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杨皓辰,May 30, 2025
锌元素及其同位素的研究横跨地球系统科学、生命医学、材料能源等前沿领域，不仅有助于揭示自然过程的本质规律，还为解决资源环境问题、推动技术创新提供了关键工具。未来，随着分析技术的进步（如单细胞同位素成像），锌同位素的应用将进一步向微观尺度（如细胞代谢）与宏观尺度（如全球元素循环）拓展，成为多学科交叉的重要研究方向。Zn元素的地球化学特征（图1）：Zn在地幔中丰度约为55 ppm，地壳中约为72 ppm，属于中度不相容元素，在部分熔融过程中易进入熔体相。其地球化学行为受流体活动性控制，易与Cl、F等配体结合进入流体相。Zn德原子序数为30，相对原子质量65.38，密度7.14 g/cm³，熔点419.53°C，电子排布为[Ar] 3d¹⁰4s²，表现为+ 2价态为主，易形成络合物（如 Zn-Cl⁻、Zn-F⁻）。
图1 Zn元素物化数值
而Zn同位素组成与可能分馏机制：同位素组成：Zn 有5种稳定同位素（⁶⁴Zn、⁶⁶Zn、⁶⁷Zn、⁶⁸Zn、⁷⁰Zn），其中⁶⁴Zn 占比最高（48.63%）。地幔端元（DMM）的 δ⁶⁶Zn 值为 0.17±0.04‰，地壳（如 LCC、UCC）的 δ⁶⁶Zn 值较高（0.28±0.10‰~0.24±0.01‰），显示壳幔分异过程中的同位素分馏。Zn同位素分馏机制：熔体-流体相互作用：富 Cl 流体优先富集重Zn同位素（δ⁶⁶Zn 较高），流体出溶导致残余岩浆中Zn同位素偏轻（Δ⁶⁶Zn 流体-岩浆 = 0.2‰~0.8‰）。温度与氧逸度：高温条件下分馏效应减弱，而流体中配体（如Cl浓度）升高会增强重同位素富集。矿物与流体反应：黑云母、长石等矿物结晶可能导致流体中Zn同位素分馏。
前人研究表明甘坊复式岩体应该是由于岩浆多期次活动，使得早期岩浆晶粥库活化，熔体多次抽离、侵位，岩浆不断分异演化形成，而且后期还叠加了岩浆热液流体自交代作用，产生了不同组成单元的结构和成分的规律性变化，锂等稀有金属初步富集。并且提出了岩浆晶粥模型（图2）：多期次岩浆活动活化早期晶粥库，熔体抽离、侵位过程中伴随流体出溶。此外，前人认为甘坊复式岩体不是单一路径演化形成的：（1）TMG（二云母二长花岗岩）岩浆起源于晚古元古代变质沉积岩部分熔融，分离结晶较少；（2）MAG（含黄玉的白云母钠长石花岗岩）岩浆为残余熔体；（3）霏细岩岩浆为移除间隙中具有高F、P2O5、LiO2的残余熔体而聚集形成，携带不相容元素并通过熔体柱快速上升至侵位层位。
图2 甘坊复式岩体岩浆活动及岩浆晶粥模型
因为Zn是中度不相容元素，流体活动性元素，易随流体迁移，高温高压实验结果表明富Cl流体优先富集重Zn同位素，因此，在研究花岗岩演化过程中，Zn同位素可以作为示踪热液流体活动及岩浆-流体相互作用的有效工具，为甘坊复式岩体德形成提供指示意义。
图3 主要岩体Zn同位素组成
那么Zn同位素组成德改变是经历了什么情况？首先是后期蚀变作用，甘坊、古阳寨、武堂、（M型四分组效应）白水洞岩体CIA值（化学风化指数）在60-65（初等化学风化强度），（W型四分组效应）白水洞岩体化学风化指数为65-75（中等化学风化强度），δ66Zn与化学风化指数缺乏相关性，也与LOI（烧失量）缺乏相关性。并且，前人研究表明在极端（亚）热带风化条件下，重锌同位素会被优先释放，导致残余物的Zn同位素组成变轻。但是，这与甘坊花岗岩的重Zn同位素组成特征不一致。所以，可以排除后期蚀变对甘坊花岗岩Zn同位素组成的影响。
其次，前人研究表明甘坊复式岩体岩浆源区主要为成熟度较高的变质泥质岩和砂岩。但与已有的河流、海洋和黄土沉积物数据相比，甘坊花岗岩的Zn同位素组成明显偏重。因此，甘坊花岗岩的重Zn同位素组成不可能直接继承于源区。
然后讨论分离结晶过程可能对样品Zn同位素组成产生的影响。甘坊花岗岩矿物成分主要为石英、钾长石、斜长石、白云母和黑云母等，副矿物包括锆石、磷灰石、黄玉等。由于SiO2和Al2O3具有较好的负相关性，且SiO2与其他主量元素缺乏明显线性相关关系，说明岩浆演化过程中斜长石/白云母为主要的分离结晶相。斜长石相对富Na贫K，斜长石的分离结晶将导致残余熔体的K/Na比值升高。样品的δ66Zn与K/Na比值之间均缺乏明显的相关性，表明残余熔体的Zn同位素组成未受到斜长石分离结晶的显著影响。
最后讨论流体作用，甘坊花岗岩的重Zn同位素组成普遍伴随显著低于陆壳平均值的Nb/Ta比值（均< 5），Zr/Hf比值大部分小于26，K/Rb比值均小于100，且δ66Zn与这些指标均呈负相关关系，说明岩浆演化过程中可能存在深部流体的参与，因此，甘坊花岗岩的重Zn同位素组成特征很可能是岩浆-热液相互作用导致的。
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