钾（K）作为一种大离子亲石元素，在地壳-地幔分异过程中表现出显著的富集于地壳而在地幔中贫化的特征。这使得K及其同位素成为地壳-地幔相互作用的重要地球化学示踪剂。然而，深部地幔的K同位素组成仍缺乏充分约束，主要由于地幔K含量低（190–260 ppm）而不易进行高精度同位素分析。以往研究主要聚焦于大洋和大陆地幔来源的玄武岩及地幔捕虏体。例如，大洋中脊玄武岩显示出均一的δ⁴¹K值（平均-0.44 ± 0.17 ‰），而大陆碱性玄武岩的δ⁴¹K值范围较大（-1.330至0.126 ‰），归因于源区不均一性和岩浆分异过程中富K矿物的分离结晶。现有地幔橄榄岩的K同位素数据较少且变化较大，这限制了人们对地球内部K循环过程的理解。而金伯利岩作为源于更深部地幔的熔体产物，可提供探讨深部地幔K同位素组成和物质再循环的独特窗口。

中国科学院地质与地球物理研究所苏本勋研究员对华北克拉通蒙阴古生代金伯利岩（图1a-图1c）开展了岩石学和K同位素分析。结果显示，自蚀变（新鲜，保留原生组分）（图1d）和后期蚀变（图1f）金伯利岩具有明显不同的矿物组成和地球化学特征（图2，图3a、图3b）。后期蚀变金伯利岩的元素含量及其比值和δ⁴¹K值均显示更大的变化范围，与岩石学特征及K同位素在热液蚀变中的地球化学行为一致。新鲜金伯利岩具有与全球大多数金伯利岩相似的元素地球化学组成（图2a、图2b），其δ⁴¹K值介于-0.494 ± 0.057 ‰至-0.270 ± 0.048 ‰（图2c、图2d），与K₂O和Rb含量具有较好的正相关关系（图3c、图3d），是大量贫K矿物和少量富K矿物（金云母）分离结晶共同作用的结果（图3e）。

图1 华北克拉通蒙阴金伯利岩位置及其岩石学特征

图2 蒙阴金伯利岩的元素和K同位素组成特征

图3 蒙阴金伯利岩K同位素组成与元素含量相关性图解

相较于地幔橄榄岩所揭示的浅部岩石圈地幔较大的δ⁴¹K变化范围，金伯利岩所代表的相对更深的地幔则具有更为均一的K同位素组成（图4），暗示如果源区存在俯冲再循环物质的话，K同位素可能在对流地幔中很快达到高效混合而均一化（图5），或者这些金伯利岩源区没有再循环物质的参与。另外，华北克拉通古生代至中新生代幔源岩浆的K同位素组成变化（图6），契合了克拉通破坏的时代和地球化学印迹。

图4 蒙阴金伯利岩与地幔橄榄岩的K同位素组成对比

图5 地球主要储库的K同位素组成

图6 华北克拉通幔源岩浆的K同位素组成与年龄的变化趋势

研究成果发表于国际学术期刊GM（苏本勋, 刘卉, 李文君, 白洋. Unravelling K isotope fractionation in diamondiferous kimberlites: implications for mantle processes and geological evolution [J]. Geological Magazine, 2025, 162: e43. DOI: 10.1017/S0016756825100319.）。