克拉通是地球上最稳定的块体，具有最古老和最厚的大陆岩石圈地幔。了解克拉通岩石圈地幔的结构对于了解地球的演化具有重要意义。探究克拉通岩石圈地幔内部结构有两种手段，分别为地震学和火山岩中幔源包体的研究。在60-160 km深度的岩石圈地幔存在地震波速降低的不连续面，称为岩石圈内部不连续面（MLD），其岩石学和地球化学性质仍然未知，可以通过建立详细的地幔岩石学剖面加以限定。由于地幔包体数量所限，相关研究严重不足。
中国科学院广州地球化学研究所博士研究生刘哲，在徐义刚研究员和法国蒙彼利埃大学Dmitri A. Ionov教授的指导下，与意大利帕多瓦大学Paolo Nimis教授、广州地球化学研究所贺鹏丽博士、俄罗斯科学院V.S. Sobolev地质与矿物研究所Alexander V. Golovin研究员合作，在西伯利亚克拉通中部Udachnaya金伯利岩岩筒中搜集了200多个地幔包体，并从中挑选出92个石榴石相样品（图1B）。通过电子探针获得了高精度矿物主量元素组成。在此基础上，利用矿物对温压计估算了地幔包体的平衡温压，并结合文献资料，重建了西伯利亚克拉通中部岩石圈地幔的温压结构与地球化学变化剖面，取得如下认识：
（1）研究区岩石圈地幔热剖面结构复杂，80~130 km处的岩石圈地幔处于40~35 mW/m2的模式地温梯度、140~190 km的岩石圈具有较冷的模式地温梯度（35 mW/m2），而岩石圈地幔的底部（190~230 km）和大约135 km处为明显的受加热层（图1A）。
（2）首次发现克拉通岩石圈地幔135 km处为异常热岩石圈层，其岩石温度高出35 mW/m2地温梯度约150°C（图1A），富含石榴石和单斜辉石，具有低的橄榄石Mg#和与熔体平衡的稀土配分模式。该加热层是上侵熔体固结堆积加热方辉橄榄岩等围岩，并将其转化为二辉橄榄岩或易剥橄榄岩的结果，可能代表了MLD（图2）。
（3）190 km深度以下的岩石圈地幔主要由粗粒和变形的橄榄岩组成，Mg#Ol降至0.8，代表了岩石圈-软流圈相互作用的产物。
图1 西伯利亚克拉通中部Udachnaya下岩石圈地幔的温压结构和岩性剖面
图2 西伯利亚克拉通中部“热”和强交代的岩石圈地幔层成因示意图。
相关研究成果发表在国际地学著名刊物Geology上。本研究受到国家自然科学基金和中科院B类先导专项的联合资助。
论文信息：Zhe Liu（刘哲）, Dmitri A. Ionov, Paolo Nimis, Yigang Xu（徐义刚）, Pengli He（贺鹏丽）, Alexander V. Golovin. (2022). Thermal and compositional anomalies in a detailed xenolith-based lithospheric mantle profile of the Siberian craton and the origin of seismic midlithosphere discontinuities. Geology; doi: https://doi.org/10.1130/G49947.1
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