上地幔流体的性质和作用——从女山幔源二辉橄榄岩捕虏体获得的证据

玄武岩浆从地幔深处挟带上来的超镁铁质捕虏体含有地幔流体的直接证据,它们对于阐明地幔深部地质作用(部分熔融作用、地幔交代作用)的机制十分重要。女山幔源二辉橄榄岩的研究结果表明,初始的地幔流体除富含CO_2外,尚含有H_2O和少量CO、CH_4、SO_2、C1、F。地幔中的初始流体(挥发组分)在源部是溶解于地幔橄揽岩的高压固体矿物相中,它们在地幔上隆减压时出溶,形成细小的最早期流体包裹体。这些自由流体相在一定部应聚集,使得地幔固相线(和液相线)下降,引起上地幔发生减压部分熔融。初始的部分熔融主要发生于矿物边界,以单斜辉石最易遭受,形成矿物边缘的海绵状部分熔融带。当地幔剪切流动时,初始的部分熔融体珠滴联合成大的珠滴,并开始渗透,在变形橄榄岩中相连成脉状网络,晚期含C0_2岩浆包裹体及填隙玻璃即为其代表。由于剪裂作用,熔体(和流体)压裂开上覆橄榄岩,产生岩墙状通道,并在上地幔的某些低压区聚集成岩浆库。流体和熔体均为地幔交代作用的介质。在流体参与下,上地幔低度部分熔融产生的熔体将高度富集不相容元素。这些熔体和流体与亏损地幔间的相互作用,可以带来不相容元素重大的局部富集。当流体(和熔体)中H_2O浓度低时,仅发生隐交代作用;当H_2O浓度较高时,部分熔融程度也较高,相应有含水相(如角闪石等)成核,出现矿物交代作用。     

地幔柱稀有气体同位素示踪研究的进展及其意义

利用地幔柱、上地幔和地壳在稀有气体同位素组成方面的明显差异,国际上在对地幔柱进行示踪和判识方面已取得了良好的效果。地幔柱的3He/4He值大于8～8.5Ra(Ra=1.4×10-6),且高于上地幔和地壳值;地幔柱的20Ne/22Ne值大于等于10.8,与上地幔值接近,但地幔柱的21Ne/22Ne值低于上地幔值;地幔柱的40Ar/36Ar值一般明显低于上地幔值;地幔柱的129Xe/130Xe和136Xe/130Xe值普遍高于上地幔和地壳值,且高于上地幔值约10%以上。中国东部新生代地幔岩的3He/4He值总体在上地幔3He/4He端员值(8±1Ra)的上下变化,与地幔柱的3He/4He值差异较大。大火成岩省(LIP)的形成与深部地幔柱的活动有关,峨眉山玄武岩是中国目前唯一被学术界普遍认可的LIP。开展包括峨眉山玄武岩在内的有关地幔柱稀有气体同位素示踪方面的研究,对于深化中国地幔柱领域的研究和推动大陆动力学研究的进程具有重要意义。     

大陆地幔交代作用:地台活化的先驱事件?

地幔交代作用已得到幔源岩石地球化学研究的证实,并已广泛地用于解释上地幔的不均一性、地幔地球化学演化和幔源碱性岩浆的成因问题。本文通过分析国内外某些典型地洼区(中国滇西、华北;西德莱茵地堑;东非裂谷;澳大利亚东部;法国中央地块)幔源岩石的微量元素和Sr、Nd、Pb同位素资料,发现这些地洼区在地台阶段向地洼阶段转化过程中,上地幔化学结构由亏损状态向富集状态转化。上地幔的化学结构的这种转化主要由地幔交代作用所造成。同位素体系计时结果表明地幔交代作用是导致地台活化的先驱事件。地幔交代作用不仅改变了上地幔的化学结构,而且导致交代地幔热流升高、密度减小、体积膨大、固相线下降。所有这些效应加剧了地幔的蠕动和向地壳的热量释放,并产生地台的活化。     

特提斯洋对流上地幔Os同位素组成估算的新方法及初步运用

对流上地幔Os同位素组成的准确估算是运用Re-Os同位素体系探讨地幔演化的基础。前人研究主要是以地幔橄榄岩为研究对象,由于地幔橄榄岩Os同位素存在明显的不均一性,因而直接影响估算值的准确性。对流上地幔中包含的不同亏损程度的难熔组分在部分熔融过程中难以熔融,对形成的熔体相的Os同位素组成贡献很少或者没有。因此,与对流上地幔具有相同的Os同位素组成初始值的早期分离结晶岩石(如堆晶岩),结合堆晶岩中锆石的准确定年,可以用来估算对流上地幔Os同位素组成。本文根据这一方法测试了那曲地区弧后盆地堆晶岩的Os同位素组成和锆石U-Pb年龄,推测那曲地区新特提斯洋对流上地幔Os同位素组成为碳质球粒陨石型的。根据这一模型,对比了罗布莎和东巧铬铁矿岩、含矿围岩以及不含矿围岩的Os同位素特征,揭示出矿石及围岩均具有古老大陆岩石圈地幔信息,而不含矿围岩(泽当岩体)的Os同位素组成为碳质球粒陨石型的,无古老大陆岩石圈地幔信息。     

福建省碱质玄武岩系列中超镁铁岩包体的特征及其生成的温度和压力

超镁铁岩历来普遍地引起人们的注视,尤其在当前,因为它们经常地被视为与上地幔成分有关的物质。特别是金伯利岩和碱质玄武岩系列中的超镁铁岩包体——被大多数学者较一致地认为是上地幔的岩石。众所周知,地壳的岩浆活动,变质作用和大地构造性质与地球深部的物质组分有着密切的关系。为此,很多地学工作者都在研究地幔的物质组分。对于上地幔物质组分的研究,除采用地球物理和高温高压的模拟实验方法外,更需要研究直观的上地幔标本,即是超镁铁     

金云母的电导率测定及其地球物理学意义

<正>金云母是上地幔中非常常见的一种矿物,尤其是在大陆岩石圈地幔中。一般说来,金云母可以出现在两种地质构造环境中:(1)正常上地幔,主要是幔源流体或熔体上升过程中与围岩相互反应的产物;(2)俯冲带体系,主要是俯冲板片脱水产生的流体与上覆地幔楔相互反应的产物。尽管介质的来源有着本质区别,这两种形式的金云母都可以看作是与地幔交代作用有关。这使得金云母虽然在整个上地幔中的总量不高,但在局部地区却可以达到一定程度的富集,并对上地幔的性质产生重要影响。比如:金云母是上地幔中     

地幔流体作用——地幔捕虏体中流体包裹体的研究

被碱性玄武岩和金伯利岩带到地表的地幔捕虏体是认识地球深部信息的窗口 ,是人们能够直接观察到的一种上地幔样品 ,其矿物中流体包裹体的存在提供了上地幔流体活动的直接证据。流体 /地幔矿物之间元素的分配对约束地幔交代过程中流体相的作用和上地幔流体的组成 ,揭示俯冲带壳幔物质的再循环过程 ,解释岛弧玄武岩高场强元素亏损的原因有重要意义。文章对近年来有关地幔捕虏体中流体包裹体的研究进行了评述 ,并结合近年来流体 /地幔矿物之间元素分配的高温高压实验研究讨论了流体在地幔中的重要作用。     

华北太古代上地幔钕同位素组成、演化及对该区岩石圈地幔不均一性的制约

近年所获得的华北各地区太古代变质火山岩系9个较准确的Sm-Nd同位素年龄及初始Nd同位素比值表明,华北太古代(3500—2500Ma)上地幔都是亏损的,但在1000Ma范围內其ε_(Nd)值一直恒定在+3左右,与全球太古代亏损地幔Nd同位素演化规律一致。这表明华北太古代的构造体制有可能使大量地壳物质重新进入地幔从而保持ε_(Nd)值的恒定。如果华北大陆岩石圈地幔的主体是在太古代时从对流上地幔中分离出来的,利用该区太古代上地幔Nd同位素组成及其可能的sm/Nd值进行计算,可获得该区岩石圈非交代地幔应是与N型大洋中脊玄武岩(以下简称MORB)源类似或更亏损的高亏损地幔,其现代ε-(Nd)值最大变化范围在+7—+23之间。至今在华北我们尚未发现由这种高亏损非交代大陆岩石圈地幔产生的大陆玄武岩。如果某些大陆玄武岩可能产生于大陆岩石圈地幔,则其源区必定是经过地幔交代作用再富集了的地幔。     

上地幔岩石的交代分异模式

地球的上地幔和岩石围(厚度为200—400公里)的成分和构造早已引起地质学家的关注.这是由于造壳作用多数都决定于地幔作用,而许多矿床的形成则决定于壳下地质活动.当代有关上地幔成分和构造的资料都是以地球物理研究的间接资料和对地幔产物的直接研究为基础的,这些地幔产物通过各种方式上升至地表或进入地壳中.地球物理资料表明,上地幔的纵向和横向不均匀性特别明显.弹性波速度(Vp)的变化说明上地幔中可能存在着大量的镁铁岩和超镁铁岩.近年来所进行的地震研究表明, 土地幔具有分层特征,以Vp速度从7.4—8.6公里/秒的交替分层,和呈现出具低速弹性波(波导)的一些相互分离、厚度不大的分层,代替了先前测得的唯一的强波导层(帕夫连科娃,1983).     

上地幔中的流体和熔体

玄武质和金伯利岩质火山岩浆从地幔深处挟带的橄榄岩捕虏体为研究上地幔中流体和熔体的性质提供了非常丰富的直接证据。本文通过考察中国东部新生代碱性玄武岩(碧玄岩、橄榄霞石岩、碱性橄榄玄武岩)所含地幔橄榄岩捕虏体中的流体包裹体、熔体包裹体和玻璃,直接研究上地幔中的流体和熔体     

云南马关碧(钾)玄质火山角砾岩中矿物混晶包体特征及其地质意义

在云南马关碧(钾)玄质火山角砾岩中发现了一类特殊包体,呈红色与黑色两种。经X射线粉晶衍射鉴定,红色者为以锰铝榴石为主要结晶相的隐晶—非晶质混晶,黑色者为以绿辉石为主要结晶相的隐晶—非晶质混晶。两种矿物混晶包体在一定程度上类似于熔浆玻璃或熔体囊,它们具有同源演化的相似地球化学特征。文中通过对两种矿物混晶包体的显微特征与地球化学分析研究表明,它们是亏损地幔部分熔融的产物,并作为一种不混溶熔体成分被碱性玄武岩浆携带、运移上升。它们代表了石榴石相(榴辉岩相)地幔源区组分,暗示新生代时期软流圈上涌除释放小体积交代熔体交代上地幔使其富集之外,还造成岩石圈地幔拆沉,尖晶石相地幔组分向石榴石相地幔组分转变。另外,据两种混晶包体与其他类型包体和寄主岩岩浆的不同来源,推测马关地区深部岩石圈地幔经交代作用发生过两次转换。首先是由原始地幔向亏损地幔转化,并发生部分熔融,其后是由亏损地幔转化为富集地幔,形成富碱岩浆和与其互不混溶的进一步富集成矿元素的地幔流体。由此暗示滇西地区与富碱斑岩有关的多金属成矿作用即受制于这一深部地质过程与壳幔混染机制。     

地幔中水的存在形式和含水量

水以含水变质矿物、无水硅酸盐矿物(橄榄石、辉石等)及其高压结构相(β橄榄石、γ橄榄石、钙钛矿相、方镁铁矿等)、高密度含水镁硅酸盐和熔体的形式存在于地幔各层圈中。根据各类玄武岩水含量推断出的上地幔源区的水含量,和由地幔岩主要矿物———橄榄石的水含量估算出的上地幔水含量(质量分数)很接近,在0.02%左右。以橄榄石和辉石高压相的水含量为依据,进行了过渡带和下地幔水含量的估算,其结果是:过渡带和下地幔上部的水含量(质量分数)为1.48%,下地幔下部水含量(质量分数)为0.21%。据此,计算出的地幔各层圈的总水量表明,地幔水的74%以上存在于过渡带和下地幔上部。将地幔总水量和现代海洋总水量之和作为地球总水量,计算出现代海洋总水量约占全球总水量(质量分数)的6.6%,这个结果与笔者根据地球的球粒陨石成分模型计算出的总水量(6%)十分接近。     

云南马关碧(钾)玄质火山角砾岩中矿物混晶包体特征及其地质意义

在云南马关碧(钾)玄质火山角砾岩中发现了一类特殊包体,呈红色与黑色两种。经X射线粉晶衍射鉴定,红色者为以锰铝榴石为主要结晶相的隐晶—非晶质混晶,黑色者为以绿辉石为主要结晶相的隐晶—非晶质混晶。两种矿物混晶包体在一定程度上类似于熔浆玻璃或熔体囊,它们具有同源演化的相似地球化学特征。文中通过对两种矿物混晶包体的显微特征与地球化学分析研究表明,它们是亏损地幔部分熔融的产物,并作为一种不混溶熔体成分被碱性玄武岩浆携带、运移上升。它们代表了石榴石相(榴辉岩相)地幔源区组分,暗示新生代时期软流圈上涌除释放小体积交代熔体交代上地幔使其富集之外,还造成岩石圈地幔拆沉,尖晶石相地幔组分向石榴石相地幔组分转变。另外,据两种混晶包体与其他类型包体和寄主岩岩浆的不同来源,推测马关地区深部岩石圈地幔经交代作用发生过两次转换。首先是由原始地幔向亏损地幔转化,并发生部分熔融,其后是由亏损地幔转化为富集地幔,形成富碱岩浆和与其互不混溶的进一步富集成矿元素的地幔流体。由此暗示滇西地区与富碱斑岩有关的多金属成矿作用即受制于这一深部地质过程与壳幔混染机制。     

深部熔融与深部熔体的演化

<正>地幔熔融主要发生在上地幔的浅部,生成以玄武岩为主的幔源岩浆。然而,实验岩石学和金刚石中的矿物包裹体证据都说明,由于再循环地壳物质具有较低的固相线温度,低程度熔融可以在地幔更深处发生(上地幔下部,地幔过渡带或者下地幔),生成少量碳酸盐熔体。然而,目前人们对这种深部熔体上升过程中如何演化还知之甚少。这里我们利用山东的一组新生代霞石岩质火山的时空分布和地球化学特征上的     

深部物质运动的气体地球化学特征

根据氦同位素地球化学资料讨论了中国东部和云南腾冲地区上地幔的脱气。尽管地球脱气作用主要发生在地球形成时的十亿年间，但是后期的脱气作用仍是影响大气圈演化的主要因素。在两种力学性质不同的构造带──中国东部大陆裂谷和位于欧亚板块与印度板块缝合带的腾冲火山区，采集了天然气样，并分析了气体组分和氦同位素组成，较高的３Ｈｅ／４Ｈｅ值和地质、地球物理资料表明天然气和温泉气中的氦相当一部分是来自上地幔。来自上地幔的氦和其他气体自第三纪以来不断在气藏中聚集或向大气中逃逸。伴有源于上地幔的岩浆活动的地幔脱气是深部物质运动的具体表现形式，它对新生代气候演变可能有直接影响。     

地壳增生及壳—幔对流

地壳增生现在主要是在聚敛边界通过地壳对地幔的萃取作用而实现的、对该过程只能进行间接观察。在较新的聚敛边界,那些到达地壳最上部的普通玄武岩和安山岩(及相应的侵入岩)并非直接源自地幔(因为它们不具地幔的初始组分)。例如,在阿留申岛弧带橄榄拉斑玄武岩被认为是由初始岩浆形成的,与其有关的常见组分高铝玄武岩是由橄榄岩和单斜辉石岩通过分离作用形成的,而后者积聚在莫霍面并代表新生的上地幔。更常见的是酸性火山     

吉林伊通新生代玄武岩中上地幔包体的研究

近年来,人们对地球的研究已经由地壳深入到地幔,尤其本世纪六十年代末兴起的板块学说促使人们对上地幔更加关注。研究上地幔组成的最新鲜、最直接的岩石就是碱性玄武岩中的深源包体,它被誉为地幔的“信使”。我省沿北东向断裂带和白头山周围分布的新生代玄武岩中,多含上地幔超镁铁岩包体。深     

西藏东巧方辉橄榄岩的显微构造特征及其流变学意义

西藏东巧地区蛇绿岩套中橄榄岩是青藏高原出露的为数不多的地幔岩体之一, 对于揭示该地区的上地幔流变学特征具有重要意义.报道了该地区方辉橄榄岩中橄榄石的位错显微构造特征, 估算了上地幔流变学参数.显微构造研究表明, 东巧方辉橄榄岩发育残斑结构, 橄榄石中位错组态类型比较丰富, 包括自由位错、位错壁(包括宽阔型和紧密型)、位错弓弯和位错网, 表明橄榄石的主导变形机制可能为位错蠕变.该区地幔岩变形大致分为2个阶段: (1) 地幔缓慢塑性流动变形, 形成宽阔型位错壁; (2) 蛇绿岩侵位过程中的变形, 产生紧密型位错壁.根据2种位错壁估算的流动应力平均值分别为3 9.3MPa (宽阔型)和113.9MPa (紧密型), 计算结果获得东巧地区上地幔流动速率为1.13× 10-12 ~ 2.95× 10-11s-1, 有效粘度为4.44×1017~ 1.16×1019Pa°s, 这些参数为东巧地区上地幔物理特征提供了流变学的约束条件      

南海北缘新生代构造演化的深部制约(I):幔源包体

对南海北缘新生代玄武岩中幔源包体的研究揭示了该地区上地幔的不均一性和复杂的地幔过程。部分橄榄岩中单斜辉石(Cpx)具有极低的Ti含量(<160μg/g),这与这些样品中较高的Cpx含量(8%～12%)不匹配。主元素成分变化趋势以及Cpx中HREE分异现象,暗示该区上地幔经历了变压熔融。地幔熔融始于深部的石榴子石稳定区并延续到浅部的尖晶石稳定区(总熔融程度达23%)。这些熔融残余受到了硅酸盐和含水流体的交代。橄榄岩的微量元素组成指示南海北缘地幔具有大陆裂谷型地幔的特征,而与俯冲带之上的地幔楔或受俯冲作用影响的地幔有很大的差别。包体的平衡温度和橄榄石中Fo之间的负相关关系暗示岩石圈地幔具成分分层结构。该地幔的下部由大洋型橄榄岩组成,而地幔顶部为类似于太古宙-元古宙地幔的富斜方辉石方辉橄榄岩。这一岩石圈结构与该地区岩石圈的减薄和软流圈对老岩石圈的置换有关。深源岩石记录的信息支持南海海盆是陆缘扩张引起的主动盆地的观点。     

雷州半岛地幔岩包体中橄榄石的塑性形变研究

广东雷州半岛南部第四纪更新世晚期碱性玄武岩浆活动广泛。胡长霄曾报道过田洋火山口附近火山角砾岩中产有超基性角砾,并认为来源于上地幔。其附近碱性玄武岩流中也有类似成分的地幔岩包体。本文所研究的样品即采自碱性玄武岩流的地幔岩包体。 对地幔岩包体的固态塑性形变研究是阐明地幔对流机制的重要内容,并可为板块运动和上地幔动力学的研究提供地幔物质塑性流动的直接证据。