限定大陆上地壳稳定Nd同位素组成

稳定Nd同位素是近年来新兴的金属稳定同位素体系，已经在高温岩浆分异、早期地球演化和战略性矿产资源等方面的研究中显示出良好的应用潜力。然而，一个新的金属同位素体系能否真正成为可靠的地球化学示踪工具，关键取决于其分析方法是否成熟以及基准储库是否厘定。大陆上地壳是地球上关键金属资源的主要富集层位，稀土等战略性金属与大陆上地壳的岩浆—热液分异、构造—流体作用及风化—沉积再富集过程密切相关。因此，厘定大陆上地壳中稳定Nd同位素的基准组成，不仅能够为Nd同位素的定量化应用提供必要的参照基准，还将在新的同位素维度上帮助揭示大陆分异与演化过程中稀土元素及伴生金属的迁移、富集和成矿机制。然而，至今大陆上地壳中稳定Nd同位素的具体组成仍未得到明确界定，亟需进一步的研究。

 针对以上科学问题，中国科学院广州地球化学研究所于晓晓博士后(现山东科技大学学术教授)与白江昊副研究员，在韦刚健研究员、林莽研究员、以及美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校Roberta L. Rudnick院士指导下，创新性利用Nu 1700 MC-ICPMS对全球太古代以来的冰碛岩和现代边缘海沉积物样品（图1）开展高精度“叁Nd”同位素（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd和¹⁴⁶Nd/¹⁴⁴Nd）组成分析，确定了大陆上地壳的稳定Nd同位素组成。

图 1  样品位置图

 对这些样品的稳定Nd同位素测量显示，太古代以来的冰碛岩和现代边缘海沉积物的稳定Nd同位素组成在误差范围内一致，同时系统分析表明岩浆分异等高温过程不会改变上地壳稳定Nd同位素组成。进一步的分析显示，这些样品的稳定Nd同位素与指示风化强度的化学蚀变指数(CIA)具有较强的负相关性，但整体上δ^146/144Nd的变化没有超过0.1‰，说明这种相关性为假相关。这一结果说明弱-中等风化强度基本不会改变稳定Nd同位素的组成，这与海南玄武岩和全球沉积物研究结果一致。本研究代表全球上地壳组成的冰碛岩和现代边缘海沉积物样品的稳定Nd同位素组成仍然在误差测量范围内一致，说明地质历史时期大陆上地壳的分异与演化过程中没有改变稳定Nd同位素组成。基于以上结果，团队率先评估和计算了大陆上地壳稳定Nd同位素组成(图2；δ^146/144 = -0.027±0.066‰，n=30）。

图2  评估大陆上地壳稳定Nd同位素组成

 另外，更值得说明的是，本研究同时测定这些样品的放射成因Nd同位素（ɛ_Nd）与文献经典方法报道的数据在误差范围内完全一致，再一次证明了团队前期建立同时测定放射成因和稳定Nd同位素方法的可靠性（Bai et al., 2021, 2022）。考虑到目前全球放射成因Nd同位素数据库基本已经建成，如若放射成因Nd同位素测试有误，则必然是¹⁴⁴Nd所引起，那稳定Nd同位素（¹⁴⁶Nd/¹⁴⁴Nd）的测试结果也必然受到影响。这相互印证的结果从另外一个角度进一步说明叁Nd同位素数据同时测定的必要性。本研究为这一方向的进一步探索打下了坚实的基础，为未来的叁Nd同位素研究提供了有力的支持。

图3  本研究与文献ɛ_Nd数据对比图