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陈君旭,July 15, 2026
本次组会围绕俯冲带锡（Sn）同位素地球化学展开，系统介绍了锡元素在岩浆过程和俯冲带中的迁移行为、稳定同位素分馏机制及其在示踪部分熔融、俯冲物质循环和地幔不均一性中的应用。报告结合近年来国际最新研究成果，总结了Sn同位素在高温地球化学领域的研究现状，并展望了未来的发展方向。
一、锡同位素：岩浆过程与俯冲带物质循环的重要示踪剂
报告首先介绍了锡元素的基本地球化学性质。锡属于第五周期IVA族元素，具有0、+2、+4三种价态，兼具亲硫、亲铁、亲氧三重特性，在硅酸盐矿物中主要以Sn2+和Sn4+形式存在。作为变价元素和中等挥发性元素，锡能够灵敏记录岩浆氧逸度演化及俯冲带氧化还原环境。同时，锡拥有自然界最丰富的稳定同位素体系（10个稳定同位素，112Sn至124Sn），其中115Sn、117Sn、119Sn为磁性同位素，可产生非质量分馏效应。锡元素兼具价态双重性与多同位素体系两大特征，这使其成为地球化学示踪的重要工具。它既可应用于高温地质过程（如部分熔融与分离结晶），也可应用于低温环境（如磁同位素效应）；同时，其多同位素体系也为开展传统质量分馏以及磁性同位素驱动的非质量分馏研究提供了天然优势。
二、岩浆过程中的Sn同位素分馏：部分熔融、交代作用与地幔不均一性
报告接着介绍了岩浆过程中Sn同位素行为的研究进展。文章针对5件橄榄岩包体、13件OIB、2件MORB及安山岩标准物质，采用117Sn-122Sn双稀释剂法并使用MC-ICP-MS进行测试。研究发现橄榄岩δ124Sn（-1.04‰至-0.07‰）显著轻于玄武岩（-0.01‰至0.27‰），表明部分熔融造成显著分馏。
图1 不同储库锡同位素组成
δ¹²⁴Sn与Al/Si、Sc呈正相关，说明单斜辉石熔融带走重Sn是主控机制。Sn2+（轻）分配系数大于1，倾向于留在固体中；Sn4+（重）分配系数小于1，优先进入熔体，理论计算1000 K下Sn4+比Sn2+重约0.48‰/amu。纯熔融路径下Sn浓度和δ¹²⁴Sn同步下降，熔融+交代路径先使δ¹²⁴Sn降低、交代使浓度回升而δ¹²⁴Sn不变，Sn浓度是区分两种过程的关键指标。δ124Sn与MgO无显著相关性，分离结晶不是主因。OIB数据需要引入沉积物熔体贡献，Pitcairn样品落在橄榄岩熔体与沉积物熔体的混合线上，与Os-Pb-Nd同位素证据一致。由最原始的K2橄榄石样品限定得到BSE的δ124Sn = -0.08 ± 0.11‰。
图2 部分熔融过程中Sn同位素分馏行为
三、俯冲带中的Sn同位素：示踪俯冲端元与深度控制机制
报告进一步介绍了Sn同位素在俯冲带研究中的应用（Wang et al., 2025 GCA）。研究以俯冲深度为120-240 km的Sunda的26件弧火山岩（玄武岩至英安岩）为对象，采用双稀释剂法并使用MC-ICP-MS测试。结果显示δ122/118Sn范围为0.13‰至0.46‰，玄武岩/玄武安山岩平均0.30±0.16‰，安山岩/英安岩平均0.19±0.11‰。Sn含量随MgO降低而升高，但δ值在MgO约4-5 wt%处转折后随MgO降低而降低，归因于Fe-Ti氧化物结晶优先移除重Sn（Sn4+），使残余熔体变轻。由于Sn/Sm比值恒定（约0.32），实验排除动力学分馏和硫化物影响。沉积物主导样品（Th/Yb>1，15件）与流体主导样品（Th/Yb<1，11件）具有系统差异：δ122/118Sn与Th/Yb呈负相关，与Ba/Th呈正相关，部分流体样品Sn/Sm>0.32说明流体额外携带Sn。沉积物主导样品中δ122/118Sn与87Sr/86Sr呈负相关，推测地幔端元δ≈0.45‰，沉积物熔体端元δ≈-0.20‰。剔除4件浅部样品（≤130 km）后，δ122/118Sn随深度增加而降低，87Sr/86Sr随深度增加而升高，建立三阶段模型：≤130 km为混杂岩底辟熔融；130-170 km为流体主导；≥180 km为沉积物熔体主导。
图3 俯冲带Sn同位素循环与深度控制模
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