近年来，钡（Ba）同位素已经成为研究高温岩浆过程和板块俯冲对壳幔物质循环影响的全新工具。由于Ba在地壳中的丰度远高于地幔，而且地球各储库的Ba同位素组成变化很大，Ba同位素是示踪壳幔物质循环的利器，其在俯冲带的地球化学行为也备受关注。在俯冲带，Ba通常以进入板片变质脱水生成的流/熔体中的形式参与壳幔物质循环。因此，需要先厘清Ba同位素在俯冲带流体过程中的分馏习性。

图1 大别山超高压榴辉岩中不同类似的变质脉体

研究者选择保存在大别造山带超高压榴辉岩中高压变质脉（图1）开展了流体活动过程中的Ba同位素习性研究。这些高压变质脉的矿物组成和形态各异（图1），是超高压岩石俯冲和折返过程中脱水释放的流体发生结晶沉淀的产物，通常保存了流体的形成、迁移、凝固等重要信息，因此是研究俯冲带流体活动中Ba同位素行为的理想对象。

研究结果显示，俯冲带流体活动过程中会发生显著的Ba同位素分馏，但不同类型的流体活动存在截然不同的Ba同位素分馏机制（图2）。在大别山港河和花凉亭的石英脉中，发现显著的Ba同位素分馏主要是由硬柱石脱水释放的流体选择性溶解了榴辉岩中的绿帘石导致（Gu et al., 2021）。由于绿帘石相对于多硅白云母富集重的Ba同位素，因此释放的成脉流体最终也相对富集重的Ba同位素（图2a）。在碧溪岭榴辉岩中，变质流体主要来源于榴辉岩中的多硅白云母脱水（Xu et al., 2023）。多硅白云母退变质分解生成黑云母的过程中，黑云母相对于多硅白云母明显富集轻的Ba同位素，导致释放的流体相对富集重的Ba同位素（图2b）。此外，野寨榴辉岩中的变质脉则具有与上述脉体均不同的Ba同位素特征，表现出Ba同位素从轻到重的显著变化，可能与其成脉流体的性质和演化过程有关。研究表明，野寨榴辉岩的成脉流体为超临界流体。在折返过程中，超临界流体的成分发生分溶形成了含水熔体和富水流体，分别具有偏重的和偏轻的Ba同位素组成，最终演化为Ba同位素组成显著变化的不同类型的脉体。

图2 大别造山带中不同类型变质脉的Ba同位素分馏机理。

（a）港河和花凉亭榴辉岩和变质脉；（b）碧溪岭榴辉岩及变质脉

本研究以《俯冲带流体活动过程中的Ba同位素习性：来自大别-苏鲁造山带高压变质脉体的制约》为题得到了2022年度国家自然科学基金面上项目支持，相关研究成果目前已分别发表在地球化学领域著名期刊《Earth and Planetary Science Letters》和《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。

Gu, X.F.*, Guo, S., Yu, H.M., Xu, J., Huang, F.* Behavior of barium isotopes during high-pressure metamorphism and fluid evolution. Earth and Planetary Science Letters, 2021, 575: 117176. Doi: 10.1016/j.epsl.2021.117176

Xu, J., Li, W.-Y., Gu, X.-F.*, Yu, H.-M., Nan, X.-Y., Chen, Y.-X., Huang, F. Barium isotope fractionation during slab dehydration: Records from an eclogite-quartz vein system in Dabie orogen. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 2023, 343: 272-285. Doi: 10.1016/j.gca.2022.11.030