克拉通地区岩石圈-软流圈边界层的年龄与水含量研究

A part of sheared garnet peridotites entrained in kimberlties have high equilibrium temperatures and fertile chemical compositions, which have been explained as stemming from the lithosphere-asthenosphere boundary (LAB). Currently, it is still highly debated over whether the LAB represents the juvenile mantle accreted from the asthenosphere to the cratonic lithospheric roots or ancient lithospheric mantle that has been highly deformed resulting from melt metasomatism. We will select sheared garnet peridotites entrained in the Udachnaya kimberlites from the Siberian Craton to study the genesis of the LAB through detailed petrological and geochemical analyses. Partial melting and metasomatic processes experienced by the sheared garnet peridotites will be discussed through the mineral major and trace elements. Ages of the garnet peridotites will be constrained through whole-rock Re-Os isotopes. Meanwhile, effects of metasomatism on the whole-rock Re-Os isotopes will also be evaluated. Water contents of the nominally anhydrous minerals (NAMs) will be analyzed by FTIR method to constrain the water contents of the LAB. Finally, the role of the LAB played in stabilizing the cratonic mantle will be discussed.

金伯利岩所携带的部分剪切石榴橄榄岩通常具有很高的平衡温度和饱满的化学成分，从而被认为来源于克拉通下方的岩石圈-软流圈边界层。目前对于该边界层的成因还存在较大的争议，即究竟是代表从软流圈增生到岩石圈底界的新生地幔，还是代表遭受熔体交代作用而发生强烈变形的古老克拉通地幔。本研究选择西伯利亚Udachnaya金伯利岩所携带的剪切石榴橄榄岩作为研究对象，通过系统的岩石与地球化学分析，研究岩石圈-软流圈边界层的成因。利用矿物及全岩的主、微量元素成分揭示剪切石榴橄榄岩所经历的部分熔融与熔体交代作用。通过全岩Re-Os同位素确定剪切石榴橄榄岩的年龄,并讨论熔体交代作用对于全岩Re-Os同位素的影响。通过测定名义无水矿物的水含量来推测岩石圈-软流圈边界层的水含量。在此基础之上，探讨岩石圈-软流圈边界层对于克拉通地幔稳定的作用。

本项目对西伯利亚雅库特金伯利岩以及Udachnaya金伯利岩所携带的剪切石榴橄榄岩开展了详细的地球化学研究。钙钛矿U-Pb 离子探针定年结果表明雅库特地区存在四期金伯利岩浆活动，分别为晚志留世-早泥盆世 (419-410 Ma)、晚泥盆世-早石炭世 (376-347 Ma)、晚三叠世 (231-215 Ma)和中晚侏罗世 (171-156 Ma)。钙钛矿的Sr-Nd同位素表明金伯利岩起源于岩石圈地幔下方弱亏损的软流圈地幔，雅库特金伯利岩与地幔柱之间并不存在成因上的联系。矿物温压资料表明绝大多数Udachnaya石榴橄榄岩来源于岩石圈与软流圈之间的边界层。具有剪切结构的方辉橄榄岩全岩Al2O3含量为0.45-1.12 wt.%，其187Os/188Os值为0.118546-0.129270，对应的Re亏损模式年龄为0.04-1.54 Ga（主体为1-1.5 Ga），明显年轻于西伯利亚太古代的克拉通岩石圈地幔。这表明西伯利亚克拉通下方的岩石圈-软流圈边界层代表了遭受熔体交代作用而发生强烈变形的古老克拉通地幔，而非是从软流圈增生到岩石圈底界的新生地幔。熔体交代作用导致石榴橄榄岩具有高的水含量，即橄榄石的水含量为11-68 ppm，单斜辉石的水含量为78-312 ppm，斜方辉石的水含量为14-238 ppm。此外，Udachnaya石榴橄榄岩的δ26Mg值(-0.230±0.039‰)和δ56Fe值(-0.010±0.065‰)与南非Kaapvaal克拉通石榴橄榄岩的结果在误差范围内完全一致，也与前人发表的以尖晶石相橄榄岩为代表的上地幔成分之间并不存在明显的差异，因此表明上地幔的Mg同位素组成可能是均一的。