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王文宇,March 2, 2026
金伯利岩熔体起源于软流圈地幔深度及以下，形成年龄跨度达几十亿年，是探测深部地幔组成与演化过程的独特探针。金伯利岩熔体高度富碳及挥发分，由于其形成过程复杂（岩石圈物质强烈影响、侵位后改造显著等）、且缺乏天然玻璃，这导致对于金伯利岩熔体的性质（碳酸盐化硅酸盐熔体vs纯碳酸盐熔体）及其形成过程（深俯冲碳的参与vs地幔氧化还原熔融）尚存争议。
镁（Mg）和铁（Fe）作为金伯利岩熔体的主量元素，并且Mg和Fe同位素分别在识别潜在深俯冲物质来源和约束幔源熔体形成过程方面具有独特优势。来自西伯利亚克拉通Udachnaya-East管道的罕见未发生蛇纹石化的金伯利岩为研究初始富碳熔体提供了关键样品窗口。基于这一独特样品，本研究首次对金伯利岩开展了系统的Mg–Fe同位素研究，从同位素角度为金伯利岩熔体的性质及其形成机制提供了新的约束。
研究内容主要包括以下三个方面：
图1. Udachnaya-East金伯利岩样品照片
（1）在系统排查潜在的后期改造因素（例如围岩污染）之后，基于对这些金伯利岩中138颗橄榄石的详细研究工作（图2），重建了金伯利岩初始富碳熔体的元素及Mg-Fe同位素组成。
（2）结合Mg同位素、放射成因同位素体系及俯冲相关地球化学指标，评估深俯冲含碳物质对初始富碳熔体的潜在贡献。
（3）结合Fe同位素、部分熔融过程指标与氧化还原参数，并通过 Fe 同位素部分熔融模型约束，系统评估了地幔氧化还原熔融过程在初始富碳熔体形成中的作用。
图2. Udachnaya-East金伯利岩中橄榄石的岩相特征
研究结果如下：
（1）重建的金伯利岩初始富碳熔体 SiO2 含量为 10–11 wt%，与实验约束的纯碳酸盐熔体组成范围一致，支持初始熔体为纯碳酸盐熔体的解释。
（2）初始富碳熔体的 δ26Mg 值为–0.56~–0.18‰ (平均值为–0.36‰），落入幔源碳酸盐熔体的典型范围（图3），且未显示俯冲物质输入所预期的元素或同位素异常特征，表明深俯冲含碳物质对该熔体形成的贡献可以忽略。
图3.重建的初始富碳熔体 SiO2 含量与 δ26Mg范围
（3）初始富碳熔体的δ56Fe值范围为 0.11~0.25‰ (平均值为0.17‰），相较于幔源碳酸盐化硅酸盐熔体系统性偏轻约 0.1‰。Fe 同位素部分熔融模型表明，在源区氧逸度及部分熔融程度相当的条件下，幔源纯碳酸盐熔体相对于碳酸盐化硅酸盐熔体应系统性偏轻约 0.1‰，与观测结果一致（图4）。
图4. Fe同位素模型预测的源区Fe3+/ΣFe(A)与文献实测值(B)对比
进一步的 Fe 同位素建模显示，这些金伯利岩熔体源区的氧逸度显著不均一，Fe3+/ΣFe 介于 0.10–0.15 之间，该范围落在源区橄榄岩实测Fe3+/ΣFe值的范围（0.03–0.15）内（图4）。这种氧逸度的不均一性为地幔氧化还原熔融过程提供了直接的地球化学约束，表明富碳及挥发分组分可通过对流地幔的氧化还原熔融过程产生，而无需依赖深俯冲碳的外源输入（更详细解释见文章的讨论章节）。
该工作近日以“Magnesium and iron isotope signatures of Udachnaya-East kimberlites –Insights into the origin of kimberlite magmas”为题，发表在Chemical Geology上。中国科学技术大学的博士生王文宇为论文第一作者和通讯作者。共同作者还包括Aleksandr V. Golovin教授（Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia），Ekaterina S. Kiseeva教授（American Museum of Natural History），丁昕副研究员（中国科学技术大学），陈振武讲师（安徽理工大学），黄方教授（中国科学技术大学）。本研究得到了国家自然科学基金（42273004）、爱尔兰研究委员会（IRCLA/2022/2638）、美国国家科学基金（EAR-2521771）等项目的支持。
文章信息：Wenyu Wang*, Aleksandr V. Golovin, Ekaterina S. Kiseeva, Xin Ding, Zhenwu Chen, Nikolai P. Pokhilenko, Fang Huang, 2026. Magnesium and iron isotope signatures of Udachnaya-East kimberlites – Insights into the origin of kimberlite magmas. Chemical Geology: 123293.
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2026.123293
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