这篇文档属于类型a，是一篇关于铜同位素追踪克拉通地幔根部新元古代氧化过程的原创研究论文。以下是对该研究的学术报告：
作者与发表信息
本研究由Chunfei Chen（中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室；澳大利亚麦考瑞大学自然科学学院）、Stephen F. Foley（麦考瑞大学；澳大利亚国立大学地球科学研究院）、Svyatoslav S. Shcheka（麦考瑞大学）和Yongsheng Liu（中国地质大学（武汉））合作完成，发表于Nature Communications（2024年，卷15，文章编号4311）。
学术背景
研究领域：地球化学与地幔动力学。
科学问题：克拉通岩石圈地幔根部的氧逸度（fO₂）对金刚石形成、熔融机制和岩石圈演化具有重要影响，但其氧化还原状态随时间的变化尚不明确。
背景知识：
1. 克拉通地幔根部（>150 km深度）通常处于还原状态（fO₂ ≤ ΔFMQ-4，FMQ为铁橄榄石-磁铁矿-石英氧缓冲剂），但后期可能受到软流圈流体的交代作用而氧化。
2. 碱性岩（如金伯利岩、碳酸岩）的形成与地幔挥发分（如CH₄、CO₂、H₂O）的氧化状态密切相关。
3. 铜同位素（δ⁶⁵Cu）可作为氧化还原过程的示踪剂，因Cu在金属饱和地幔（Fe-Ni合金）与氧化地幔（硫酸盐）中的分馏行为差异显著。
研究目标：通过分析北大西洋克拉通（North Atlantic Craton, NAC）1.4 Ga的钾镁煌斑岩（lamproite）和<0.59 Ga的硅不饱和碱性岩的Cu同位素，揭示克拉通地幔根部从还原到氧化的转变过程及全球意义。
研究流程
1. 样品选择与地质背景
- 研究对象：北大西洋克拉通拉布拉多海岸Aillik Bay的碱性岩序列，包括：
- 中元古代钾镁煌斑岩（1.4 Ga，n=4）
- 新元古代超基性煌斑岩与碳酸岩（590–555 Ma，n=19）
- 中生代霞石岩（142 Ma，n=5）
- 地质意义：这些岩石形成于岩石圈-软流圈边界（LAB），记录了克拉通地幔根部的长期演化。
2. 实验方法
- 铜同位素分析：
- 样品前处理：粉末样品（14–60 mg）经HF-HNO₃消解，通过阴离子交换树脂（AG-MP-1M）分离纯化Cu。
- 仪器分析：采用多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS，Nu Plasma 1700）测定δ⁶⁵Cu（相对于NIST SRM 976标准），外部精度±0.05‰（2SD）。
- 质量控制：国际标样BHVO-2和BIR-1的δ⁶⁵Cu分别为0.11±0.02‰和0.05±0.01‰，与文献值一致。
- 主微量元素分析：通过ICP-MS测定，验证样品新鲜度及岩浆过程对Cu同位素的影响。
3. 数据处理与模型构建
- 部分熔融模型：
- 金属饱和地幔熔融：模拟中元古代钾镁煌斑岩源区的Cu同位素分馏（Fe-Ni合金与硅酸盐熔体间分馏因子α=1.00025）。
- 硫化物主导熔融：验证新元古代碱性岩的δ⁶⁵Cu与BSE（Bulk Silicate Earth）的一致性。
- 氧逸度计算：基于碳酸盐熔体组分与压力的关系，估算新元古代煌斑岩源区的fO₂（ΔFMQ-2.5至-2.2）。
主要结果
中元古代钾镁煌斑岩：
- δ⁶⁵Cu为-0.19‰至-0.12‰，显著低于MORB（0.07±0.1‰），表明其源区为金属饱和状态（Fe-Ni合金富集⁶⁵Cu），挥发分以CH₄+H₂O为主，fO₂≤IW（铁-方铁矿缓冲剂）。
- 支持数据：Cu含量（40–80 ppm）与MgO无相关性，符合硫化物饱和演化趋势。
新元古代煌斑岩与碳酸岩：
- δ⁶⁵Cu为0.03‰至0.15‰，与BSE一致，表明源区为硫化物主导、金属不饱和的氧化环境，挥发分以CO₂+H₂O为主。
- 氧逸度较中元古代升高≥2.5 log单位，导致金属稳定性降低。
全球对比：
- 与Slave、Kaapvaal和西伯利亚克拉通的橄榄岩包体数据一致，表明新元古代氧化事件具有全球性。
- 非造山钾镁煌斑岩（1000–300 Ma空缺）与碳酸岩/金伯利岩（<700 Ma激增）的年龄分布支持此结论。
结论与意义
科学价值：
- 首次利用Cu同位素揭示克拉通地幔根部从还原（金属饱和）到氧化（CO₂稳定）的转变，时间节点为新元古代（<600 Ma）。
- 提出氧化机制为软流圈碳酸盐熔体的渗透，可能与板块俯冲携带的氧化地壳物质（如碳酸盐、硫酸盐）有关。
应用价值：
- 为深部碳循环和金刚石成矿模型提供新约束。
- Cu同位素可作为示踪地幔金属饱和状态的新工具，适用于其他还原天体（如月球、火星）的研究。
研究亮点
- 方法创新：首次将Cu同位素应用于地幔金属饱和状态的定量示踪。
- 跨学科整合：结合实验岩石学、地球化学与同位素模型，解析克拉通演化动力学。
- 全球视角：通过多克拉通对比，提出新元古代为全球地幔氧化的关键期。
其他有价值内容
- 作者讨论了古海水硫酸盐浓度（反映地表氧化）与地幔氧化的潜在联系，暗示地球深部-表层协同演化。
- 研究数据公开于FigShare（DOI: 10.6084/m9.figshare.25672236.v1），支持后续研究验证。