論文標(biāo)題：Petrogenesis of Transitional Kimberlite: A Case Study of the Hypabyssal Wafangdian Kimberlite in the North China Craton
論文鏈接：https://doi.org/10.3390/min15101009
期刊名：Minerals
期刊主頁：https://www.mdpi.com/journal/minerals
研究背景
金伯利巖是地球深部來源的超鎂鐵質(zhì)、堿性火山巖，因其作為原生金剛石的主要母巖而備受關(guān)注，同時(shí)也是探索地球深部地幔成分和演化的重要“探針”。傳統(tǒng)上，金伯利巖被分為兩大類：典型金伯利巖（I型）和橙黃巖（II型）。然而，在全球多地，包括中國華北克拉通的瓦房店地區(qū)，發(fā)現(xiàn)了一類兼具兩者特征的“過渡型”金伯利巖。它們具有獨(dú)特的礦物組合和同位素特征，但其確切的巖漿起源、演化過程及地幔源區(qū)性質(zhì)長期存在爭議，相關(guān)研究也較為匱乏。
瓦房店金伯利巖群是華北克拉通重要的含金剛石巖體，其形成時(shí)代約為4.8億年前（奧陶紀(jì)）。前人研究已將其歸類為過渡型，并對其成因提出了地幔柱或俯沖大洋板片相關(guān)等不同假設(shè)。然而，關(guān)于其原始巖漿的真實(shí)成分，以及在上升就位過程中經(jīng)歷的具體改造過程（如地殼混染、分離結(jié)晶、地幔物質(zhì)捕獲等）缺乏量化約束，這限制了對這類重要巖石成因的深入理解。因此，本研究以瓦房店地區(qū)相對新鮮的淺成相金伯利巖為對象，通過系統(tǒng)的全巖主微量元素地球化學(xué)和Sr-Nd同位素分析，旨在精確厘定其近原始母巖漿成分，揭示控制其成分變化的關(guān)鍵地質(zhì)過程，并最終闡明其地幔源區(qū)特征和形成機(jī)制。
研究過程與結(jié)果
1. 樣品與分析：研究選取了瓦房店金伯利巖群中L1、L30、L42、L50四個(gè)巖管的28件新鮮樣品，包括富含大型橄欖石晶體的“粗粒”型和幾乎不含大晶體的“隱晶質(zhì)”型。所有樣品均被破碎為1~ 5 mm的小顆粒，并在雙目鏡下經(jīng)過嚴(yán)格挑選以避免可見包體。研究團(tuán)隊(duì)采用了X射線熒光光譜（XRF）、電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）和熱電離質(zhì)譜（TIMS）等技術(shù)，獲得了高精度的全巖主微量元素含量及Sr-Nd同位素?cái)?shù)據(jù)。
2. 識別與排除后期干擾：首先，研究區(qū)分了受地殼物質(zhì)混染和未受混染的樣品。受混染樣品通常具有更高的SiO?、Pb含量和重稀土元素（HREE）豐度，以及更分散的Sr同位素組成。這些樣品在后續(xù)成因分析中被排除，以確保所用數(shù)據(jù)能最大程度反映巖漿的原始信息。同時(shí)，研究指出堿金屬元素（如K、Rb、Ba）可能受到后期蝕變的影響而活動(dòng)，而高場強(qiáng)元素（HFSE）和稀土元素（REE）則相對穩(wěn)定，是追蹤原始巖漿過程的可靠指標(biāo)。
圖1. 瓦房店地殼混染金伯利巖樣品和未混染樣品的SiO2 vs MgO圖解（A），Gd/Lu vs SiO2圖解（B）;地殼混染指數(shù)圖解（C.I.）（C）；和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素圖解（D）。地殼混染樣品表現(xiàn)出正SiO2和Pb異常以及升高的重稀土（HREE）含量。
3. 量化巖漿演化過程：研究發(fā)現(xiàn)，瓦房店金伯利巖的成分變化主要受兩個(gè)關(guān)鍵過程控制：
• 分離結(jié)晶作用：在隱晶質(zhì)樣品中，Ni、Co含量隨Mg#降低而系統(tǒng)減少，結(jié)合Al2O3、K2O等元素的行為，表明其成分變化主要源于橄欖石和金云母的分離結(jié)晶。模擬計(jì)算表明，這一過程最高可達(dá)約32%。
• 地幔物質(zhì)捕獲作用：巨晶樣品普遍具有更高的Mg#和Ni含量，其成分趨勢指向地幔橄欖巖包體（特別是石榴石二輝橄欖巖）的攜帶和部分同化。模型顯示，地幔物質(zhì)的加入比例最高可達(dá)約35%。這些粗粒（尤其是渾圓狀橄欖石）被解釋為來自被巖漿捕獲和分解的地幔巖石，而非巖漿自身結(jié)晶產(chǎn)物。
圖2. 瓦房店金伯利巖Ni vs Mg指數(shù)圖解（A）、Al2O3 vs MgO 圖解（B）、SiO2 vs MgO圖解（C）和稀土元素配分圖（D）。隱晶質(zhì)金伯利巖的成分變化表明這些巖石發(fā)生了最高達(dá)32%的橄欖石和金云母分離結(jié)晶作用，粗粒金伯利巖樣品成分變化是由最高達(dá)35%的地幔橄欖巖捕獲體引起。
4. 約束近原始巖漿成分：基于上述過程的反演，研究估算出瓦房店過渡型金伯利巖的近原始母巖漿成分約為：~29.7 wt.% SiO2, ~29.7 wt.% MgO, Mg# ~85, ~5 wt.% Al2O3, ~1.3 wt.% TiO2, ~1.3 wt.% K2O, ~7.0 wt.% CaO, 10.0 wt.% Fe2O3*, 950 ppm Ni。這一成分在Mg#上與全球典型金伯利巖平均值一致，但具有更高的Al2O3和K2O，更低的CaO，顯示了其過渡性特征。
5. 揭示地幔源區(qū)性質(zhì)：通過對微量元素比值（如Nb/U、La/Nb、Ba/Nb）和Sr-Nd同位素（87Sr/86Sr(t) = 0.7036 - 0.705387， εNd(t) = -2.93 – -1.53）的綜合分析，研究發(fā)現(xiàn)瓦房店金伯利巖與源自對流軟流圈地幔的典型金伯利巖在源區(qū)過程上相似（如約1%的低程度部分熔融），但其顯著的負(fù)εNd值、較高的Al2O3、K2O以及較低的Ce/Pb比值，強(qiáng)烈暗示其源區(qū)并非“純凈”的對流地幔。最合理的解釋是，其源區(qū)是一個(gè)曾被古老大洋地殼（通過俯沖作用）所混染或交代的對流地幔。這種混染發(fā)生在金伯利巖巖漿生成之前，而非上升過程中的地殼同化。
研究總結(jié)
本研究通過對華北克拉通瓦房店過渡型金伯利巖的精細(xì)地球化學(xué)解剖，取得了以下核心認(rèn)識：
1. 過程量化：成功區(qū)分并量化了地殼混染、橄欖石-金云母分離結(jié)晶（≤32%）和地幔橄欖巖攜帶同化（≤35%）這三個(gè)主要過程對巖石最終成分的貢獻(xiàn)，為理解過渡型金伯利巖復(fù)雜的外觀提供了清晰的模型。
2. 成分限定：首次給出了瓦房店過渡型金伯利巖較為可靠的近原始母巖漿地球化學(xué)“指紋”，明確了其高鎂、富鋁鉀、相對貧鈣的過渡性特征，為全球類似巖石的對比提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
3. 成因模型：提出了一個(gè)創(chuàng)新的成因模型：瓦房店含金伯利巖金伯利巖來源于被再循環(huán)大洋地殼物質(zhì)污染過的對流上地幔的低程度部分熔融。這一模型不僅解釋了其兼具典型金伯利巖和富集地幔（如橙黃巖源區(qū)）特征的地球化學(xué)“混合”現(xiàn)象，也將該區(qū)金伯利巖的生成與深部地幔的物質(zhì)循環(huán)（古俯沖事件）聯(lián)系起來，深化了對華北克拉通早古生代深部地幔動(dòng)力學(xué)背景的認(rèn)識。
此項(xiàng)研究凸顯了運(yùn)用地球化學(xué)手段“剝離”后期干擾、反演深部過程的能力，不僅為瓦房店金剛石成礦作用提供了深部背景，也為全球范圍內(nèi)理解具有復(fù)雜特征的過渡型地幔巖漿的起源提供了重要案例。
作者介紹
倪培，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向?yàn)榈V床學(xué)和地質(zhì)流體。曾任南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院副院長 (主管科研，2010-2022)，內(nèi)生金屬成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 (2010-2025)，現(xiàn)任南京大學(xué)地質(zhì)流體研究所所長。兼任Ore geology Reviews、Journal of Geochemical exploration、Journal of Asian Earth Sciences:X 副主編。主持過包括國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、科技部科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目、全國危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目、老礦山找礦項(xiàng)目、整裝勘查區(qū)關(guān)鍵基礎(chǔ)地質(zhì)研究項(xiàng)目等在內(nèi)的多項(xiàng)科研項(xiàng)目。已發(fā)表論文200余篇。
朱仁智，深空探測實(shí)驗(yàn)室助理研究員，主要從事金伯利巖型金剛石礦床、關(guān)鍵金屬成礦高溫高壓實(shí)驗(yàn)研究。共發(fā)表SCI論文約20篇，其中以第一/通訊作者在Geochimica et Cosmochimica Acta、Mineralium Deposita、Gondwana Research、Ore Geology Reviews 等期刊發(fā)表論文7篇。出版學(xué)術(shù)專著一部 (排名第二)。主持國家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、青年基金和博士后面上項(xiàng)目課題。
Minerals期刊介紹
主編：Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky, University Bayreuth, Germany
期刊研究范圍涵蓋礦物學(xué)、礦物地球化學(xué)和年代學(xué)、經(jīng)濟(jì)礦物資源、礦物勘探、創(chuàng)新的采礦技術(shù)以及礦物加工等廣泛領(lǐng)域。期刊現(xiàn)已被SCIE、Scopus等數(shù)據(jù)庫收錄。
2024 Impact Factor: 2.2
2024 CiteScore: 4.4
Time to First Decision: 17.7 days
Acceptance to Publication: 2.6 days