扬子克拉通钾镁煌斑岩和玄武岩研究对岩石圈厚度和性质的制约

扬子克拉通曾存在巨厚的岩石圈，自中生代以来有明显的活化特征，暗示扬子克拉通的岩石圈在中生代前后发生了性质的转变。本工作以扬子克拉通出露的钾镁煌斑岩（金伯利岩）以及江汉盆地出露的中新生代玄武岩为研究对象，通过最新发展的年代学测试手段厘定扬子克拉通金伯利岩和钾镁煌斑岩的侵入时代，通过玄武岩的元素－同位素地球化学反演其起源深度和原始岩浆成分，进而推导岩石圈厚度和性质。通过本项目的研究，可以给出扬子克拉通自古生代以来的岩石圈厚度和性质资料，为认识扬子克拉通的演化提供关键数据制约。

金伯利岩/钾镁煌斑岩属富挥发份的超碱性岩类，是已知来源最深的岩石，不仅具有金刚石资源，还为确定岩石圈厚度提供制约，所携带大量地幔包体是认识岩石圈地幔的媒介，提供了有关地幔组成、热状态、地幔过渡带、以及克拉通岩石圈地幔与下覆对流软流圈地幔之间相互作用等重要信息。然而由于大量异源角砾成分的混染和后期蚀变的影响，金伯利岩类时代的准确测定是一直是年代学研究的难点之一。本课题针对这一国际难题，研发了多种矿物微区原位年龄测定方法，包括钙钛矿离子探针分析U-Pb和Th-Pb年龄同时测定方法；斜锆石的多接收Pb-Pb年龄测定方法及吹氧技术下降低“光轴效应”而测定U-Pb年龄方法；低U矿物金红石离子探针U-Pb年龄测定方法；高普通Pb矿物磷灰石离子探针U-Pb年龄测定方法。通过这些方法，对我国华北和扬子克拉通多处金伯利岩和钾镁煌斑岩等深源超碱性岩石进行了精确定年，包括以离子探针钙钛矿U-Th-Pb法、斜锆石多接收Pb-Pb定年方法获得作为华北克拉通破坏之初岩石圈厚度制约点蒙阴和复县金伯利岩的精确时代为480 ± 3 Ma；以钙钛矿离子探针U-Th-Pb定年方法获得扬子克拉通湖北大洪山钾镁煌斑岩时代为481 ± 5 Ma；以离子探针金红石U-Pb定年方法和磷灰石U-Pb定年方法获得贵州镇远金伯利岩时代为479 ± 6 Ma。以激光原位Sr-Nd同位素分析方法获得了湖北大洪山钾镁煌斑岩中钙钛矿和贵州镇远马坪金伯利岩中磷灰石的Sr-Nd同位素数据，指示岩浆来源为岩石圈地幔。480 Ma左右在华北、扬子大范围内集中喷发，与480Ma左右海洋沉积研究记录的Sr-C同位素异常事件相对应，进一步指示这很可能是一期重要的地幔柱事件。本项目的开展，不仅使得我国金伯利岩类岩石的研究获得重要进展，更为重要的是研发了一系列新方法。基于这些分析方法的建立，我国科学家已经走出国门，对国外重要克拉通产出的超碱性岩类进行研究，同时吸引国外科学家来华开展合作，提升了我国微区同位素年代学的国际学术地位。