Mg-Zn同位素证据揭示南极洲Gaussberg钾镁煌斑岩源区有再循环碳酸盐物质参与

钾镁煌斑岩是一种非常罕见的、富钾的、基性至超基性的碱性火成岩。尽管相对稀有，钾镁煌斑岩在矿床学以及地幔岩石学等领域具有十分重要的研究意义。根据其分布的构造背景，我们可以将钾镁煌斑岩划分为造山型和克拉通型两类。其中，克拉通型的钾镁煌斑岩通常和金伯利岩、超镁铁质煌斑岩在空间上相共生，指示了它们之间可能存在某种成因联系。由于金伯利岩和超镁铁质煌斑岩的岩浆富含CO₂，它们的地幔源区被解释为有俯冲至深部地幔的再循环碳酸盐的贡献。然而，克拉通型钾镁煌斑岩的成因是否与再循环的碳酸盐物质有关尚不清楚。

为了阐明克拉通型钾镁煌斑岩与再循环碳酸盐之间的成因联系，“幔游课题组”对采自南极洲的Gaussberg钾镁煌斑岩进行了Mg和Zn同位素的联合研究。结果表明这些钾镁煌斑岩具有比地幔更轻的d²⁶Mg（–0.44‰至–0.39‰）和更重的d⁶⁶Zn（0.36‰至0.39‰）（图1）。

图1 南极洲Gaussberg钾镁煌斑岩的Mg-Zn同位素组成

进一步的研究表明岩浆期后的蚀变作用、地壳混染以及分离结晶和部分熔融作用都不能解释这些Mg和Zn同位素的异常特征。相反，如果源区有沉积碳酸盐物质（通常具有轻的d²⁶Mg和重的d⁶⁶Zn）的参与则可以很好地吻合钾镁煌斑岩的Mg和Zn同位素异常。定量模拟计算表明Gaussberg钾镁煌斑岩的源区需要加入10-15%的白云石类碳酸盐（图2）。

图2 南极洲Gaussberg钾镁煌斑岩d²⁶Mg和d⁶⁶Zn的定量模拟计算

碳酸盐熔体交代的岩石圈地幔以及俯冲至地幔过渡带的含碳酸盐沉积物的残留都可能保留轻的d²⁶Mg和重的d⁶⁶Zn特征，因此它们均可以作为南极洲Gaussberg钾镁煌斑岩的地幔源区。然而，碳酸盐交代的岩石圈地幔源区不能解释Gaussberg钾镁煌斑岩所具有的Zr-Hf正异常特征，因为碳酸岩熔体通常显示Zr-Hf的负异常。结合它们异常高的K/U和Ba/Th比值，我们更倾向于它们形成于深俯冲的地幔过渡带模型。再循环的、含碳酸盐的沉积物在进入地幔过渡带发生部分熔融的过程中，K，Ba和Pb优先被钾锰钡矿扣押。少量碳酸岩熔体的丢失导致Th, U以及少量轻稀土元素的抽离，然而K, Ba, Pb以及Zr和Hf则保存在残留矿物体中，因此形成了上述特征的Zr-Hf正异常，以及高的K/U和Ba/Th比值特征。

文章信息：Liu, J.-Q.*, Chen, L.-H., Wang, X.-J., Zhang,X.-Y., Zeng, G., Saskia, E., Murphy, D.-T., Collerson, K.-D., Komiya,T., Krmicek, L. Magnesium andzinc isotopic evidence for the involvement of recycled carbonates in thepetrogenesis of Gaussberg lamproites,Antarctica. Chemical Geology (2022).https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2022.121067

刘建强博士为论文的第一和通讯作者。该工作得到国家自然科学基金项目（42130310、41802045、91858206）的资助。