金伯利巖是目前地球上已知來源最深的巖漿產(chǎn)物，其就位時常捕獲大陸巖石圈地幔的樣品。金伯利巖年齡分布廣，這使得它成為揭示地幔形成和演化歷史的重要載體。然而，金伯利巖常缺乏適宜的定年礦物，易蝕變，還含有大量不同年代和來源的捕虜體和捕虜晶，使金伯利巖的年代學研究十分困難。
中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室Aleksei Melnik博士后、合作導師李獻華院士及合作者選取位于俄羅斯Karelian克拉通東南部的古元古代Kimozero金伯利巖為研究對象（圖1），對該巖石中的鋯石捕虜晶和其邊部次生的斜鋯石進行了離子探針（SIMS）U-Pb定年、微量元素及氧同位素等綜合研究。由于金伯利巖巖漿上升過程中捕獲了大量來自地殼和地幔的鋯石，作者對所有分選出的 130顆鋯石進行了綜合分析，以鑒別出代表金伯利巖巖漿侵位時間的幔源鋯石（圖2，圖3）。前人研究發(fā)現(xiàn)，在金伯利巖中，一些幔源鋯石晶體邊部常與富含碳酸鹽的流體/熔體之間發(fā)生反應，形成以斜鋯石為主的脫硅反應邊（DSR），但這些邊部是在地幔中形成，還是與金伯利巖巖漿噴發(fā)相關，學術(shù)界仍不清楚。
該研究發(fā)現(xiàn)，Kimozero金伯利巖中幔源鋯石（1.97Ga）和殼源鋯石（2.70–2.38Ga）晶體邊部都生長了相同結(jié)構(gòu)和成分的斜鋯石。這些斜鋯石邊的Pb-Pb年齡（1.97Ga）與幔源鋯石U-Pb年齡一致（圖4），說明這些斜鋯石反應邊形成于地殼（圖5），而且斜鋯石年齡未受到后期綠片巖相變質(zhì)作用的影響，仍很好地記錄了Kimozero金伯利巖巖漿侵位時間，因此，對金伯利巖斜鋯石反應邊進行定年是獲得可靠的金伯利巖侵位年齡的一種有效手段。
圖1 Fennoscandian地盾的構(gòu)造簡圖及Kimozero金伯利巖的位置
圖2 Kimozero金伯利巖鋯石U-Pb定年圖解。(a)所有殼源和幔源鋯石的U-Pb年齡諧和圖；(b)所有金伯利巖幔源鋯石的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡圖解；(c)金伯利巖幔源鋯石的U-Pb年齡諧和圖(不一致 5.0%)
圖3 Kimozero金伯利巖鋯石的微量元素和氧同位素組成。 (a)地幔和(b)地殼鋯石的微量元素蛛網(wǎng)圖。(c)所有鋯石的LuN/GdN-Eu/Eu*和(d)δ18O-207Pb/206Pb年齡圖解
圖4 Kimozero金伯利巖斜鋯石邊(DSR)的背散射圖像及其Pb-Pb定年結(jié)果。(a)地殼和地幔鋯石DSR背散射圖像（比例尺20μm，Bdy=斜鋯石；PBZ=斜長石后期被鋯石取代；ZBI=鋯石-斜鋯石界面；Srp=蛇紋石）。(b)斜鋯石Pb-Pb等時線圖解
圖5 金伯利巖中鋯石脫硅反應邊 (DSRs) 形成的模型示意圖解
研究成果發(fā)表于國際學術(shù)期刊JGR-Solid Earth（Melnik A E*,李秋立, Korolev N M,李嬌,凌瀟瀟,劉宇,唐國強, Zinger T F, 毛騫,吳石頭, 許晶瑤,李獻華*. 2022. Desilicification rims of zircon xenocrysts record the timing of kimberlite emplacement[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127, e2022JB024482. DOI:10.1029/2022JB024482）。研究受國家自然科學基金委重大項目（41890831）、國家自然科學基金委外國青年學者基金（42150410391）和國家自然科學基金委青年科學基金（42003012）的聯(lián)合資助。
美編：傅士旭
校對：萬鵬
