扬子克拉通大陆岩石圈地幔深部动力学过程：金刚石及其包裹体约束

The subcontinental lithospheric mantle evolution and the complex dynamic processes inside are hot topics in the currently international geological study, while diamonds and their inclusions provide the most useful clues for understanding the deep lithospheric processes. This project will relate the internal crystal growth and the inclusions of alluvial diamonds from Guizhou and Hunan to the lithospheric mantle evolution beneath the Yangtze Craton, and apply in-situ analytical techniques including Laser Raman Spectroscopy (LRS), Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS), and Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS), etc. to analyze diamonds' compositions, temperature-pressure condition and carbon isotopes（in situ） at various growth zones, the Sm-Nd, Lu-Hf isotopes of garnet and clinopyroxene inclusions, as well as the Re-Os isotopes and their dating of sulfide inclusions. The results, together with those aquired from mantle and crustal xenoliths in kimberlites and basalts, will contribute to constraining the characteristics and evolution of subcontinental lithospheric mantle beneath the Yangtze Craton during diamonds' crystallization and before and after lithosphere thinning, and therefore contribute to discussing the relationship between deep dynamic processes and evolution of subcontinental lithospheric mantle. This project is scientifically significant for understanding the periodic conjunction-breakup mechanism of continent and supercontinent, and the role of the Yangtze Craton in Rodinia supercontinent, as well as for prospecting primary diamond deposits in the Yangtze Craton region.

岩石圈地幔演化和大陆深部动力学过程是当前国际地质学研究热点，金刚石及其包裹体是研究岩石圈地幔环境及变化最直接的探针之一。本项目将贵州及湖南砂矿金刚石矿物晶体生长过程及其包裹体和扬子克拉通岩石圈地幔演化联系起来，采用激光拉曼光谱、激光烧蚀等离子发射光谱（LA-ICPMS）和二次离子探针（SIMS）等原位测试技术对金刚石生长环带成分、温压条件、碳同位素（原位），石榴石和单斜辉石包裹体Sm-Nd，Lu-Hf同位素，硫化物Re-Os同位素年龄进行分析，并与金伯利岩、玄武岩捕获的地幔和地壳包体比较，试图认识扬子克拉通岩石圈地幔在钻石形成过程、减薄前后的性质及变化，从而探索扬子克拉通大陆深部动力学过程与岩石圈地幔演化的联系。项目对了解大陆、超大陆周期性聚散机制和岩石圈内部不同圈层之间相互作用、时空演化，揭示扬子克拉通在Rodinia超级大陆的位置以及扬子克拉通原生金刚石找矿等均有较重要的科学意义。

利用北京大学化工学院显微红外实验室、中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室、中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室以及西北大学地质系大陆动力学国家重点实验室等的仪器设备，进行了金刚石显微拉曼光谱、傅立叶变换显微红外光谱，包裹物矿物电子探针及激光烧蚀等离子发射光谱(多通道)（LA-MC-ICPMS）测试，并和加拿大Alberta 大学CCIM实验室合作开展了金刚石碳同位素及氮含量离子探针（SIMS）原位测试工作，完成项目工作。. 对湖南金刚石进行氮杂质的显微红外光谱填图（Mapping），发现湖南沅水流域的金刚石和华北的辽宁和山东金刚石在氮杂质元素含量及分布结构特征上存在明显差异。湖南沅水流域金刚石橄榄岩型包裹体包括橄榄石、顽火辉石、镁铁辉石、镁铝榴石等，橄榄石包裹体出现频率较高；榴辉岩型包裹体主要有镁铝-铁铝榴石、绿辉石、柯石英、蓝晶石、锐钛矿和金红石等，最多是镁铝-铁铝榴石，蓝晶石为原生矿物包裹体；E型和P型包裹体出现的几率相近；发现橄榄岩型和榴辉岩型包裹体在一颗金刚石内的“共存”现象；估算湖南金刚石生长温度1108.97 ℃，和利用湖南金刚石中氮聚集态丰度值(如A中心或B中心)与其聚集温度的函数关系推算的金刚石存留温度低温集中区1050~1180℃一致；橄榄石包裹体拉曼位移测算湖南金刚石的源区压力范围分别为4.77~5.83 GPa和4.05~5.05 GPa。原位测试获得湖南金刚石多数样品δ13C为-8.2‰~-2.8‰，N含量0~1737 atomic ppm，不同生长层碳同位素变化与其氮含量及集聚类型没有明确的线性关系；碳同位素最低一个样品核心为-22.4‰外层为-10.8‰。. 上述结果显示，与华北克拉通的金刚石相比，扬子克拉通金刚石形成的温度变化范围略大且形成深度偏浅，形成环境与华北克拉通金刚石有显著差异；扬子克拉通金刚石早期生长“核心”碳同位素组成较华北克拉通金刚石早期13C组成明显偏轻，暗示扬子克拉通大陆岩石圈具有较轻的δ13C组成, 从碳同位素的角度佐证了古老地壳物质参与了湖南沅水流域该类金刚石形成过程的可能性。. 另外，在项目资助下，利用技术（ Mapping）获得了国际热点地区津巴布韦马兰吉砂矿金刚石生长过程氮、片晶氮、氢杂质含量及其变化模式和缅甸翡翠低温水岩反应显微红外光谱的证据。