金伯利岩作為世界上絕大多數原生金剛石礦床最主要的母岩，是一種具有斑狀結構或角礫狀構造、富含揮發分、偏堿性的含鉀超基性岩，在自然界分布很少，一般呈小的侵入體産出。除了作為攜帶金剛石和地幔捕擄體的重要載體外，金伯利質岩漿還可以扮演窺測、認識地球深部過程的“探針”角色，有助于進一步了解克拉通岩石圈地幔多期次交代作用與低程度部分熔融之間的内在聯系。然而，金伯利岩本身在化學成分、礦物組成和結構上具有混雜多變的性質特征，且岩漿上升侵位至地表淺部後極易發生強烈的熱液蝕變，加之金伯利岩普遍還攜帶了大量來自地幔或地殼的深源捕虜體，其存在也會緻使同位素組成及初始比值的測定變得更加複雜，因此對金伯利岩的地質定年一直是世界性難題。根據前人彙總編制、剛更新不久的金伯利岩地質年代學數據庫，全球已知的金伯利岩産地中，大約隻有20%具有公開發表的高質量年齡信息。因此，關于如何精準确定金伯利岩的侵位時代，探索摸清其演化曆史和成因來源等重要問題，至今仍是一個經久不衰、值得深究的科研前沿熱點。
作為大多數金伯利岩體中比較豐富的基質礦物相或常見捕虜晶，石榴石通常被認為具有較強的抗蝕變/風化能力，結晶後不易受到晚期流體-圍岩相互作用的影響，這些優點使得石榴石對于理解複雜岩石組合（例如金伯利岩）的多階段構造變質演化過程特别有用。因此，通過解讀石榴石本身的晶體生長過程，從中推斷出相關年齡信息，将有助于進一步破譯和揭示其寄主金伯利岩可能經曆過的多期次岩漿-變質作用（熔/流體交代）等地質事件。遺憾的是，有關石榴石U-Pb地質年代計在約束限定金伯利岩侵位年齡方面的應用鮮見報道。
我院李東升博士與其團隊，采用激光燒蝕進樣系統與等離子體質譜儀相結合的LA-ICP-MS原位微區分析技術，首次嘗試将石榴石U-Pb地質年代計應用于我國最重要的原生金剛石産區之一的遼甯省南部瓦房店含金剛石金伯利岩體定年，取得重要進展。
研究顯示：該區石榴石主要為鈣鐵榴石，一般呈塊狀單晶或多晶集合體形式産出，普遍具有不等粒斑狀結構并表現出一定程度的脆性斷裂或塑性變形特征，且通常與相當大比例的碳酸鹽礦物相、蛇紋石以及蝕變後餘留下的橄榄石（假象）殘晶密切伴生（圖1）。部分石榴石呈類橢圓形乃至近渾圓狀的形貌結構（圖2），代表了尺寸更大的粗粒鈣鐵榴石捕虜晶瓦解後的殘存碎片，其中絕大多數顆粒的前身可能在經曆金伯利岩熔漿（穿過岩石圈）快速上升侵位過程中曾遭受到不同程度的物理磨損、部分熔蝕反應或發生分解作用，故原先棱角分明的邊部被圓化。它們周圍基質内通常伴生有沿着其晶粒邊界附近分布的不規則團塊狀或碎屑狀富Mg-Al矽酸鹽礦物，偶爾觀察到一部分鈣鐵榴石微晶與細粒磁鐵礦/钛鐵礦、磷灰石、金紅石-榍石交生體、發育環礁結構的尖晶石族副礦物（如鉻鐵礦）以及零星散布的黃鐵礦或其他硫化物共生。此外，一些直徑尺寸為亞毫米至毫米級的富矽酸鹽球狀捕虜體中也含有不少被嚴重熔蝕/磨圓的鈣鐵榴石殘晶，與寄主金伯利岩發生接觸的碎斑顆粒具有清晰可見的冠狀反應邊，以局部發育微裂隙和海綿狀多孔結構為特征。圍繞這些深源包體四周的基質之間還膠結/充填着退變質過程中形成的蛇紋石族片狀集合體或少量綠泥石等蝕變産物。這種獨特的産狀結構為探讨金伯利岩（淺成侵入體）中的鈣鐵榴石成因及地質指示意義提供了重要線索，進一步反映其形成機制很可能與由岩漿期後的區域變質事件或熱液蝕變作用引起的交代反應有内在關聯。
圖1. 遼南30号岩管呈自形至半自形粗粒-碎斑結構的鈣鐵榴石顯微照片
圖2. 遼南42号岩管蝕變金伯利岩樣品富含方解石基質中具有不同化學成分分帶結構或熱液交代特征、保留有古老繼承核（Grt-I）的自形-半自形粗粒狀(Grt-II)鈣鐵榴石斑晶
石榴石LA-ICP-MS分析顯示（圖3）：瓦房店金剛石礦區30号岩管岩體侵位年齡為459.3 ± 3.4 Ma（MSWD = 1.02），42号岩管岩體侵位年齡為414.9 ± 9.3 Ma（MSWD = 0.98）。此外，42岩管的鈣鐵榴石礦物還記錄了581 ± 12 Ma（MSWD = 1.4）的292.0 ± 5.7 Ma（MSWD = 1.06）兩組年齡，分别判斷為深源捕虜晶形成年齡和岩漿期後熱液蝕變事件的年齡。年齡最老的殘留捕虜晶指示華北克拉通下地殼在大約0.6 Ga左右可能受到一期與晚元古代軟流圈物質上湧的構造熱事件影響。發育環帶的含Ti鈣鐵榴石自形晶記錄了發生于415 Ma左右、稍晚于奧陶紀峰期的另一次岩漿活動，反映本地區在晚古生代至少間斷發生過兩期獨立的金伯利岩侵位事件。此外，大部分次生成因的含水鈣鐵榴石微晶還首次記錄了一期發生于~292 Ma的區域性熱液蝕變事件，表明岩漿期後的熱液活動不會對早期形成的原生鈣鐵榴石U-Pb同位素體系造成擾動。因此，本研究證實石榴石不僅可用于确定金伯利岩侵位年齡，且可用于記錄後期熱事件的影響。
該研究得到國家重大研發計劃和國家自然科學基金聯合資助。
圖3. 瓦房店LN30和LN42金伯利岩樣品不同類型鈣鐵榴石斑晶LA-ICP-MS微區原位U-Pb測年結果
本研究成果發表于國際著名學術期刊Gondwana Research上（Dongsheng Li, Zhongwei Wu, Xiaoming Sun*, Song Shuai, Yu Fu, Dengfeng Li, Hongjun Chen, Yang Lu, Lubing Hong. Emplacement ages of diamondiferous kimberlites in the Wafangdian District, Liaoning Province: New evidence from LA-ICP-MS U-Pb geochronology of andradite garnet. Gondwana Research, 2022，109: 493-517）。我院李東升博士為第一作者，孫曉明教授為通訊作者。
論文全文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.gr.2022.05.016
