近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院黃建副教授(第九批青促會會員)和合作者在地幔榴輝巖成因的研究中取得突破。他們利用Zn-Mg-O等多穩(wěn)定同位素體系聯(lián)合示蹤，證實(shí)南非Roberts Victor金伯利巖中地幔榴輝巖可以由深部地幔熔體高壓結(jié)晶形成。相關(guān)研究成果以“Zn-, Mg- and O-isotope evidence for the origin of mantle eclogites from Roberts Victor kimberlite (Kaapvaal Craton, South Africa)”為題發(fā)表在國際著名地質(zhì)學(xué)期刊Geology上。 金伯利巖中不僅產(chǎn)出金剛石，還存在包括地幔榴輝巖在內(nèi)的各種捕虜體。這些地幔榴輝巖捕虜體能夠?yàn)榭死ǖ男纬珊脱莼�、大陸地殼的生長以及金剛石的形成提供重要信息。關(guān)于地幔榴輝巖的成因存在長期爭論，其核心問題最終聚焦在兩個假說：俯沖模型認(rèn)為地幔榴輝巖代表經(jīng)歷俯沖變質(zhì)的古洋殼，而巖漿模型認(rèn)為地幔榴輝巖是深部地幔熔體高壓結(jié)晶的產(chǎn)物。 
圖1. (A)Type I榴輝巖。石榴石中含有大量的熔流體包裹體；(B)TypeII榴輝巖。石榴石中沒有發(fā)現(xiàn)熔流體包裹體。 穩(wěn)定同位素是常用的地球化學(xué)示蹤手段，但是單一穩(wěn)定同位素體系通常具有多解性。本研究利用Zn-Mg-O同位素體系聯(lián)合約束南非卡普瓦爾(Kaapvaal)克拉通羅伯茨維克多(Roberts Victor)地幔榴輝巖的成因。Roberts Victor榴輝巖可以分為TypeI和TypeII兩類(圖1)。礦物學(xué)、巖石學(xué)和地球化學(xué)資料證實(shí)TypeI榴輝巖是TypeII榴輝巖經(jīng)歷強(qiáng)烈交代作用后的產(chǎn)物，而TypeII榴輝巖保留了原巖的性質(zhì)。因此，Type II榴輝巖是制約地幔榴輝巖成因的理想樣品。富集碳酸鹽的蝕變洋殼富集輕Mg-重O同位素，因此俯沖洋殼再循環(huán)不能解釋Type II榴輝巖的輕Mg-輕O同位素特征。Kaapvaal克拉通地區(qū)的深部地幔本身具有輕O同位素組成以及Type II榴輝巖的δ66Zn和δ26Mg顯示良好的負(fù)相關(guān)性，反映了深部熔體-橄欖巖反應(yīng)引發(fā)的Zn-Mg同位素動力學(xué)分餾。 圖2概括了Type II榴輝巖形成的具體過程，富集輕O同位素的深部地幔熔體上涌，熔體-橄欖巖反應(yīng)引發(fā)Zn-Mg同位素動力學(xué)分餾，最終導(dǎo)致遷移的熔體富集重Zn-輕Mg同位素；該熔體侵入到巖石圈-軟流圈界面處，冷卻固化、高壓結(jié)晶形成Type II榴輝巖。因此，Roberts Victor榴輝巖是深部地幔熔體高壓結(jié)晶的產(chǎn)物(圖2)。 
圖2. 南非Kaapvaal克拉通Roberts Victor榴輝巖成因模式圖和熔體-橄欖巖反應(yīng)引發(fā)的Zn-Mg同位素動力學(xué)分餾示意圖 本研究證實(shí)了地幔榴輝巖可以由深部熔體高壓結(jié)晶形成，豐富了我們對地幔榴輝巖成因以及深部地幔過程中金屬穩(wěn)定同位素分餾行為的認(rèn)識。 論文第一和通訊作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)黃建副教授（第九批青促會會員），合作者包括澳大利亞麥考瑞大學(xué)黃金香博士、Williams L. Griffin教授以及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)黃方教授。研究項(xiàng)目得到國家自然科學(xué)基金委面上基金(41773002)和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(2019449)聯(lián)合資助。 論文鏈接：https://doi.org/10.1130/G49780.1
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