金伯利巖是目前地球上已知來源最深的巖漿產(chǎn)物，其就位時常捕獲大陸巖石圈地幔的樣品。金伯利巖年齡分布廣，這使得它成為揭示地幔形成和演化歷史的重要載體。然而，金伯利巖常缺乏適宜的定年礦物，易蝕變，還含有大量不同年代和來源的捕虜體和捕虜晶，使金伯利巖的年代學(xué)研究十分困難。
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室Aleksei Melnik博士后、合作導(dǎo)師李獻華院士及合作者選取位于俄羅斯Karelian克拉通東南部的古元古代Kimozero金伯利巖為研究對象（圖1），對該巖石中的鋯石捕虜晶和其邊部次生的斜鋯石進行了離子探針（SIMS）U-Pb定年、微量元素及氧同位素等綜合研究。由于金伯利巖巖漿上升過程中捕獲了大量來自地殼和地幔的鋯石，作者對所有分選出的 130顆鋯石進行了綜合分析，以鑒別出代表金伯利巖巖漿侵位時間的幔源鋯石（圖2，圖3）。前人研究發(fā)現(xiàn)，在金伯利巖中，一些幔源鋯石晶體邊部常與富含碳酸鹽的流體/熔體之間發(fā)生反應(yīng)，形成以斜鋯石為主的脫硅反應(yīng)邊（DSR），但這些邊部是在地幔中形成，還是與金伯利巖巖漿噴發(fā)相關(guān)，學(xué)術(shù)界仍不清楚。
該研究發(fā)現(xiàn)，Kimozero金伯利巖中幔源鋯石（1.97Ga）和殼源鋯石（2.70–2.38Ga）晶體邊部都生長了相同結(jié)構(gòu)和成分的斜鋯石。這些斜鋯石邊的Pb-Pb年齡（1.97Ga）與幔源鋯石U-Pb年齡一致（圖4），說明這些斜鋯石反應(yīng)邊形成于地殼（圖5），而且斜鋯石年齡未受到后期綠片巖相變質(zhì)作用的影響，仍很好地記錄了Kimozero金伯利巖巖漿侵位時間，因此，對金伯利巖斜鋯石反應(yīng)邊進行定年是獲得可靠的金伯利巖侵位年齡的一種有效手段。
圖1 Fennoscandian地盾的構(gòu)造簡圖及Kimozero金伯利巖的位置
圖2 Kimozero金伯利巖鋯石U-Pb定年圖解。(a)所有殼源和幔源鋯石的U-Pb年齡諧和圖；(b)所有金伯利巖幔源鋯石的207Pb/206Pb加權(quán)平均年齡圖解；(c)金伯利巖幔源鋯石的U-Pb年齡諧和圖(不一致 5.0%)
圖3 Kimozero金伯利巖鋯石的微量元素和氧同位素組成。 (a)地幔和(b)地殼鋯石的微量元素蛛網(wǎng)圖。(c)所有鋯石的LuN/GdN-Eu/Eu*和(d)δ18O-207Pb/206Pb年齡圖解
圖4 Kimozero金伯利巖斜鋯石邊(DSR)的背散射圖像及其Pb-Pb定年結(jié)果。(a)地殼和地幔鋯石DSR背散射圖像（比例尺20μm，Bdy=斜鋯石；PBZ=斜長石后期被鋯石取代；ZBI=鋯石-斜鋯石界面；Srp=蛇紋石）。(b)斜鋯石Pb-Pb等時線圖解
圖5 金伯利巖中鋯石脫硅反應(yīng)邊 (DSRs) 形成的模型示意圖解
研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊JGR-Solid Earth（Melnik A E*,李秋立, Korolev N M,李嬌,凌瀟瀟,劉宇,唐國強, Zinger T F, 毛騫,吳石頭, 許晶瑤,李獻華*. 2022. Desilicification rims of zircon xenocrysts record the timing of kimberlite emplacement[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127, e2022JB024482. DOI:10.1029/2022JB024482）。研究受國家自然科學(xué)基金委重大項目（41890831）、國家自然科學(xué)基金委外國青年學(xué)者基金（42150410391）和國家自然科學(xué)基金委青年科學(xué)基金（42003012）的聯(lián)合資助。
美編：傅士旭
校對：萬鵬
