刘金高:首次发现古元古代岩石圈地幔具有金刚石成矿作用【GCA,2018】

        太古代的岩石圈地幔具有厚度大、高度亏损、地热梯度低等特点,在其底部适合金刚石的生长并长期保存,因此太古代的岩石圈地幔一直是金刚石勘探、研究的主要对象。但是,对于古老克拉通周围陆块的性质、是否具有金刚石勘探潜力及其与中心古老克拉通之间的关系并不清楚。

        针对以上问题,我校科学研究院同位素地球化学实验室刘金高教授对加拿大Slave克拉通北部Parry Peninsula(PP)和Central Victoria Island(CVI)含金刚石的金伯利岩中的地幔橄榄岩包体进行了详细的Re-Os同位素及PGE、Se和Te研究。主要发现如下:

        1、PP包体全部为尖晶石相的方辉或二辉橄榄岩,并且表现出强烈的亏损特征(Fo = 91.9-92.6, PdN/IrN及Se、Te的含量都较低),反映出他们经过强烈的亏损并且受到后期熔/流体交代作用是十分有限的,适合利用Re-Os同位素体系来计算岩石圈地幔形成的时代。

        2、与PP包体不同,CVI包体主要为石榴子石相的二辉橄榄岩,并受到了不同种类熔体的多期次、不同程度的交代作用。根据他们的PGE及REE等特征将其分为A,B,C,D,E五组,其中A组与E组都表现出与PP包体相似的亏损特征,B和C组CaO含量较高、Al2O3较低,反应出碳酸盐熔体交代的特征,D组则主要受到了硅酸盐熔体的交代作用(硅酸盐熔体富集Re),具有较高的Al2O3含量,PGE配分图与PUM相似。

        3、通过对比CVI不同种类包体的Re-Os同位素组成,研究发现D组具有明显放射性成因的Os同位素组成,其余类型的地幔包体的Os同位素组成则相对较均一(图1)。除了D组的包体外,其余的包体基本都位于金伯利岩喷发年龄270 Ma的等时线附近,反映了金伯利岩喷发过程对地幔包体的交代作用所造成的187Os增长。D组的包体主要在3.8 Ga的等时线附近,反映了古老的熔体交代造成Re富集及其所产生的187Os增长,同时伴随有最近时期Re的丢失(可能由于金伯利岩喷发)。因此D组的Re-Os同位素体系受到了交代作用的强烈干扰,不能用来计算岩石圈地幔的形成时代。

        4、通过对比PP,CVI A,B,C,E组的TRD eruption(2Ga的分布峰值)及PP组包体橄榄石单矿物所产生的2 Ga的等时线年龄,研究发现这里含金刚石的岩石圈地幔主要形成于古元古代—2 Ga,并不是太古代(图1)。

        上述研究通过地幔橄榄岩包体进行Re-Os、铂族元素和古地温梯度研究,对其所代表的岩石圈地幔进行定年和岩石圈厚度计算,首次发现了在克拉通边缘地区形成的巨厚古元古代岩石圈具有重要的金刚石成矿作用,并提出与克拉通边缘俯冲增生作用有关。该研究成果证明了具有金刚石成矿的岩石圈不是太古代克拉通的专利,对拓展金刚石勘探前景有重要意义。

1Re-Os同位素组成和模式年龄图

        上述成果发表在地球科学领域国际著名期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上:Liu, J.G.*, Brin, L.E., Pearson, D.G., Bretschneider, L., Luguet, A., van Acken, D., Kjarsgaard, K., Riches, A., Miskovic, A. (2018). Diamondiferous Paleoproterozoic mantle roots beneath Arctic Canada: A study of mantle xenoliths from Parry Peninsula and Central Victoria Island. Geochimica et Cosmochimica Acta 239, 284-311. [IF2017=4.690]

 

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