分析公司（WSSATCL）测定，采用X射线荧光光谱（XRF）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS），数据经无水校正（Supplementary Table S1）。
- Sr-Nd同位素：通过热电离质谱（TIMS）分析，计算初始比值（87Sr/86Sr）i和εNd(t)（图5）。
- Fe同位素分析：使用Neptune Plus MC-ICP-MS（南京大学），δ56Fe以IRMM-014为标准（δ56Fe = [(56Fe/54Fe)sample/(56Fe/54Fe)IRMM-014 -1]×1000‰）。
- 矿物组成：采用TESCAN集成矿物分析仪（TIMA）绘制矿物分布图（图6），识别原生矿物（斜长石、单斜辉石）与次生矿物（绿泥石、钠长石等）。
3. 数据分析流程
- 通过REE配分模式（Supplementary Fig. 5）和Sr-Nd同位素（图5）排除源区异质性影响。
- 结合Fe同位素与矿物组成（图10），建立氧化还原条件与分馏的关联模型。
四、主要结果
1. 地球化学特征
- 蚀变指示：样品烧失量（LOI）1.05–4.14 wt%，与Na、K、Ca等流体活动性元素含量呈正相关（Supplementary Fig. 3），证实热液蚀变（<450°C）改造。
- Fe同位素分馏：δ56Fe值范围0.037–0.291‰（加权平均0.166‰），核心区值较高（图4a），边缘接近MORB均值（0.105±0.006‰）。
2. 氧化还原条件的影响
- 核心区：高δ56Fe（~0.291‰）、低Fe2O3/FeO（1.19–4.08），反映还原条件下Fe2+矿物（如钛铁矿）溶解导致轻同位素流失（图10c）。
- 边缘区：低δ56Fe、高磁铁矿-赤铁矿含量（图6），表明氧化条件下Fe2+→Fe3+转化抑制同位素分馏（图10e）。
3. 同位素与矿物关联
- 绿泥石（chlorite）含量与δ56Fe正相关（R²=0.72），磁铁矿-赤铁矿与δ56Fe负相关（R²=0.68）（图10），佐证氧化还原分馏机制。
五、结论与意义
科学价值：
1. 首次在厘米尺度揭示海底热液蚀变中Fe同位素分馏的氧化还原依赖性，填补了低温度条件下Fe循环模型的空白。
2. 提出“氧化-还原演化”模型：早期氧化流体渗透形成边缘低δ56Fe特征，后期还原流体改造核心区导致高δ56Fe（图10h-j）。
3. 为古海洋Fe循环及俯冲带物质再循环提供同位素约束。
应用价值：
- 解释太古宙条带状铁建造（BIF）的Fe同位素组成与古海洋氧化还原关联性。
- 指导现代海底热液系统成矿潜力评估。
六、研究亮点
1. 高分辨率采样：厘米级剖面分析（18个子样品）克服了传统手标本尺度的源区异质性干扰。
2. 多指标耦合：整合Fe同位素、Sr-Nd同位素、矿物学（TIMA）数据，建立多参数分馏模型。
3. 创新性结论：发现强氧化条件下Fe同位素分馏受限，挑战了传统“还原分馏主导”假说。
其他价值：
- Semail蛇绿岩作为现代洋壳类比物的有效性验证（图3），支持其形成于快速扩张洋中脊（Nicolas et al., 1994）。
- 为Fe同位素在俯冲带物质循环中的应用提供新案例（如Debret et al., 2024）。
（注：文中图表编号与原文一致，Supplementary附件未翻译以保持准确性。）