巴西马托格罗索州Rio Sorriso地区钻石的岩石圈成因：揭示亚马逊克拉通下地幔的流体-岩石相互作用

这篇研究首次报道了来自巴西Juína地区Rio Sorriso的岩石圈钻石（COMSK3），通过多技术手段分析其包裹体矿物组合（P型二辉橄榄岩），揭示了4-5 GPa/1,050-1,150°C形成条件下与富Na碳酸盐熔体的氧化还原反应，为亚马逊克拉通下被改造的岩石圈地幔存在钻石成矿提供了直接证据。

　　

1 引言

钻石作为地球深部不可达地幔的独特样本，其包裹体矿物能揭示形成时的压力（P）、温度（T）和氧逸度（fo₂）等关键信息。以往研究表明，Juína地区以超岩石圈钻石（sublithospheric）为主，而本次研究的COMSK3钻石首次发现含钠铬透辉石（Na-Cr diopside）、高镁橄榄石（high-Mg olivine）和顽火辉石（enstatite）的岩石圈包裹体，填补了该区域岩石圈钻石记录的空白。

2 材料与方法

采用显微观察、电子探针（EPMA）、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）、同步辐射穆斯堡尔谱等技术，对钻石中10个可见包裹体（Inc1-Inc10）进行系统分析。其中Inc1被抛光暴露，其主量元素显示均匀的透辉石成分（含20% kosmochlor组分，Cr#=0.63，Mg#=0.93），而原位X射线衍射（SCXRD）测得橄榄石包裹体残余压力（P_inc）为0.4-1.1 GPa，反推形成压力（P_trap）达4.5-5.5 GPa。

3 结果

3.1 包裹体化学特征

Inc1透辉石的Na₂O（3.73 wt%）和Cr₂O₃（6.33 wt%）含量介于传统P型与E型包裹体之间（图4），且V含量（542 ppm）显著高于典型P型包裹体（图5），暗示碳酸盐熔体交代作用。同步辐射穆斯堡尔谱测得透辉石Fe³⁺/ΣFe比值为0.14-0.16，高于未受氧化的地幔矿物。

3.2 温压条件

弹性地质温压计显示钻石形成于4-5 GPa/1,050-1,150°C，投影至亚马逊克拉通40 mW/m²地温线（图3）与2 Ga年龄的Juína岩石圈模型吻合。透辉石温压计（1,060°C/4.3 GPa）与橄榄石弹性数据一致，且低于石墨-钻石相变线（Day, 2012），支持岩石圈稳定域成矿。

4 讨论

4.1 富Na-CO₂熔体的成矿作用

包裹体化学特征符合wehrlitization反应：

斜方辉石+白云石（熔体）=单斜辉石+橄榄石+CO₂（气相）

该过程在EDDOD缓冲体系下（Δlogfo₂=-1.3至-1.6）促使钻石结晶。透辉石高kosmochlor组分（NaCrSi₂O₆）及V/Sc比值指示其形成与金伯利岩质熔体（100-300 ppm V）相关，而包裹体周围暗色晕圈可能为成矿碳酸盐流体残留。

5 结论

COMSK3钻石揭示了亚马逊克拉通下被Na-碳酸盐熔体改造的岩石圈地幔环境，其包裹体组合为理解克拉通边缘的深部碳循环和地幔交代作用提供了新视角。该发现修正了Juína地区仅存在超岩石圈钻石的传统认知，为全球克拉通下岩石圈钻石成因模型补充了关键案例。