Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。     

Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。     

中国东南部晚中生代基性岩脉地幔源区的岩性演化历史

中国东南部晚中生代的岩浆活动被认为与古太平洋板块的俯冲作用密切相关,而板块的俯冲作用又势必会对地幔的性质产生重要影响.晚中生代基性岩脉在中国东南部尤其是沿海地区广泛分布,为揭示中国东南部地幔演化历史及其与古太平洋板块俯冲之间的潜在成因联系提供了理想的研究对象.因此,对湘、赣、浙、闽、粤五省基性岩脉的年代学和地球化学数据进行了总结,通过恢复它们的原始岩浆组成,厘定其地幔源区岩性,揭示了研究区地幔的岩性演化历史.研究发现,中国东南部晚中生代基性岩脉的源区岩性在地域上没有显著差异,在时间尺度上表现出明显变化.在150~110 Ma期间,中国东南部地幔源区的岩性包含富硅辉石岩和贫硅辉石岩两类;而在110~64 Ma期间,地幔源区的主体岩性转变为贫硅辉石岩,伴随部分橄榄岩.基于上述地幔岩性的演化规律,并结合前人对研究区基性玄武岩的研究工作,认为研究区晚中生代地幔的岩性转变主要受控于古太平洋板块的俯冲过程,是板块俯冲角度改变的结果.      

华南腹地白垩纪A型花岗岩类或碱性侵入岩年代学及其对华南晚中生代构造演化的制约

华南腹地存在多个白垩纪的A型花岗岩类或碱性侵入岩,如安徽花山霓辉石钠闪石花岗岩、福建大沅村霓辉石钠铁闪石花岗岩、广东恶鸡脑霞石方钠石正长岩以及浙江大和山辉石石英正长斑岩、苏村晶洞钾长花岗岩。锆石SHRIMP和矿物的40Ar-39Ar年代学研究表明,这些岩石主要形成于137-86Ma。以本文的年代学研究为基础,并结合前人大量研究成果, 将华南晚中生代的A型花岗岩类或碱性侵入岩大致分成三期:(1)侏罗纪(184-152Ma)A型花岗岩类或碱性侵入岩,主要沿“十-杭裂谷带”南段分布,在赣南也有分布,可能与古太平洋板块低速斜向俯冲或平移所导致的走滑伸展或与不受古太平洋板块运动影响的岩石圈伸展有关;(2)早白垩世(139-123Ma)A型花岗岩类或碱性侵入岩,分布于政和-大埔断裂带以西,可能与古太平洋板块快速斜向俯冲所导致的弧后伸展或岩石圈减薄有关;(3)晚白垩世(101-86Ma)A型花岗岩类或碱性侵入岩,主要沿闽浙沿海地区分布,同时在华南腹地也有零星分布,可能与大陆边缘弧的塌陷(collapse)或俯冲洋壳反转(roll- back)后的岩石圈伸展有关。     

中国东部新生代玄武岩记录古太平洋俯冲带壳幔相互作用

大陆玄武岩通常具有与洋岛玄武岩相似的地球化学成分,其中含有显著的壳源组分.对于洋岛玄武岩来说,虽然其中的壳源组分归咎于深俯冲大洋板片的再循环,但是对板片俯冲过程中的壳幔相互作用缺乏研究.对于大陆玄武岩来说,由于其形成与特定大洋板片在大陆边缘之下的俯冲有关,可以用来确定古大洋板片俯冲的地壳物质再循环.本文总结了我们对中国东部新生代玄武岩所进行的一系列地球化学研究,结果记录了古太平洋板片俯冲析出流体对地幔楔的化学交代作用.这些大陆玄武岩普遍具有与洋岛玄武岩类似的地球化学成分,在微量元素组成上表现为富集LILE和LREE、亏损HREE,但是不亏损HFSE的分布特点,在放射成因同位素组成上表现为亏损至弱富集的Sr-Nd同位素组成.在排除地壳混染效应之后,这些玄武岩的地球化学特征可以由其地幔源区中壳源组分的性质来解释.俯冲大洋地壳部分熔融产生的熔体提供了地幔源区中的壳源组分,其中包括洋壳镁铁质火成岩、海底沉积物和大陆下地壳三种组分.华北和华南新生代大陆玄武岩在Pb同位素组成上存在显著差异,反映它们地幔源区中的壳源组分有所区别.中国东部新生代玄武岩的地幔源区是古太平洋板片于中生代俯冲至亚欧大陆东部之下时,在>200 km的俯冲带深度发生壳幔相互作用的产物.在新生代期间,随着俯冲太平洋板片的回卷引起的中国东部大陆岩石圈拉张和软流圈地幔上涌,那些交代成因的地幔源区发生部分熔融,形成了现今所见的新生代玄武岩.      

中国东部无机CO_2气藏与(古)太平洋板块俯冲关联

中国东部受(古)太平洋板块俯冲的影响,无机CO_2气藏发育广泛,分布层位复杂。本文通过对中国东部松辽、渤海湾、苏北、三水、东海、珠江口、莺歌海等盆地无机CO_2气藏的成因及运聚规律分析,结合深部碳循环以及(古)太平洋板块俯冲过程,探讨了中生代以来(古)太平洋板块俯冲对中国东部无机CO_2气藏的影响。这些无机CO_2气藏在空间分布上与中生代以来(古)太平洋板块俯冲造成的中国东部高地热流区、深大断裂分布及火山岩带展布一致。(古)太平洋板块俯冲改变了中国东部的深部构造状态,导致大规模岩浆喷发、地热升高,并控制了深大断裂系统,有利于无机CO_2运移储集;俯冲作用引起的软流圈上涌、地幔脱气作用以及印度-欧亚板块碰撞的远程效应使中国东部形成大量高CO_2含量的源区,为幔源CO_2的形成提供了条件。     

湘南金鸡岭辉绿岩脉的岩石成因及动力学意义

华南中生代基性岩脉的形成通常与板内伸展活动有关,它们既是探索深部地幔演化的探针,又是研究地球动力学背景的手段。本文选取湘南金鸡岭辉绿岩脉进行了高精度LA- ICP- MS锆石U- Pb同位素定年、全岩主微量元素和Sr- Nd同位素以及矿物地球化学测试分析,旨在探讨它们的岩石成因与岩石圈地幔演化的关系及华南内陆地区的地球动力学背景。研究显示金鸡岭辉绿岩脉的锆石U- Pb年龄为153. 1±1. 0 Ma,为晚侏罗世岩浆活动的产物。该岩石微量元素组成具有类似于洋岛玄武岩（OIB）的特征,表现出轻稀土元素（LREE）、大离子亲石元素（LILE）和高场强元素（HFSE）不同程度的富集,无Nb、Ta负异常,表明岩浆源区与岛弧环境无关,并且地壳物质混染程度较低。87Sr/86 Sr初始比值为0. 7062~0. 7080,εNd( t )值为+1. 76～+3. 75,也类似于OIB地幔源区。研究表明,金鸡岭辉绿岩脉来源于受软流圈熔体侵蚀/交代的岩石圈地幔的部分熔融,相应岩浆在上升侵位过程中发生了分离结晶和轻微的地壳混染作用,是板内拉张环境下的产物,为地幔改造/岩石圈减薄的岩浆岩响应及软流圈-岩石圈之间相互作用的表征。华南内陆地区中生代的岩浆作用可能与古太平洋板块俯冲无关,而是在陆内裂谷背景下软流圈上涌和岩石圈伸展减薄的产物。     

华南中生代构造转换和古太平洋俯冲启动

长期的华南地块研究取得了一系列重要成果,但是古太平洋俯冲作用于华南的地质记录不是很清晰,尚存争论。一派认为始于二叠纪,另一派认为中生代。本文试图通过华南中生代EW向特提斯构造域和NE向古太平洋构造域的构造转换过程及转换时间入手,探讨古太平洋俯冲启动。雪峰山地区早侏罗世地层以及侏罗纪类磨拉石建造呈NE或NNE向展布,燕山期主要发育2期褶皱变形,早期褶皱轴向为NE—NNE向,晚期为NNE或近南北向的隔槽式褶皱;而印支期也发育2期褶皱变形,D1期为EW—NEE向,D2期为NNE向的紧闭褶皱。这些都说明晚三叠世雪峰山地区已经从EW向特提斯构造域向NE—NNE向太平洋构造域的构造方向转换。而南岭地区,以及更南部的南海北部海域,构造转换时间相对较晚,为早—中侏罗世。综合前人的测年数据,德兴斑岩型铜矿三个含矿斑岩体形成于大约172 Ma,形成于古太平洋板块俯冲所形成的活动大陆边缘环境,成矿物质来源于俯冲洋壳的部分熔融,与地幔楔发生混染,推测与该时期古太平洋板块的平板俯冲、板片撕裂、拆沉和俯冲后撤一系列过程密切相关。同期,华南东南部发育了NE—NNE向、NW向和近EW向三组断裂,其中白垩纪(135~100 Ma)华南NE—NNE向的走滑断裂强烈活动,从东向西依次为:滨海断裂、长乐—南澳断裂、政和—大埔、邵武—河源—阳江断裂、吴川—四会断裂和合浦—北流断裂,主要表现为右旋走滑作用,在东南沿海地区形成一系列的拉分盆地,并非典型的"盆岭构造"。根据群速度和S波速度层析成像,华南地块总体上从西向东地壳的厚度整体上逐渐减薄;华南地块东部发生两次壳幔相互作用,对应两次岩石圈拆沉,这两次拆沉都与古太平洋板块的俯冲有关,第一次拆沉为古太平洋板块平板俯冲时板片撕裂所致,第二次拆沉为俯冲板片俯冲后撤和高角度俯冲造成。     

热与克拉通破坏

大陆克拉通是地球表面上相对稳定的构造单元。从地热学的角度考虑,克拉通岩石圈的稳定意味着地表热流等于对流地幔岩石圈底部提供的热流加上岩石圈内部由放射性衰变产生的热量。太古代稳定克拉通一般具有冷的地热特征,且处于热平衡状态。打破克拉通热平衡的因素有多种,如岩石圈地幔的放射性生热、来自深部的地幔柱、板块俯冲等。华北是全球古老克拉通遭受破坏最明显和最典型的地区,其破坏与中生代太平洋板块向东亚的深俯冲密切相关。古太平洋板块快速俯冲并停滞在地幔转换带脱水、形成宽约1 000 km的低粘大地幔楔,导致地幔对流增强。在活跃地幔对流的热侵蚀与橄榄岩-熔体相互作用共同作用下,华北克拉通在中生代期间迅速减薄。经过中生代加热减薄的华北克拉通岩石圈强度显著变弱,在俯冲板块后撤作用下,岩石圈拉张并进一步减薄,地表热流升高。华北克拉通破坏是一个漫长的历程,期间大地热流的演化特征呈现出由中生代以前的低值演化至新生代的高值再过渡到现今的中等状态（接近全球大陆平均值）。     

山西新生代汉诺坝玄武岩成因探讨

根据区域地质调查资料,对山西新生代汉诺坝玄武岩的4个火山洼地、7条剖面进行研究。各个火山旋回底部先出现拉斑玄武岩,向上变为碱性玄武岩,岩石均富集大离子亲石元素和轻稀土元素。由东向西,火山喷发时间由早到晚,岩浆活动由弱到强,拉斑玄武岩减少,碱性玄武岩增多,亚碱性玄武岩的稀土元素和微量元素丰度降低,碱性玄武岩的稀土元素和微量元素丰度升高。在原始地幔标准化微量元素蛛网图上,亚碱性玄武岩具Nb、Ta负异常(槽)或呈双峰式,为岛弧玄武岩; 碱性玄武岩呈“隆起”状,类似于洋岛玄武岩(OIB)。山西汉诺坝玄武岩是板块俯冲与地幔柱联合作用的结果,以地幔柱成因为主,板块俯冲成因为辅。亚碱性玄武岩向碱性玄武岩转变,可能代表玄武岩以板块俯冲成因为主转为以地幔柱成因为主; 碱性玄武岩由钾质向钠质变化、亚碱性玄武岩向富铁镁演化,可能分别代表地幔柱向浅、板块俯冲向深的演化过程。     

The transformation of the lithospheric mantle beneath South China Block (SCB): constraints from petrological and geochemical studies of Daoxian and Ningyuan basalts and their melt inclusions

ABSTRACT

The lithospheric mantle beneath the South China Block (SCB) underwent a dramatic transformation from depleted to enriched during late Mesozoic. With a view to deeply understand this process, here we investigate the Mesozoic basalts and their melt inclusions from the Daoxian and Ningyuan regions within the central SCB. The geochemical features of the melt inclusions in these basalts suggest that these rocks originated from the lithospheric mantle enriched through interaction with K-rich aqueous fluids released from subducted Palaeo-Pacific oceanic sediments, whereas the Ningyuan basalts were mainly derived from the asthenospheric mantle source. Geochemical modelling indicates that the Daoxian basalts were generated from 15%-25% of partial melting of garnet lherzolite, whereas the Ningyuan basalts originated from 10%-20% of partial melting of garnet pyroxenites. Our data, combined with those from other Jurassic basalts suggest a temporal evolution of the SCB mantle sources during the Late Mesozoic. Diverse crust–mantle interactions through mixing of the asthenospheric melts with variable proportions of subducted Palaeo-Pacific oceanic sediments might account for the spatial heterogeneity of mantle sources observed beneath the SCB. The transition from Tethyan tectonic realm to the Palaeo-Pacific tectonic regime might have played a significant role in the transformation of the lithospheric mantle beneath the SCB.     

Secular evolution of the lithosphere beneath the eastern North China Craton: evidence from Mesozoic basalts and high-Mg andesites

Geochemical and isotopic data from Mesozoic lavas from the Jianguo, Niutoushan, Wulahada, and Guancaishan volcanic fields on the northern margin of the North China Craton provide evidence for secular lithospheric evolution of the region. Jianguo lavas are alkaline basalts with LILE- and LREE-enrichment ((La/Yb)_N=12.2-13.2) and MORB-like Sr-Nd-Pb isotopic ratios ((⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i<0.704; ε_Nd=3.9-4.8; (²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)_i≈18). Niutoushan basalts are similar but show evidence of olivine fractionation. Wulahada lavas are high-Mg andesites (Mg#∼67) with EM1 Sr-Nd-Pb isotopic signatures. Geochemical data suggest that the basalts originated from MORB-type asthenosphere whereas the high-Mg andesites were derived an EM1 mantle source, i.e., a refractory lithospheric mantle modified by a previously subducted slab. The result, combined with the available data of the Mesozoic basalts from the southern portion of the NCC (Zhang et al., 2002), manifests a vast secular evolution of the lithospheric mantle beneath the eastern NCC from the Paleozoic refractory continental lithosphere to this Mesozoic modified lithosphere. Compared with the cratonic margin, the lithospheric mantle beneath the center of the craton was less extensively modified, implying the secular evolution was related to the subduction processes surrounding the NCC. Therefore, we suggest that the interaction of the slab-derived silicic melt with the old refractory lithospheric mantle converted the Paleozoic cratonic lithospheric mantle into the late Mesozoic fertile mantle, which was also different from the Cenozoic counterpart. A geodynamic model is proposed to illustrate such a secular lithosphere evolution.     

湖南宁远早侏罗世玄武岩中橄榄岩包体的含水性和元素地球化学特征

运用电子探针(EMP)和激光熔蚀等离子体质谱(LA-ICPMS)对湖南宁远早侏罗世玄武岩中的橄榄岩包体矿物进行了主要元素和微量元素的系统分析,结果表明这些橄榄岩是经历了小程度部分熔融的原始地幔残留,并经历了后期交代作用的影响,硅酸盐熔体可能是重要的交代介质。运用显微傅立叶变换红外光谱技术(Micro-FTIR)对宁远橄榄岩中的单斜辉石和斜方辉石进行了详细的观察,结果显示两种辉石均含有以OH缺陷形式存在的结构水,其含量(H2O的质量分数,下同)分别为147×10-6～461×10-6和40×10-6～126×10-6。根据矿物百分含量计算的全岩水含量为34×10-6～108×10-6,除1个样品外,其余样品的水含量均50×10-6。结合文献中的资料看来,由橄榄岩包体所代表的宁远中生代岩石圈地幔的含水量要明显高于华北克拉通新生代岩石圈地幔的含水量(多30×10-6)。宁远中生代岩石圈地幔和华北新生代岩石圈地幔之间的差异反映的可能是中国东部岩石圈地幔含水性的时代演化,即伴随着岩石圈减薄的进行,上涌软流圈的热烘烤使得岩石圈地幔的水含量不断降低。     

宁远－道县地区玄武岩地球化学特征及其构造意义

对湘南宁远、道县两地中生代玄武岩的岩石化学、微量元素及稀土元素等特征作了对比性分析．湘南中生代玄武岩既具裂谷特点又具陆缘活动带的特点．宁远保安地区熔浆发生源区比道县地区浅；前者还经历过一定程度的分异作用，局部熔融程度也高于后者．     

浙东南晚中生代玄武岩的地球化学特征及其对源区物质的指示意义

浙江东南部晚中生代上、下火山岩系（以下简称上、下岩系）中均有玄武岩产出,本文对这些玄武岩分别进行了元 素地球化学和Sr-Nd-Pb同位素研究。不同岩系玄武岩的主量元素均表现出富碱、富Al等特征。但微量元素存在差异,下岩 系天台和青田样品具有轻稀土富集以及Ba, Pb和Sr富集,Eu负异常,Nb, Ta, Zr和Hf亏损的特征。上岩系玄武岩的元素特征 也有差别,永嘉花坦、宁波玄坛地、新昌镜岭和永嘉镜架山等地样品的元素特征表现出的性质与下岩系样品相似,武义玄 武岩样品没有Ta, Nb亏损特征,金衢盆地玄武岩的元素特征则介于两者之间。对应的,这些玄武岩样品的同位素组成也有 明显差异,下岩系玄武岩的初始同位素组成范围为 I Sr=0.70850~0.70897,εN（d t） = -5.6~-4.1,（206Pb/204Pb） i =18.21~18.38,（207Pb/204Pb） i =15.55~15.58,（208Pb/204Pb） i =38.26~38.49,接近下岩系中酸性岩浆岩的范围,反映了下地壳物质对其岩浆源区的显著影响。上岩系玄武岩有明显差异,表现出与元素特征对应的分组现象。其中永嘉花坦、宁波玄坛地、新昌镜岭和永嘉镜架山样品 I Sr = 0.70734~0.70936, εN（d t）= -7.1~-2.1,（ 206Pb/204Pb） i =18.01~18.40,（ 207Pb/204Pb） i = 15.54~15.62,（ 208Pb/204Pb） i=37.99~38.62, 具有富集特征, 可能来自活动大陆边缘; 而武义和金衢盆地样品的 I Sr=0.70533~0.70589, εNd（ t） =0.4~3.3,（206Pb/204Pb） i =17.23~18.11,（ 207Pb/204Pb） i =15.46~15.53,（ 208Pb/204Pb） i =36.91~38.43,具有类似OIB特征,趋向亏损地幔端元。上下岩系玄武岩的元素和同位素组成的研究表明,玄武岩的物质来源有较明显的差别,且表现出随时间变化的特征。其中下岩系玄武岩源区中可能有古老岩石圈地幔、下地壳物质和俯冲蚀变洋壳物质的贡献,而上岩系中玄武岩源区有可能是类似下岩系玄武岩性质的岩石圈、软流圈地幔和下地壳物质等的贡献。浙东南晚中生代岩石圈演化的动力学过程可能与太平洋板块俯冲有关,但不能排除岩石圈地幔拆沉的影响,具体的讨论还需要更多的岩石学和/或地幔包体资料的补充。     

长江中下游中生代安山质火山岩记录的新元古代大洋板片-地幔相互作用

大陆弧安山岩的形成是大洋板片向大陆边缘之下俯冲的结果,但是在具体形成机制上存在很大争议.针对这个问题,对长江中下游地区中生代安山质火山岩及其伴生的玄武质和英安质火山岩进行了系统的岩石地球化学研究,结果对大陆弧安山质火成岩的成因提出了新的机制.分析表明,这些岩石形成于早白垩世,它们不仅表现出典型的岛弧型微量元素分布特征,而且具有高度富集的Sr-Nd-Hf同位素和高的放射成因Pb以及高的氧同位素组成.通过全岩和矿物地球化学成分变化检查发现,地壳混染和岩浆混合作用对其成分的富集特征贡献有限,而其岩浆源区含有丰富的俯冲地壳衍生物质才是其成分富集的根本原因.虽然这些火山岩的喷发年龄为中生代,但是其岩浆源区形成于新元古代早期的华夏洋壳俯冲对扬子克拉通边缘之下地幔楔的交代作用.大陆弧安山岩地幔源区中含有大量俯冲洋壳沉积物部分熔融产生的含水熔体,显著区别于大洋弧玄武岩的地幔源区,其中只含有少量俯冲洋壳来源的富水溶液和含水熔体.正是这些含水熔体交代上覆地幔楔橄榄岩,形成了不同程度富集的超镁铁质-镁铁质地幔源区.在早白垩纪时期,古太平洋俯冲过程的远弧后拉张导致中国东部岩石圈发生部分熔融,其中超镁铁质地幔源区熔融形成玄武质火山岩,镁铁质地幔源区则熔融形成安山质火山岩.因此,大陆弧安山岩成因与大洋弧玄武岩一样,可分为源区形成和源区熔融两个阶段,其中第一阶段对应于俯冲带壳幔相互作用.      

华北东部大陆地幔橄榄岩组成、年龄与岩石圈减薄

对比分析了华北东部地块陆下岩石圈地幔橄榄石Mg#值和单斜辉石的REE配分形式。报道了汉诺坝和鹤壁橄榄岩中不同产状硫化物的激光MC-ICPMS原位Re-Os年龄和信阳橄榄岩中锆石的U-Pb年龄和信阳橄榄岩锆石的U-Pb年龄。在这些资料基础上,进一步讨论了华北东部岩石圈中、新生代时的减薄机制。原位分析在揭示岩石圈深部过程的细节上,有比全岩分析更大的优越性,并揭示出了在华北深部有中元古代(14亿年)和新元古代(7～8亿年)热活动的记录。岩石圈拆沉作用不能很好地解释古老难熔地幔、过渡型地幔和新生饱满地幔并存的事实;同时,单纯的熔体-橄榄岩相互作用也难以解释中、新生代岩石圈的减薄过程和新生地幔单斜辉石中出现强烈LREE亏损现象,即历史复杂的克拉通岩石圈向历史明显简单的“大洋型”地幔的转换。因此,华北东部岩石圈减薄包括地幔伸展、熔-岩作用、侵蚀置换等复杂过程。这些过程可能包括:(1)早中生代时,扬子地块向北俯冲碰撞所引起华北岩石圈的熔/流体交代富集作用、地幔伸展和受扰动软流圈物质上涌并侵蚀被改造了的岩石圈;(2)晚中生代—古近纪,因太平洋俯冲的热扰动致使软流圈物质进一步的强烈侵蚀作用引起岩石圈的巨大减薄;(3)晚第三纪以来的软流圈热沉降作用所带来的小幅度岩石圈增厚过程。岩石圈先大幅减薄、后小幅增厚实现了最终的地幔置换和岩石圈整体的减薄过程。喷发时代为100Ma的阜新玄武岩所捕获的橄榄岩主体是饱满的,说明华北东部部分地区在此之前曾有过地幔置换作用。     

华南壳幔结构与动力学的宽频地震观测研究

了解华南各岩石圈块体壳幔结构和各向异性方面的差异是揭示华南深部构造演化的基础。本文利用布设于华南的两条宽频地震测线观测数据,采用多种地震学方法对华南的地壳上地幔结构和各向异性进行了研究。接收函数结果表明,华南地区地壳厚度和岩石圈厚度都较薄,地壳厚度自东南沿海向西北内陆增厚,扬子克拉通的泊松比(波速比)低于华夏块体,表明扬子克拉通地壳较华夏块体更偏长英质。约北纬29°以北的扬子克拉通地幔转换带厚度明显增厚,可能是由地幔转换带底部停滞的冷的古太平洋板片或中生代克拉通碰撞残留造成的。层析成像结果显示华南上地幔具有很强的横向差异性,上地幔中的强烈低速异常体可能对应了晚中生代发生广泛岩浆作用时的岩浆房和岩浆通道。台湾下方的上地幔存在南北横向差异明显的高速异常,分别对应台湾南部向东俯冲的欧亚板块及台湾北部向北俯冲的菲律宾海板块。俯冲的欧亚板块在台湾南部是连续的,而在台湾中北部,由于与菲律宾海板块的相互作用,俯冲的欧亚板块被折断。剪切波分裂结果显示,以江绍断裂为界,华夏块体与扬子克拉通的岩石圈地幔各向异性存在明显的横向变化,表明两者的构造演化过程有显著差异。     

鄂尔多斯地块北部中、新生代玄武岩地球化学特征及其地质意义

通过对分布于鄂尔多斯地块北部杭锦旗与和林格尔玄武岩地球化学特征的研究,探讨了该区中、新生代岩浆源区的组成、变化及其所反映的地质意义。杭锦旗与和林格尔分别有早白垩世(Ar-Ar年龄为126.2Ma)和晚中新世(Ar-Ar年龄为6.4Ma)玄武岩分布。杭锦旗早白垩世玄武岩的SiO2(46.93%～47.93%)较低而碱含量较高(K2O+Na2O为5.75%～6.21%),组合指数σ为6.7～8.0,K2O(Na2O-2),属于碱性系列的钾质粗面玄武岩;其Mg#值为32.4～32.8,Ni、Cr含量低于20μg/g,反映玄武岩浆形成后经历过橄榄石和单斜辉石分离结晶等后期演化作用;其Nb、Ta相对于La亏损,初始87Sr/86Sr为0.7062,εNd(t)为-12.25,反映岩浆源区主要为富集EMI型地幔。和林格尔晚中新世玄武岩为橄榄拉斑玄武岩,其组合指数σ为2.1～2.8,Mg#值变化于46.7～52.4,Ni含量变化于111.1～125.8μg/g,Cr为123～178μg/g,Mg#值和Ni、Cr含量的变化反映岩浆原生程度随时间变新有所增大;其Nb、Ta相对富集,具有相似于OIB的微量元素特征,但仍表现相对富集的Sr-Nd同位素性质,初始87Sr/86Sr比值变化于0.7051～0.7053,εNd(t)为-1.91～-0.74,推测为软流圈与EMI型岩石圈地幔相互作用的产物。杭锦旗与和林格尔玄武岩的207Pb/204Pb比值都较低,△207/204为3.6～6.5,△208/20460,均具EMI型Dupal异常。玄武岩地球化学特征进一步表明,华北克拉通西部的鄂尔多斯地块所处的岩石圈自早白垩世以来发生过较小规模的伸展减薄作用,但其伸展减薄和被改造的程度远弱于华北东部。     

Geochemical and isotopic investigation of the Laiwu–Zibo carbonatites from western Shandong Province, China, and implications for their petrogenesis and enriched mantle source

Major and trace element and Nd–Sr isotope data of the Mesozoic Laiwu–Zibo carbonatites (LZCs) from western Shandong Province, China, provide clues to the petrogenesis and the nature of their mantle source. The Laiwu–Zibo carbonatites can be petrologically classified as calcio-, magnesio- and ferro-carbonatites. All these carbonatites show a similarity in geochemistry. On the one hand, they are extremely enriched in Ba, Sr and LREE and markedly low in K, Rb and Ti, which are similar to those global carbonatites, on the other hand, they have extremely high initial ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (0.7095–0.7106) and very low _Nd (−18.2 to −14.3), a character completely different from those global carbonatites. The small variations in Sr and Nd isotopic ratios suggest that crustal contamination can not modify the primary isotopic compositions of LZC magmas and those values are representatives of their mantle source. The Nd–Sr isotopic compositions of LZCs and their similarity to those of Mesozoic Fangcheng basalts imply that they derived from an enriched lithospheric mantle. The formation of such enriched lithospheric mantle is connected with the major collision between the North China Craton (NCC) and the Yangtze Craton. Crustal materials from the Yangtze Craton were subducted beneath the NCC and melts derived from the subducted crust of the Yangtze Craton produced an enriched Mesozoic mantle, which is the source for the LZCs and Fangcheng basalts. The absence of alkaline silicate rocks, which are usually associated with carbonatites suggest that the LZCs originated from the mantle by directly partial melting.