許晶瑤等-NC：幔源岩漿的低氧同位素特徵揭示大陸岩石圈地幔混染作用

通常認為地幔具有均一的氧同位素比值（正常地幔橄欖石δ

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O = 5。18 ± 0。28‰），而地殼物質則變化較大，因此氧同位素可為地殼再迴圈、地幔不均一性等研究提供重要約束。深部幔源岩漿中偏離正常地幔氧同位素值的訊號一般被歸因於陸殼混染、殼源物質俯衝再迴圈進入源區、原始地幔不均一等因素。目前對深部幔源岩漿穿過大陸岩石圈地幔（SCLM）時能否導致氧同位素組成的變化仍缺乏瞭解。

基於上述問題，中科院地質與地球物理研究所

岩石圈演化國家重點實驗室

許晶瑤博士後與合作導師

李秋立

研究員以南非

、雷索托、波札那、美國及加拿大等地區的9箇中生代金伯利岩為研究物件（圖1），對其中的橄欖石開展了巖相學、電子探針主-微量和離子探針氧同位素綜合分析。分析發現，橄欖石顆粒普遍具有核邊結構（圖2），而橄欖石的Mg#值與氧同位素組成總體呈現正相關。其中，具有高Mg#（～94–89）的橄欖石核，為SCLM橄欖岩捕虜晶，δ

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O平均值為5。40‰，在正常地幔值範圍內（圖3）。具有低Mg#（～78–89）的橄欖石核，為前期金伯利岩原始岩漿在SCLM結晶分異形成，δ

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O值（3。30‰–4。95‰）從地幔值到低於地幔值。前期金伯利岩原始岩漿在SCLM開始結晶（Mg#為89）且具有正常地幔氧同位素的橄欖石，隨著結晶分異並且混染低δ

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O的SCLM程度逐漸加強，所結晶的橄欖石Mg#與δ

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O都逐漸降低。橄欖石生長邊Mg#為～88，為當期金伯利岩岩漿上升過程中結晶，δ

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O平均值為4。85‰。上述結果表明，金伯利岩原始岩漿及其地幔源區具有正常地幔氧同位素值，而SCLM存在正常到低氧同位素的物質。金伯利岩母岩漿同化SCLM中的低氧同位素物質形成了具有不同δ

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O值的低鎂捕虜晶核和岩漿生長邊（圖4）。該研究指出，SCLM是一個區域性富集低氧同位素的重要儲庫，可被深部幔源岩漿大量同化。因此，基於化學成分估算俯衝再迴圈物質通量時需要考慮混染具有地殼特徵的岩石圈地幔所佔比例的影響。

圖1 本研究金伯利岩樣品分佈圖

圖2 金伯利岩橄欖石的背散射影象顯示出橄欖石的核邊結構及兩種成分不同的橄欖石核部（高鎂核和低鎂核）

圖3 （a）高鎂橄欖石核、（b）橄欖石邊部、（c）低鎂橄欖石核及（d）PIC（金雲母-鈦鐵礦-單斜輝石組）捕擄體橄欖石的中氧同位素組成的機率分佈圖；（e）橄欖石的δ

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O-Mg協變圖；（f）各金伯利岩橄欖石邊部和核部的平均氧同位素組成關係

圖4 金伯利岩橄欖石核部和邊部氧同位素變化成因示意圖。具有地幔δ

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O值的高鎂橄欖石核部代表來自粗粒粒狀橄欖岩的捕虜晶。金伯利岩岩漿的原始岩漿與大陸岩石圈地幔（SCLM）中的低δ

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O交代巖相（±榴輝巖）相互作用，生成低鎂、低δ

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O橄欖石。金伯利岩岩漿的後期次上升岩漿夾帶了圍巖捕虜體和捕虜晶，包括橄欖石，並在不同成分（高鎂和低鎂）的橄欖石核上結晶橄欖石邊。當金伯利岩岩漿穿過並同化具低δ

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O物質的岩石圈地幔，金伯利岩熔體結晶出低鎂、低δ

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O橄欖石邊。Ol

lc

。低鎂橄欖石核、Ol

hc

。高鎂橄欖石核；Cpx。單斜輝石；Opx。斜方輝石；Phl。金雲母；Ilm。鈦鐵礦

研究成果發表於國際學術期刊

Nature Communications

（許晶瑤， Andrea Giuliani，

李秋立

*

， 路凱， Joan Carles Melgarejo， William L。 Griffin。 Light oxygen isotopes in mantle-derived magmas reflect assimilation of sub-continental lithospheric mantle material［J］。

Nature Communications，

2021。 DOI：

10。1038/s41467-021-26668-z

）。該成果受基金委面上專案（41773044）、中國博士後科學基金（2020M670447）和中科院地質與地球物理研究所

岩石圈演化國家重點實驗室

開放課題（SKL-K202001）共同資助。

編輯： 萬鵬

美編：傅士旭