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江雨如,March 12, 2026
金伯利岩是来源最深的岩浆之一，携带地幔捕虏体和金刚石，是研究深部地幔的重要载体。
图一 金伯利岩作为深部信息载体，Giuliani et al., 2025
碳酸盐组分在金伯利岩形成中起关键作用，它显著降低橄榄岩固相线，使地幔在>150 km深度发生低程度（<2%）部分熔融形成金伯利岩岩浆（Thomson et al., 2016）。
图二 碳酸盐降低固相线，Thomson et al., 2016
科学问题：金伯利岩源区的碳酸盐究竟来自再循环的海相沉积碳酸盐，还是地幔原生碳酸盐？传统地球化学方法（如Sr-Nd-Pb同位素）难以准确示踪碳酸盐来源，因为碳酸盐熔体的Rb/Sr比值很低，导致放射性Sr同位素体系无法有效记录源区特征。此外，海相沉积碳酸盐的补偿深度（CCD）也限制了其进入深部地幔的规模。钙同位素则能有效区分：地表沉积碳酸盐具有显著偏轻的δ⁴⁴/⁴⁰Ca值（由于碳酸盐沉淀过程中的同位素分馏），而地幔储库（BSE、MORB）具有相对均一的Ca同位素组成。BSE的δ⁴⁴/⁴⁰Ca约为0.94 ± 0.05‰，MORB约为0.85 ± 0.09‰，二者均显著重于大多数海相沉积碳酸盐。
图三 Ca同位素背景值
研究对象：西伯利亚Udachnaya-East金伯利岩（365 Ma）。该岩石极为新鲜、CO₂含量很高，是研究碳酸盐来源的理想样品。前人研究表明，该金伯利岩源于碳酸盐化地幔源区，且未经历显著的后期蚀变，能够较好地保留原始岩浆信息。
实验结果： 首先排除了后期蚀变风化、地壳混染、岩石圈地幔混染和分离结晶对Ca同位素的影响。在对西伯利亚Udachnaya - East金伯利岩的研究中，着重考虑到后期蚀变风化和地壳混染因素。一般而言，这些因素可能会干扰Ca同位素组成，从而影响我们对金伯利岩源区性质的判断。然而，研究表明，后期蚀变风化、地壳混染并未影响Ca同位素组成。这一结论有Pan等人2025年发表于《Journal of Petrology》和Banerjee等人2021年发表于《Geochimica et Cosmochimica Acta》的研究作为支撑。这意味着Ca同位素能够保持初始熔体特征，为我们准确研究金伯利岩源区性质提供了可靠依据。δ⁴⁴/⁴⁰Ca与⁸⁷Sr/⁸⁶Sr、²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、Zn含量的联合图解显示，样品落在原生地幔区域，而非再循环碳酸盐趋势线上。
图四 实验结果
结论：本次研究得出两个重要认识。其一，Ca同位素是幔源岩浆岩源区性质的有效示踪计，能够很好地保持初始熔体特征。这意味着通过分析Ca同位素，我们可以更准确地了解幔源岩浆岩源区的性质，为研究地球内部物质循环和演化提供重要线索。其二，金伯利岩源区的碳酸盐组分可以是地幔原生碳酸盐，无需再循环碳酸盐加入。这挑战了传统观点，表明金伯利岩源区的碳酸盐可能有更直接的来源，为研究金伯利岩的形成机制提供了新的视角。
延伸认识：地球化学证据指示源区为FOZO地幔（焦点带地幔），该地幔端元与LLSVP（大型低剪切波速省）和地幔柱密切相关。地球物理-岩石-构造-生物-环境的综合研究也指向地幔柱成因。值得注意的是，不同时代金伯利岩的初始熔体可能起源于一个长期存在的、未被再循环物质改造的地幔源区。年轻金伯利岩显示出的同位素不均一性，可能是由于交代富集的岩石圈基底被逐渐对流侵蚀和最终移除所致。俯冲事件虽不直接导致金伯利岩形成，但可改造其成分。金伯利岩中观测到的再循环物质信号不一定反映其源区特征，可能是在上升过程中从围岩中捕获的。
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