西伯利亞雅庫(kù)特地區(qū)巖石圈地幔特征

孫晶　謝慶賓

摘 要：西伯利亞克拉通是世界上典型的穩(wěn)定克拉通之一。雅庫(kù)特地區(qū)位于西伯利亞克拉通東北部，有大量的金伯利巖產(chǎn)出，也是世界上金剛石的重要產(chǎn)出地之一。前人研究表明該地區(qū)僅在年齡為360 Ma的金伯利巖中有金剛石的產(chǎn)出，而在年齡為160 Ma的金伯利巖中沒(méi)有金剛石的產(chǎn)出，暗示著雅庫(kù)特地區(qū)巖石圈地幔的性質(zhì)在160～360 Ma之間可能發(fā)生了變化?？偨Y(jié)并對(duì)比了雅庫(kù)特地區(qū)不同時(shí)代噴發(fā)的金伯利巖中橄欖巖包體的巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)及年代學(xué)特征，確定了該地區(qū)360 Ma與160 Ma的巖石圈地幔在時(shí)代與厚度上有很大的不同。這一不同可能與西伯利亞克拉通1.9 Ga碰撞拼合事件有關(guān)，而與西南部約250 Ma的超級(jí)地幔柱事件無(wú)關(guān)。

關(guān)鍵詞：克拉通；巖石圈地幔；橄欖巖；Re-Os同位素；地幔交代作用；減??；雅庫(kù)特地區(qū)；西伯利亞

中圖分類號(hào)：P31；P58 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： Siberian craton is one of the stable craton in the world. Yakutia area， which locates in the northeast of Siberian craton， has a large number of kimberlite outcrops and is also one of the important place of diamond deposit. Previous studies displaced that diamond only occurred in the kimberlite erupted in 360 Ma， but the kimberlites erupted in 160 Ma had no diamond occurrence， indicating the character change of sub-continental lithospheric mantle beneath Yakutia area from 360 Ma to 160 Ma. The petrology， mineralogy， geochemistry and chronology characters of xenoliths from the kimberlite erupted in different episodes of Yakutia area were summarized and compared. The sub-continental lithospheric mantle underneath Yakutia area is varied from 360 Ma to 160 Ma on ages and thickness. This difference may be associated with the Siberian collisional amalgamation event in 1.9 Ga， rather than the super mantle plume around 250 Ma in the southwest.

Key words： craton； sub-continental lithospheric mantle； peridotite； Re-Os isotope； mantle metasomatism； thinning； Yakutia area； Siberia

0 引 言

克拉通是地球表面相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造單元，由上部古老的大陸地殼和下部的巖石圈地幔組成。根據(jù)殼幔分異作用理論，地球在演化早期主要表現(xiàn)為核幔的形成，繼而地幔發(fā)生較大規(guī)模部分熔融造成殼幔分異。除氧和硅以外，地幔主要由鐵和鎂組成，在部分熔融過(guò)程中，鐵具有相對(duì)于鎂較低的熔融溫度而優(yōu)先熔出形成玄武巖漿，剩下富鎂的殘留。由于鎂的密度相對(duì)于鐵較小，因而此殘留漂浮在早期形成的地殼之下，構(gòu)成巖石圈地幔。在巖石圈地幔中，部分熔融程度較高的且殼幔分異程度較大的殘留所形成的巖石圈地幔密度越小?？死◣r石圈（尤其是其古老巖石圈）地幔具有較低的密度，能夠長(zhǎng)久漂浮在地球表面。它因本身巨大的巖石圈厚度和較低的熱流值，不易被俯沖破壞，能夠使其較少受到其他地質(zhì)作用的影響而保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。

西伯利亞克拉通是世界上著名的穩(wěn)定克拉通之一，位于亞洲北部（圖1），占地面積4.4×106 km2，南鄰貝加爾湖，北鄰北冰洋，西部與東部分別與葉尼塞河和額庫(kù)斯克海相鄰。該克拉通被2～14 km的里菲期到早白堊世沉積和三疊紀(jì)暗色巖系所覆蓋。西伯利亞克拉通基底巖石出露較少，只在南部的Aldan和北部的Anabar地盾中有所出露[1]。該克拉通北部主要由Magan、Anabar和Olenek地體組成。根據(jù)這兩個(gè)地區(qū)的研究，該克拉通也是在1.85 Ga左右克拉通化并開始穩(wěn)定的[2]。在元古代—顯生宙期間，整個(gè)克拉通一直被大面積穩(wěn)定的地臺(tái)型沉積 （里菲和文德階？）所覆蓋。但是，西伯利亞克拉通在穩(wěn)定階段發(fā)育多次非造山的巖漿活動(dòng)。年齡約為250 Ma的西伯利亞溢流玄武巖[3-5]是西伯利亞超級(jí)地幔柱活動(dòng)的主要時(shí)期。作為全球最大的火成巖省之一的西伯利亞大火成巖省，其巖漿噴發(fā)面積約為2×106 km2，影響范圍包括雅庫(kù)特地區(qū)，這一時(shí)期的地幔柱事件也被稱為超級(jí)地幔柱。多種證據(jù)表明，這次地幔柱事件可能與西伯利亞巖石圈地幔的熱力學(xué)異常和抬升有關(guān)[6]。

雅庫(kù)特地區(qū)位于西伯利亞?wèn)|北部，發(fā)育超過(guò)1 000個(gè)金伯利巖管。前人研究表明，金伯利巖的噴發(fā)時(shí)代分別為420、約360、約220、約160 Ma[8-11]。世界上著名的Udachnaya和Mir巖管都位于該地區(qū)。雅庫(kù)特地區(qū)因發(fā)現(xiàn)大量金剛石礦床而引起地質(zhì)學(xué)界的廣泛關(guān)注。與此同時(shí)，作為一個(gè)穩(wěn)定的克拉通，雅庫(kù)特地區(qū)也是研究克拉通巖石圈地幔演化史的重要地點(diǎn)。

地幔橄欖巖可以反映巖石圈地幔的特征。不同時(shí)代地幔橄欖巖可以對(duì)比不同時(shí)代巖石圈地幔的特征，從而反演巖石圈地幔的演化。西伯利亞克拉通Udachnaya巖管位于雅庫(kù)特地區(qū)中南部，金伯利巖的噴發(fā)時(shí)代約為360 Ma[8]，在金伯利巖中有金剛石的大量產(chǎn)出。Obnazhennaya巖管位于雅庫(kù)特地區(qū)東北部邊緣，金伯利巖的噴發(fā)時(shí)代約為160 Ma[12]，與該地區(qū)所有中生代的金伯利巖管相似，在金伯利巖中沒(méi)有金剛石的產(chǎn)出，說(shuō)明其來(lái)自于相對(duì)較淺的地幔。本文通過(guò)總結(jié)前人對(duì)西伯利亞克拉通地幔橄欖巖的研究，對(duì)比不同時(shí)代金伯利巖中的橄欖巖包體來(lái)討論西伯利亞雅庫(kù)特地區(qū)巖石圈地幔的演化。

1 地殼形成時(shí)代

大陸地殼的形成時(shí)代是指地殼物質(zhì)從地幔分異出來(lái)的時(shí)間，因此，穩(wěn)定的克拉通地殼時(shí)代與對(duì)應(yīng)的地幔時(shí)代應(yīng)該是耦合的。西伯利亞克拉通具有前寒武紀(jì)基底，上部被古生代沉積和二疊紀(jì)—三疊紀(jì)溢流玄武巖所覆蓋。Anabar和Aldan分別是克拉通北部和南部的兩個(gè)古老地體，其中含有年齡為3.0～36 Ga的麻粒巖和片麻巖[2]。Udachnaya地區(qū)下地殼石榴石麻粒巖包體的全巖Nd模式年齡為275～3.00 Ga，鋯石U-Pb年齡和Sm-Nd年齡顯示這一地區(qū)的地殼形成于3.0 Ga左右，同時(shí)在1.9～2.0 Ga時(shí)伴有變質(zhì)和巖漿事件[2]。

2 巖石學(xué)特征

Udachnaya地區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“Ud地區(qū)”）金伯利巖管的噴發(fā)時(shí)代為360 Ma，其中含有大量橄欖巖包體。橄欖巖包體種類包括石榴石二輝橄欖巖、石榴石方輝橄欖巖、異剝橄欖巖[1，13]。包體大部分為15～30 cm的橢圓形。同時(shí)，該地區(qū)橄欖巖包體有一定的變形，按變形程度分為輕微變形、中度變形、強(qiáng)烈變形，顯微結(jié)構(gòu)可分為粗粒結(jié)構(gòu)、剪切結(jié)構(gòu)以及過(guò)渡類型。在橄欖巖包體中，橄欖石的粒度大小大致相同，且略大于輝石。輝石一般都被拉長(zhǎng)，具有核邊結(jié)構(gòu)，其中單斜輝石與斜方輝石共生。石榴石在橄欖巖中含量較低，生長(zhǎng)在顆粒之間，且具有典型的Kelyphitic環(huán)帶結(jié)構(gòu)[1]。

Obnazhennaya地區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“Obn地區(qū)”）橄欖巖包體種類有石榴石二輝橄欖巖、石榴石方輝橄欖巖、尖晶石-石榴石二輝橄欖巖、尖晶石石榴石方輝橄欖巖、異剝橄欖巖 [1，14]。巖石與交代熔體反應(yīng)，使方輝橄欖巖轉(zhuǎn)變?yōu)槎x橄欖巖、異剝橄欖巖等。巖石結(jié)構(gòu)包括粒狀（粗粒）、殘碎斑、過(guò)渡、剪切狀。巖石依據(jù)不同的變形程度分為低度變形、中度變形、強(qiáng)烈變形。巖石中可以看到熔體充填等交代結(jié)構(gòu)，但在Obn地區(qū)的石榴石中很少見到環(huán)帶結(jié)構(gòu)。

3 主量元素特征

Ud地區(qū)橄欖石按Mg#值分為兩組：Mg#值為826～897的橄欖石和Mg#值為900～934的橄欖石[13，15-19]。Obn地區(qū)Mg#值為918～934[1，13]。Ud地區(qū)具有難熔和飽滿兩種包體，Obn地區(qū)橄欖巖包體大部分具有難熔的特征。

Ud地區(qū)單斜輝石按Mg#值分為兩組：Mg#值為86.2～89.9，CaO含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為1639%～1830%的單斜輝石；Mg#值為900～956，CaO 含量為1583%～ 2360%的單斜輝石[1，13，15-16]。 CaO含量與Mg#值成正相關(guān)關(guān)系，暗示著這些單斜輝石可能是交代作用的產(chǎn)物。與Ud地區(qū)單斜輝石相比，Obn地區(qū)橄欖巖中單斜輝石具有相對(duì)較低的Fe含量，因此，其Mg#值也相對(duì)較高（89.3～97.5），CaO含量（16.85%～22.40% [1]）也比Ud地區(qū)要高。

Ud地區(qū)斜方輝石按Mg#值分為兩組：Mg#值為88.9～89.8，CaO含量為076%～100%的斜方輝石；Mg#值為90.5～94.1， CaO含量為011%～121%的斜方輝石[13，15-18]。Obn地區(qū)斜方輝石Mg#值在915～948之間，CaO含量為0.08%～0.95%[14]。

Ud地區(qū)石榴石Mg#值在7702～8756之間，Al2O3含量為1128%～2260%[1，13-15，17-18]；Obn地區(qū)Mg#值在6276～8650之間，Al2O3含量為2010%～ 2368%[1]。

4 微量元素特征

在橄欖巖的所有礦物中，單斜輝石富Ca，石榴石富Al。Ca、Al都是離子半徑比較大的元素，因此，這兩種礦物相對(duì)含有較高的微量元素。輕稀土元素主要與單斜輝石有關(guān)，重稀土元素主要與石榴石有關(guān)。因此，石榴石和單斜輝石的稀土元素配分模式基本可以用來(lái)反映橄欖巖的稀土元素特征。

總結(jié)前人對(duì)Ud地區(qū)和Obn地區(qū)包體的單斜輝石微量元素?cái)?shù)據(jù) [1，13，16]，可以看到Ud地區(qū)和Obn地區(qū)橄欖巖中的單斜輝石均表現(xiàn)為輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的配分模式（圖2）。這一稀土元素配分模式暗示著Ud地區(qū)和Obn地區(qū)單斜輝石均受到了交代作用的影響，或單斜輝石為橄欖巖受交代作用后的產(chǎn)物。

從石榴石稀土元素配分模式可以看出，Ud地區(qū)橄欖巖中石榴石可以被分為兩組（圖2）：正弦型、平坦重稀土元素（HREE）型。Ud地區(qū)大部分方輝橄欖巖中的石榴石以及石榴石核部都具有正弦型稀土元素配分模式特征，相對(duì)應(yīng)的主量元素大都表現(xiàn)為相對(duì)飽滿的二輝橄欖巖特征。與正弦型相比，平坦重稀土元素型石榴石具有相對(duì)富集中—重稀土元素，Ud地區(qū)橄欖巖中石榴石的邊部以及Obn地區(qū)橄欖巖中石榴石大都表現(xiàn)出上述特征，暗示著平坦重稀土元素型配分模式是正弦型受到交代作用影響的結(jié)果[20]。

5 溫壓條件

用多種溫壓計(jì)對(duì)Ud地區(qū)和Obn地區(qū)地幔橄欖巖包體進(jìn)行溫度和壓力計(jì)算，不同溫壓計(jì)所得到的同一地區(qū)溫度和壓力大致在一個(gè)范圍內(nèi)。Ud地區(qū)粗粒橄欖巖壓力在27～66 GPa之間，溫度為720 ℃～1 322 ℃。變形的橄欖巖具有相對(duì)較高的溫度（1 235 ℃～1 320 ℃[16]）和壓力（5.2～6.6 GPa[16]）。與之相似，Agashev等對(duì)Ud地區(qū)地幔橄欖巖溫度和壓力計(jì)算的結(jié)果也在1 250 ℃～1 400 ℃和56～70 GPa[13]。 Howarth等得到的溫度和壓力分別為56～65 GPa和1 240 ℃～1 280 ℃[1]。溫度和壓力的計(jì)算表明，Ud地區(qū)熱流密度為40 mW·m-2[13，16，21]，而其壓力所對(duì)應(yīng)的巖石圈地幔深度約為220 km。前人也利用Ud地區(qū)金伯利巖中石榴石微量元素計(jì)算得到的巖石圈地幔與軟流圈地幔的邊界值（220～230 km）是一致的。地震波速上，Ud地區(qū)在210 km深度的地震波速為85 km·s-1，從210 km深度開始，地震波速?gòu)?5 km·s-1 逐漸減少到81 km·s-1左右，直到250 km深度，波速又增加到86 km·s-1 [21]。因此，在210～250 km深度之間，Ud地區(qū)的地幔存在一個(gè)低速帶——巖石圈地幔與軟流圈地幔的分界線。

Obn地區(qū)地幔橄欖巖的研究相對(duì)較少，僅有的研究結(jié)果表明其溫度為620 ℃～790 ℃，壓力在15～25 GPa，深度約為150 km，計(jì)算所得到的熱流密度為45～50 mW·m-2[1]。Obn地區(qū)與Ud地區(qū)樣品對(duì)比發(fā)現(xiàn)（圖3），Obn地區(qū)橄欖巖包體均位于石墨-金剛石分界線以上，Ud地區(qū)大部分樣品位于該線以下，暗示著Ud地區(qū)巖石圈地幔比Obn地區(qū)要厚。

6 Re-Os同位素特征

巖石圈地幔是指早期地幔發(fā)生熔體遷出形成地殼后的殘留。從定義出發(fā)，巖石圈地幔的時(shí)代應(yīng)與地殼的形成時(shí)代相對(duì)應(yīng)。傳統(tǒng)上多依據(jù)地幔的虧損程度來(lái)推測(cè)巖石圈地幔的大致時(shí)代，即地球演化早期較高的地?zé)崽荻瓤梢允沟蒯０l(fā)生較高程度的部分熔融，從而使形成的巖石圈地幔具有較高的鎂含量；而在顯生宙期間，地球的地?zé)崽荻让黠@降低，且由于其較年輕，相對(duì)經(jīng)歷的熔融次數(shù)要少，所以在年輕巖石圈地幔中所產(chǎn)生的鎂含量明顯偏低。該方法主要依據(jù)地幔的主量元素組成特征，實(shí)質(zhì)是熔融程度高時(shí)殘留的地幔具有較低的Al2O3、CaO含量及高橄欖石牌號(hào)。然而，盡管可以概念性地認(rèn)為時(shí)代較老的地幔由于受到多次熔融作用影響而使其熔融程度偏高，但不排除年輕的巖石圈地幔當(dāng)經(jīng)受高程度部分熔融時(shí)，其殘留也表現(xiàn)出與古老地幔相同的元素特征。近年來(lái)，Os同位素可以對(duì)巖石圈地幔的時(shí)代給予有效約束。

地幔在熔體抽提時(shí)，Re等不相容元素較易進(jìn)入熔體，而Os等相容元素則較多地殘留在地幔中。因此，當(dāng)某一地幔遭受不同程度熔融后，其不同部分殘留的Re、Os含量及其比值會(huì)有不同的變化。通過(guò)構(gòu)建Re-Os等時(shí)線可以確定熔體抽取的時(shí)間，即巖石圈地幔的時(shí)代。但是，Re-Os等時(shí)線方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有很大的局限性，因?yàn)閹r石圈地幔容易受到來(lái)自下部流體的改造，從而導(dǎo)致Re發(fā)生重新富集。Walker等提出的Os模式年齡（TMA）和Re虧損年齡（TRD）方法，TMA和TRD分別代表巖石圈地幔形成的最大和最小年齡[22]。而前人研究表明，后期流體和地殼物質(zhì)的加入也不會(huì)對(duì)地幔樣品的Os同位素比值造成很大影響。Re-Os同位素的分析方法主要有全巖Re-Os同位素分析方法和硫化物原位Re-Os同位素分析方法。

對(duì)Ud地區(qū)年齡為360 Ma金伯利巖中的地幔橄欖巖包體進(jìn)行硫化物原位Re-Os同位素分析以及全巖Re-Os同位素分析。結(jié)果顯示：N（187Os）/N（188Os）值在0881 91～0103 30之間，n（187Re）/n（188Os）值在0000 76～27400 00之間。通過(guò)計(jì)算TRD和TMA發(fā)現(xiàn)，Ud地區(qū)橄欖巖包體年齡可分為3組[14，19，23]：①太古宙（2.0～3.5 Ga，TRD≈TMA），這一年齡代表了巖石圈地幔抽提的時(shí)代，說(shuō)明該地區(qū)有古老巖石圈地幔的存在，前人得到的Ud地區(qū)地殼時(shí)代（3.0 Ga）與這一組年齡耦合；②元古宙（1.0～20 Ga，TRD≈TMA），具有這樣年齡的硫化物可能暗示著其是橄欖巖受到后期熔體交代的影響而結(jié)晶出來(lái)的，而新鮮的全巖橄欖巖包體Re-Os同位素顯示其也同樣具有元古宙的年齡，暗示著該地區(qū)新的巖石圈地幔與古老的巖石圈地幔共存；③壓力小于10 Ga，TMA為負(fù)值，這些硫化物應(yīng)該來(lái)自于后期交代的熔體。其中，N（·）/N（·）為同一元素同位素比值，N（·）為該元素的原子豐度，n（·）/n（·）為不同元素同位素比值，n（·）為元素的物質(zhì)的量。

Obn地區(qū)橄欖巖包體的Re-Os數(shù)據(jù)目前還鮮有報(bào)道。筆者對(duì)幾個(gè)橄欖巖包體進(jìn)行了全巖Re-Os同位素分析，得到的TRD值在114～216 Ga之間，TMA值在161～323 Ma之間（未發(fā)表）。絕大多數(shù)樣品的年齡為 2.0～3.0 Ga，說(shuō)明這一地區(qū)在160 Ma時(shí)仍為古老的巖石圈地幔。

7 巖石圈減薄與破壞？

近年來(lái)，克拉通的減薄與破壞一直是地質(zhì)科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。以華北克拉通為例，研究發(fā)現(xiàn)華北克拉通在中新生代時(shí)期的巖石圈減薄不僅僅是巖石圈厚度的變化，同時(shí)伴隨巖石圈性質(zhì)和熱狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。1.85 Ga克拉通化以后，華北一直表現(xiàn)為穩(wěn)定的克拉通特點(diǎn)，但從中生代以后，華北原應(yīng)具有的穩(wěn)定性質(zhì)發(fā)生了破壞。西伯利亞克拉通是否發(fā)生了巖石圈的減薄與破壞呢？

前人對(duì)于西伯利亞克拉通的研究表明，古生代金伯利巖中的金剛石及其中的橄欖巖包體資料顯示，該時(shí)期的巖石圈地幔具有200～220 km的厚度，然而由新生代地幔橄欖巖所構(gòu)筑的地溫線與古生代略有不同，結(jié)合其不含任何金剛石的產(chǎn)出，表明此時(shí)巖石圈厚度約為150 km，該厚度與用石榴石巨晶所確定的220 Ma Kharamai金伯利巖噴發(fā)時(shí)的巖石圈厚度基本相當(dāng)[24]，即西伯利亞克拉通在220～360 Ma之間曾發(fā)生過(guò)約50 km的少量巖石圈減薄[1，8]。

對(duì)比西伯利亞克拉通古生代（360 Ma）金伯利巖和新生代金伯利巖中地幔包體，古生代與新生代的橄欖巖包體都含有石榴石，不同點(diǎn)在于古生代的金伯利巖中含有金剛石，從而暗示較大的來(lái)源深度[25]。在巖石類型上，古生代和新生代都為方輝橄欖巖以及少量的二輝橄欖巖；從主量元素成分來(lái)看，古生代與新生代的地幔橄欖巖大都表現(xiàn)為難熔的特點(diǎn)，表明是經(jīng)歷過(guò)較高程度熔體抽提后的地幔殘留；Os同位素研究發(fā)現(xiàn)， Ud地區(qū)與Obn地區(qū)均存在相對(duì)古老的巖石圈地幔，年齡主要集中在2.0～3.0 Ga；橄欖巖包體及產(chǎn)于金伯利巖中的金剛石溫壓研究顯示，360 Ma的地?zé)釥顩r與世界典型的克拉通相似，熱流密度約為40 mW·m-2，而160 Ma時(shí)的熱流密度約為50 mW·m-2，沒(méi)有發(fā)生較大的變化。

綜上所述，西伯利亞克拉通的巖石圈減薄可能僅僅是巖石圈厚度的變化，并沒(méi)有伴隨巖石圈性質(zhì)和熱狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，這與華北克拉通是不同的。

8 巖石圈地幔減薄機(jī)制——交代作用

巖石圈地幔減薄機(jī)制是研究克拉通演化的一個(gè)重要問(wèn)題。在世界上其他穩(wěn)定克拉通的研究中，華北克拉通巖石圈地幔減薄機(jī)制的研究程度最高，熱侵蝕、拆沉、機(jī)械拉張、橄欖巖-熔體的相互作用等一系列減薄機(jī)制相繼提出。西伯利亞克拉通的巖石圈地幔與華北克拉通不同，僅發(fā)生了巖石圈減薄而沒(méi)有造成克拉通的破壞作用。

地幔柱是一種來(lái)自于深部地幔的圓柱形熱塑流，在其上涌過(guò)程中，可能會(huì)對(duì)上覆巖石圈地幔烘烤和加熱，發(fā)生熱侵蝕作用，造成巖石圈地幔的減薄。熱侵蝕作用也稱交代作用，是地幔中十分常見的一種現(xiàn)象，在全球各地的地幔橄欖巖中均有顯現(xiàn)。它對(duì)地幔橄欖巖的影響主要有：①對(duì)地幔橄欖巖化學(xué)成分的影響；②使地幔橄欖巖中礦物組成和成分發(fā)生改變。

近期對(duì)西伯利亞克拉通地幔橄欖巖的研究表明，在地幔柱發(fā)生前后，該地區(qū)的巖石圈地幔一直都遭受著熱侵蝕作用的影響，而這些熔體可能來(lái)自于尖晶石相的淺部熔體，或者是來(lái)自于俯沖或地幔柱入侵的熔體。熱侵蝕作用的熔體種類有很多，主要包括：

（1）從巖石圈地幔中滲透出來(lái)的金伯利質(zhì)熔體在噴發(fā)過(guò)程中對(duì)地幔有交代作用。金伯利質(zhì)熔體的交代作用會(huì)使地幔橄欖巖的輕稀土元素（LREE）相對(duì)富集，并伴有次生的單斜輝石和石榴石反應(yīng)邊的形成。

（2）碳酸鹽熔體的交代作用會(huì)造成單斜輝石的CaO、Na2O、LREEs、U、Th、Pb和Sr等含量的增加。在相同w（Ti）/w（Eu）值的樣品中，受碳酸鹽交代的樣品比受金伯利質(zhì)熔體交代的樣品具有更高的w（La）/w（Yb）值。其中，w（·）為元素或化合物含量。

（3）玄武質(zhì)熔體一般與較大的構(gòu)造熱事件有關(guān)，例如板間溢流玄武巖、地幔柱等。大量玄武質(zhì)熔體入侵會(huì)造成巖石圈地幔的侵蝕或減薄，同時(shí)還會(huì)有低微量元素含量的石榴石產(chǎn)生和地幔巖石溫度的升高。

（4）低溫交代作用（950 ℃～1 100 ℃）會(huì)在地幔橄欖巖中形成礦物的反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)，如石榴石的反應(yīng)邊中有CaO、Zr、Y，Ti含量的增加，w（Zr）與w（Y）、w（Zr）與w（Ti）成相關(guān)關(guān)系，同時(shí)會(huì)伴有金云母等次生礦物的增加。

Howarth等利用兩個(gè)地區(qū)橄欖巖中單斜輝石、石榴石微量元素含量，模擬計(jì)算全巖微量元素含量，并與上述交代介質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，將西伯利亞克拉通巖石圈的交代減薄分成4個(gè)階段（圖4）[1，13]。這4個(gè)階段具體為：

第一階段（>360 Ma）為低溫交代作用。這一時(shí)段的熔體來(lái)自于巖石圈地幔中，在年齡為360 Ma的金伯利巖熔體之前。從Ud地區(qū)的橄欖巖包體可以看出，低溫交代作用是巖石圈地幔發(fā)生熔體再富集作用，使橄欖巖由方輝橄欖巖成分轉(zhuǎn)變?yōu)槭袷x橄欖巖成分。然而這一過(guò)程只是使巖石從成分上發(fā)生了變化，在巖石類型上仍然是方輝橄欖巖。同時(shí)，這一階段的交代作用并沒(méi)有產(chǎn)生單斜輝石[16]。

第二階段（約360 Ma）為高溫交代作用。這一時(shí)期的交代熔體為巖石圈地幔小程度部分熔融產(chǎn)生的金伯利質(zhì)熔體。伴隨著這一時(shí)期的金伯利巖漿噴發(fā)，地幔橄欖巖中的石榴石CaO、Cr2O3含量降低，稀土元素配分模式發(fā)生了改變，同時(shí)使石榴石和單斜輝石產(chǎn)生反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)。同時(shí)，這一時(shí)期金伯利質(zhì)巖漿交代也與西伯利亞的超級(jí)地幔柱繼續(xù)上升有關(guān)。

第三階段（約250 Ma）為玄武質(zhì)熔體交代作用（超級(jí)地幔柱）。年齡為250 Ma的西伯利亞大火成巖省也可能是造成巖石圈地幔減薄的原因之一，也是目前公認(rèn)的西伯利亞克拉通巖石圈減薄的主要機(jī)制[1]。年齡為250 Ma的西伯利亞大火成巖省產(chǎn)生了大量玄武質(zhì)熔體，這些熔體的交代作用使西伯利亞克拉通的巖石圈地幔發(fā)生了改變。與Ud地區(qū)對(duì)比，Obn地區(qū)的橄欖巖包體含有粗粒的、無(wú)環(huán)帶結(jié)構(gòu)的石榴石以及高的石榴石和單斜輝石含量，這說(shuō)明Obn地區(qū)巖石圈地幔受到的交代作用比Ud地區(qū)要更為強(qiáng)烈。通過(guò)微量元素的平衡計(jì)算得出這些交代作用的熔體與玄武質(zhì)巖漿相關(guān)。上升的地幔柱溶蝕了50 km厚的巖石圈地幔，使Obn地區(qū)的巖石圈地幔減薄至無(wú)金剛石區(qū)域。

第四階段（約160 Ma）為金伯利質(zhì)熔體交代作用。交代的熔體為這一時(shí)期噴發(fā)的金伯利質(zhì)巖漿，雖然在石榴石中仍保留有被年齡為250 Ma的玄武質(zhì)巖漿交代作用的稀土元素結(jié)果，但單斜輝石的微量元素卻已被金伯利質(zhì)巖漿改造。

9 與空間位置是否有關(guān)？

雖然西伯利亞克拉通巖石圈的減薄被提出已經(jīng)很久，并得到很多研究者的支持，但Taylor 等認(rèn)為該克拉通巖石圈減薄幅度不大，或基本不存在減薄，只是空間的位置不同[26]。Ud地區(qū)巖管位于克拉通中部，巖石圈比較厚，而Obn地區(qū)巖管處于克拉通北部邊緣，因而其巖石圈厚度可能稍薄[26]。

西伯利亞克拉通是元古宙幾個(gè)塊體碰撞拼貼而成，北部的塊體分別為Magan、Anabar、Olenek。在克拉通形成之前，塊體所經(jīng)歷的歷史可能不同，導(dǎo)致其巖石圈地幔的厚度、成分、熔融程度、巖石類型以及所經(jīng)歷的交代事件都可能是不同的。前人研究結(jié)果表明，Ud地區(qū)Magan、Anabar塊體被太古宙的地殼所覆蓋，巖石圈地幔厚度約為230 km，巖石圈地幔的巖石種類與成分特征均表現(xiàn)出較為難融的太古宙特點(diǎn)[8，27]。Obn地區(qū)Olenek塊體雖同樣具有太古宙地殼，但其巖石圈地?？赡鼙旧砭途哂械湫偷脑胖娉煞痔卣?，導(dǎo)致其巖石圈地幔年齡也主要集中在元古宙時(shí)期，地幔厚度為150～180 km。這一特征可能是在1.8～1.9 Ga西伯利亞克拉通化之前就有的，亦或者是在克拉通化時(shí)的碰撞熱事件所導(dǎo)致的。同時(shí)， Obn地區(qū)大部分橄欖巖Re-Os同位素年齡集中在1.8～1.9 Ga，與塊體碰撞事件相同，也說(shuō)明了減薄與重建可能發(fā)生在碰撞拼合時(shí)。這一現(xiàn)象在華北克拉通也有發(fā)生，華北克拉通漢諾壩地區(qū)所得到的19 Ga年齡就被解釋為當(dāng)時(shí)華北東、西部地塊拼合時(shí)形成的巖石圈地幔[28-33]。

綜上所述，西伯利亞克拉通的巖石圈地幔可能并沒(méi)有受到西南部約250 Ma的超級(jí)地幔柱事件的影響，而是在碰撞拼合之前或碰撞拼合時(shí)導(dǎo)致克拉通不同地區(qū)巖石圈地幔厚度的不同。

10 結(jié) 語(yǔ)

（1）地溫梯度以及金伯利巖中存在的金剛石表明，西伯利亞克拉通在360 Ma時(shí)的巖石圈地幔厚度至少有200 km，局部可達(dá)220 km左右，這與在西伯利亞克拉通發(fā)現(xiàn)的地震低速帶是相吻合的。而在160 Ma時(shí)，巖石圈地幔厚度小于150 km。

（2）Udachnaya地區(qū)橄欖巖包體全巖Os同位素成分表明，32 Ga為Re-Os模式年齡，暗示巖石圈地幔形成于中太古代。這一年齡與Anabar和Aldan地區(qū)最古老的地殼年齡耦合，而Obnazhennaya地區(qū)巖石圈地幔的時(shí)代相對(duì)年輕，約為1.9 Ga。

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