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我们对华北克拉通北岩17个橄榄岩捕虏体中共生的地幔矿物进行了系统的双稀释剂法+Neptune MC-ICP-MS和Triton TIMS的铬稳定同位素分析，实验均在中国科学技术大学中科院壳幔物质与环境重点实验室完成，分析了包括二辉橄榄岩、富单斜辉石二辉橄榄岩和异剥橄榄岩等样品主要单矿物的Cr同位素组成，其中后面两类橄榄岩可能曾受到熔/流体交代作用。这些矿物均表现出较大的变化范围：橄榄石δ53Cr值为-0.43±0.03‰（2SD）到0.09±0.02‰（2SD）、单斜辉石δ53Cr值为-0.32±0.02‰（2SD）到0.14±0.02‰（2SD）、斜方辉石δ53Cr值为-0.32±0.04‰（2SD）到0.19±0.02‰（2SD），以及尖晶石δ53Cr值为-0.33±0.06‰（2SD）到0.23±0.02‰（2SD）。其中，我们认为二辉橄榄岩不同矿物对的铬同位素结果（例如在870°C至970°C下，Δ53CrSpl-Ol为0.153‰至0.16‰的，Δ53CrSpl-Py为0.04‰至0.11‰，Δ53CrPy-Ol为0.05‰至0.10‰），记录了可测量的、系统的矿物间平衡Cr同位素分馏，与通过XANES确定的矿物中Cr2+/ΣCr值所预测的模型计算结果高度吻合。该分馏值可以基本上解释在地球橄榄岩和月球玄武岩中观察到的部分熔融和岩浆结晶过程中的Cr同位素行为。相比之下，我们发现交代作用可能通过矿物-熔体相互作用和/或动力学扩散的方式来影响北岩地区交代的富单斜辉石二辉橄榄岩和异剥橄榄岩中矿物的Cr同位素组成，从而导致矿物间Cr同位素分馏不平衡。

我们的发现确定了高温矿物之间的平衡分馏系数，以及其与氧逸度环境的定量关系，为今后利用Cr同位素体系研究行星演化的氧逸度环境具有重要意义。

数据文件命名方式和使用方法

表1为北岩橄榄岩地幔包体矿物的Cr含量和同位素组成；
表2为北岩橄榄岩矿物之间Cr同位素分馏；
表3为两个北岩二辉橄榄岩，一个富单斜辉石二辉橄榄岩和一个异剥橄榄岩中单矿物的1s-4s导数峰高和峰面积，及对应计算的Cr2+/ΣCr值；
表4为离子模型使用的矿物Cr2+/ΣCr和对应的Cr-O键有效键能，以及计算得到的矿物之间的Cr同位素分馏系数。括号里的值代表计算过程中矿物的Cr2+/ΣCr值；
表5为两个北岩地幔橄榄岩主要矿物的电子探针分析结果；
表6为二辉橄榄岩Cl09-62和Cl09-73的斜方辉石主、微量元素含量环带；
表7为地幔部分熔融和岩浆分离结晶计算参数。
表8为离子模型参数和计算的同位素分馏值。
图1：（a）图显示了两种二辉橄榄岩Cl09-65、Cl09-74、一种富Cpx二辉橄榄岩CLB05-15和一种二辉橄榄岩Cl09-86的Ol分离物的标准化Cr K边氧烷光谱，以及Cr金属（零价Cr）和Cr（OH）3（三价Cr）标准物的光谱；（b）图给出了相应的导数光谱。（c）图和（e）图分别给出了Cpx和Opx的归一化Cr K边XANES光谱，以及来自二辉橄榄岩和富Cpx二辉橄榄岩的Spl，而（d）图和（f）图给出了相应的导数光谱。用来确定1s面积的积分范围→导数光谱中的4s峰也用灰色区域表示。（a）和（b）中Ol矿物的参考标准是含Cr2+的橄榄无球粒陨石中橄榄石（Cr2+/ΣCr=0.95）和Cr3+长石-辉石硅酸盐玻璃（Cr2+/ΣCr=0）（Bell et al.，2014），而（c）和（d）中Py矿物的标准是含Cr2+比例为0和1的两种长石-辉石硅酸盐玻璃（Berry et al., 2004；Bell et al., 2014）。在（e）和（f）中，铬铁矿数据（Cr2+/ΣC=0）来自Eeckhout et al.（2007）。
图2：Cl09-62和Cl09-73中Opx颗粒的Cr（a）和Al2O3（b）的浓度分区和五个Opx环带（c）的Al2O3-Cr相关性。 相邻两点的每个距离间隔约为〜100µm。
图3：含Cr的Spl，Cpx，Opx和Ol的晶体结构显示了Cr2 +和Cr3 +离子的配位环境。 使用CrystalMaker软件，根据Shannon（1976）的具有不同配位环境的Cr离子（六配位Cr2 +为0.8Å，六配位Cr3 +为0.615Å）的有效离子半径，使用CrystalMaker软件构建分子结构。 氧气在所有结构中均显示为大红色球体，而小而深蓝色的球体则表示硅离子。 橙色球和浅蓝色球分别代表三价离子和二价离子的位点。 4配位，6配位和8配位的Cr-O键分别以黑色，黄色和紫色显示。 值得注意的是，Cr2 +可以在Cpx和Opx结构中以6至8配位取代八面体M2扭曲的位置。
图4：在不同温度下计算的矿物间平衡Cr同位素分馏：（a）δ53CrSpl-δ53CrOl，（b）δ53CrSpl-δ53CrPy，以及（c）δ53CrPy-δ53CrOl（基于离子模型）。 不同颜色的线表示基于每种矿物的不同Cr2 + /ΣCr值的矿物间分馏因子的估计值，这些值表示为所有图中跟随矿物名称的值。 实心和空心符号分别表示与Opx有关的矿物和与Cpx有关的矿物对。 （a）中的虚线和虚线表示使用XANES确定的Spl和Ol的Cr价计算得出的平衡分馏因子。 通过调整Py的Cr2 + /ΣCr比值，可以计算出（b）和（c）中的点划线曲线，以平衡平衡分数因子，从而符合观察值。 在此及所有后续附图中，Δ53Cr的不确定度是两种矿物不确定度平方和的平方根。
图5：“δ-δ”图显示了北岩地幔异岩中矿物之间的同位素分馏。 此图及所有后续图中的矿物δ53Cr误差线为正文中定义的2SD不确定度。 实线表示由四个锂沸石的矿物对定义的平衡分馏线。
图6：图（a）展示了各种矿物的Cr同位素组成，这些元素是富含Cpx的锂沸石中这些矿物的Fe / Mg摩尔比的函数。 曲线（b）给出了Py-Ol矿物对的Cr同位素分馏值与相应Py的Fe / Mg摩尔比之间的相关关系。 图（c）和（d）分别显示了北岩橄榄岩的δ53CrOl，Δ53CrCpx-Ol和Cpx的Ca / Al比的相关性。 图（e）显示了来自陨石的Ol的Mg同位素和Cr同位素组成的正相关关系，表明了动力学扩散效应而不是矿物-熔体混合。 （e）中的δ26MgOl数据来自Xiao等人。 （2013）。 （a）-（e）中的实心和空心符号分别代表与Opx有关的矿物和与Cpx有关的矿物或矿物对。 （e）中的虚线是根据Richter等人（1999，2003）的模型计算得出的扩散曲线。
图7：图（a）表示残余固体和熔体之间Cr同位素分馏随熔体分数（F）和初始氧逸度变化的变化，该变化遵循Sossi和O'Neill（2017）的非模态熔融模型进行分数熔化场景。起始原料的组成为可育的Spl岩相锂铁矿（体积分数为60％的Ol，24％的Opx，15％的Cpx和1％的Spl）。括号中的数字是初始橄榄岩中每种矿物的总和中的Cr3 + /ΣCr值。在F = 0.1的情况下，初始Cr3 + /ΣCr值分别为0.42、0.56和0.85（所有其他参数保持不变）的两种熔化情形将生成镁铁矿熔体，其Cr3 + /ΣCr分别为0.13-0.15、0.21-0.24和0.55 -0.6，分别对应于1400°C时〜IW，〜IW + 1.2和〜IW + 3.8的氧气逸散度（Berry等，2006），其涵盖了涵盖大多数陆地和地球外条件的氧气逸散度范围[例如， Papike等人从月球（IW-2到IW），从火星（IW到IW + 2），从地球（IW + 2到IW + 6）的玄武岩融化。 （2005）]。曲线（b）表示了结晶相（以99：1的体积比由Ol和Spl /铬铁矿组成）和熔体之间的Cr同位素分馏随玄武岩的部分结晶过程中熔体分数（F）和初始氧逸度的函数的变化。岩浆。括号中的值分别是初始MORB状熔体中的Cr3 + /ΣCr值（0.2、0.6和0.8），氧逸度分别为IW + 0.9，IW + 4和IW + 5.7（Berry等，2006）。

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沈骥. (2021). 地幔矿物的Cr同位素组成和矿物之间的Cr平衡分馏系数. 时空三极环境大数据平台, DOI: 10.1016/j.epsl.2018.07.041.
[Shen, J. (2021). Chromium isotopic composition of mantle minerals and Cr equilibrium fractionation coefficient between minerals. A Big Earth Data Platform for Three Poles, DOI: 10.1016/j.epsl.2018.07.041. ] (下载引用： RIS格式 | RIS英文格式 | Bibtex格式 | Bibtex英文格式 )

1. Shen, J., Qin, L.P., Fang, Z.Y., Zhang, Y.N., Liu, J., Liu, W., Wang, F.Y., Xiao, Y., Yu, H.M., Wei, S.Q. (2018). High-temperature inter-mineral Cr isotope fractionation: A comparison of ionic model predictions and experimental investigations of mantle xenoliths from the North China Craton. Earth and Planetary Science Letters, 499, 278-290.( 查看 | 下载 | Bibtex格式)

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资助项目

燕山期重大地质事件的深部过程与资源效应(2016YFC0600400) (项目编号:2016YFC0600400) Deep processes and resource effects of major geological events during the Yan Mountains period

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