熔体交代作用是改变地幔物理化学性质的重要地质过程。碳酸盐熔体具有独特的物理特性和化学组成，在地幔的改造过程和程度方面与其它熔体明显不同。记录在地幔橄榄岩中的碳酸盐熔体交代作用具有特征的矿物学、岩石学和地球化学信息。

地质与地球物理研究所岩石圈演化研究室地幔地球化学学科组博士后苏本勋与合作导师张宏福研究员对西秦岭地幔橄榄岩进行了细致的岩石学观察和地球化学分析，并与世界范围内碳酸盐交代的地幔橄榄岩捕掳体进行了总结对比，揭示西秦岭地区的岩石圈地幔经历了典型的碳酸盐交代作用。在矿物岩石学上，西秦岭橄榄岩普遍发育有熔体囊和斜方辉石不同程度的分解现象，这与碳酸盐交代主要以消耗斜方辉石的方式相一致；碳酸盐矿物方解石以独立矿物或脉状在尖晶石相橄榄岩多有产出（图1），与世界范围内地幔橄榄岩捕掳体中的碳酸盐矿物仅在尖晶石相出现，石榴石相中鲜有报道相一致。这些岩石学观察也与实验岩石学结果一致，即碳酸盐熔体-橄榄岩体系的固相线位于地幔75 km处，该深度恰好在多数地区（包括西秦岭地区）位于岩石圈地幔中尖晶石与石榴石的相转变带。对西秦岭地幔橄榄岩的微量元素和Sr-Nd-Pb同位素分析结果表明，自尖晶石相橄榄岩，经石榴石-尖晶石五相共存橄榄岩，至石榴石相橄榄岩，碳酸盐交代的地球化学信息愈发明显。

这项研究表明碳酸盐交代作用的记录形式在地幔不同深度是不同的：在石榴石相橄榄岩中以地球化学信息为主；在尖晶石相橄榄岩中则以交代矿物的出现为主。这对人们鉴别地幔交代作用类型和进一步认识碳酸盐熔体在地幔中的地球化学行为具有重要意义。

该研究成果近期发表在国际知名的地质学领域期刊The Journal of Geology上（Su et al. Metasomatized Lithospheric Mantle beneath the Western Qinling, Central China: Insight into Carbonatite Melts in the Mantle. The Journal of Geology. 2012, 120(6): 671-681）。

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 图1：西秦岭地幔橄榄岩的岩石学特征，A-B)石榴石相橄榄岩，C-D)石榴石-尖晶石五相共存橄榄岩，E-F)尖晶石橄榄岩。

图2：碳酸盐交代作用在地幔不同深度的地球化学行为。