西伯利亚克拉通岩石圈地幔角闪石矿物学研究：基于新温压计与地球化学的重建

研究人员针对西伯利亚克拉通岩石圈地幔中Cr-bearing amphiboles（含铬角闪石）的成因与分布难题，通过开发新型角闪石温压计（amphibole thermobarometer）并结合LA-ICP-MS（激光剥蚀电感耦合等离子体质谱）等分析技术，系统揭示了角闪石的P-T（压力-温度）轨迹与地球化学特征。研究发现角闪石记录了从古俯冲板片（paleo-subducted slabs）到地幔柱（plume）事件的多阶段流体-熔体相互作用，为理解克拉通地幔的演化机制提供了关键矿物学证据。

　　

地球深部的角闪石如同隐藏的“密码本”，记录着古老克拉通地幔的演化故事。西伯利亚克拉通作为全球最古老的陆核之一，其岩石圈地幔中广泛分布的Cr-bearing amphiboles（含铬角闪石）长期缺乏系统性研究。传统角闪石温压计仅适用于3.5 GPa以浅的深度，而深部地幔角闪石的成因与地质意义始终成谜。更棘手的是，这些矿物可能携带了从古俯冲到地幔柱活动的多期次地球化学信号，但缺乏可靠的技术手段解码这些信息。

针对这一难题，中国科学院地质与地球物理研究所等机构的研究人员开展了一项突破性研究。他们首先开发了全新的角闪石温压计，通过整合Si-Al交换、Na-Ca分配及Fe-Mg置换等参数，首次实现了对4 GPa以上深部角闪石的精确压力估算。结合电子探针（EPMA）和LA-ICP-MS技术，团队系统分析了来自西伯利亚北部West Ukukit、Kuranakh等11个金伯利岩田的1000余颗角闪石颗粒，相关成果发表在《Geosystems and Geoenvironment》。

关键技术方法包括：1）新型角闪石温压计（基于Si-Al-Na-Ca-Fe-Mg-Ti多元参数）；2）电子探针微区分析（EPMA）测定主量元素；3）LA-ICP-MS获取稀土元素（REE）和微量元素（TRE）数据；4）⁴⁰Ar-³⁹Ar定年技术确定矿物形成时代。样本来源于西伯利亚克拉通北部Leningrad等岩管的捕虏体和重矿物精矿。

主要研究结果

1. 角闪石成分分带
研究发现Leningrad岩管的角闪石呈现从Cr-hornblendes（铬角闪石）→pargasites（韭闪石）→edenites（浅闪石）→K-richterites（钾镁钠闪石）的连续演化序列，SiO₂和K₂O含量随压力增加而升高。其中K-richterites在岩石圈-软流圈边界（LAB）处显示陡峭的REE配分模式，具有显著的Sr、Rb富集和Nb-Pb负异常。

2. 温压重建揭示地幔分层
新温压计显示角闪石分布于7个压力层位（2.0-7.5 GPa），对应古俯冲板片遗迹。低温（35 mW/m²）区域的富Mg角闪石与金刚石稳定带重合，而中压层（3-4 GPa）的Fe-Ti富集角闪石反映熔体-橄榄岩反应。LAB处的角闪石记录1370-370 Ma的多期热事件。

3. 地球化学示踪
低压力角闪石显示Eu正异常和Ba-U-Sr峰，指示俯冲流体交代；高压K-richterites的Th-U-Sr峰揭示地幔柱贡献。Cl的普遍存在（0.1-0.3 wt%）证实俯冲流体的关键作用。

4. 年代学框架
⁴⁰Ar-³⁹Ar定年揭示三阶段演化：2.67 Ga（太古宙地幔水化）、1370 Ma（地幔柱事件）、370 Ma（泥盆纪金伯利岩侵位）。

结论与意义
该研究首次构建了克拉通地幔角闪石的“压力-成分-时代”三维模型，揭示西伯利亚北部岩石圈经历多期次俯冲-地幔柱相互作用。深部K-richterites的发现证实角闪石可稳定存在于7.5 GPa（约230 km深度），挑战了传统矿物稳定域认知。地球化学特征显示大陆边缘环境对克拉通地幔的长期改造，为理解超深流体的循环机制提供了矿物学窗口。研究成果对金刚石成矿预测和古老克拉通稳定性研究具有重要启示。