再循环陆壳物质对岩石圈地幔的改造:鲁西早白垩世高镁闪长岩中异剥橄榄岩捕虏体证据

本文报道了鲁西早白垩世高镁闪长岩中异剥橄榄岩捕虏体的岩相学与矿物化学资料,以便揭示异剥橄榄岩的成因和岩石圈地幔的深部过程.岩相学研究表明,异剥橄榄岩捕虏体呈浑圆状产于高镁闪长质侵入体中,大小介于3cm×4cm×5cm～3cm×2cm×1cm,并且橄榄石呈残留孤岛状存在于单斜辉石中.矿物化学研究表明,橄榄石的镁橄榄石分子(Fo)介于89～91,Ni=1414～3629ppm,类似于新生代幔源橄榄岩捕虏体中橄榄石的成分,但略低于早白垩世方辉橄榄岩中橄榄石的成分.橄榄石的δ18O值介于(6.03‰±0.33‰)～(6.82‰±0.35‰)(平均值为(6.5‰±0.4‰)),高于典型幔源橄榄岩中橄榄石的δ18O组成(5.2‰±0.3‰).与晚白垩世和新生代玄武岩中地幔橄榄岩捕虏体里的单斜辉石相比,异剥橄榄岩捕掳体中单斜辉石的Na2O,TiO2和Al2O3含量相对偏低,而CaO含量、Mg#值(91.2～94.1)和Ti/Eu比值(Ti/Eu=2082～2845)明显偏高,但与早白垩世高镁闪长岩中方辉橄榄岩里的单斜辉石成分类似单斜辉石以较低的稀土元素(REE)丰度、富集轻稀土元素(LREE)的配分型式和强烈亏损高场强元素(如Nb,Ta,Zr和Hf)为特点.此外,异剥橄榄岩的87Sr/86Sr,143Nd/144Nd和187Os/188Os(125Ma)比值分别变化于0.70596～0.70737,0.512181～0.512416和0.12661～0.57650.上述特征表明异剥橄榄岩为地幔橄榄岩受再循环陆壳物质熔体改造所成.     

上地幔尖晶石-石榴石相转变实验研究及其意义

采用新生代玄武岩中地幔岩捕掳体的矿物、岩石天然样品进行尖晶石与石榴石的相转变实验研究,结果发现尖晶石二辉橄榄岩与石榴石二辉橄榄岩相转变条件(T=1100℃和P=1.8～2.0GPa)与中国东部五相共存的尖晶石/石榴石二辉橄榄岩P-T平衡条件一致.提出中国东部大陆上地幔55～70km深处存在几公里至十几公里厚的尖晶石二辉橄榄岩与石榴石二辉橄榄岩相转变带.尖晶石辉石岩向石榴石辉石岩相转变深度小于55km.实验结果还揭示水促使地幔交代作用,但又抑制了相转变.同时讨论了矿物成分分带现象.     

橄榄石微页理结构的矿物化学及其地幔流变意义

橄榄石地幔流变同时包含物理和化学变化,但由于橄榄石位错的宽度通常＜0.1μm,较难发现适合电子探针微区分析的样品(＞1μm),因此研究较少,并且对其成因机制存在重大分歧,有固溶体出溶、柯氏气团和蚀变反应等多种假说.在东北大兴安岭第四纪火山岩携带的地幔橄榄岩捕虏体中,发现具有地幔流变特征的橄榄石,其中2个样品具有微页理结...     

西秦岭石榴石二辉橄榄岩和石榴石二辉岩包体的温度和压力条件

运用Brey等人和Bertrand等人矿物温压计, 计算了甘肃西秦岭新生代钾霞橄黄长岩中石榴石二辉橄榄岩和石榴石二辉岩包体的平衡温压条件. 计算结果表明, 石榴石二辉橄榄岩和石榴石二辉岩的稳定温度、压力范围分别为1172~1266℃, 2.9~3.6 GPa和1169 ~1248℃, 2.8~3.2 GPa. 两类包体稳定的压力范围均达到或超出尖晶石相橄榄岩稳定的压力条件(2.0~3.0 GPa), 进入石榴石相橄榄岩的稳定区. 包体的平衡温度达到或超过大洋地温线, 并与实验确定的造山作用后岩石圈伸展条件下钾霞橄黄长岩浆的起源温度一致. 因此, 西秦岭新生代地幔的热状态具有发生钾霞橄黄长岩岩浆作用的条件. 包体的岩石矿物学研究及温压计算显示, 石榴石二辉岩与石榴石二辉橄榄岩同为本区地幔的组成, 因此都可能成为钾霞橄黄长岩的源区岩石.     

大别-苏鲁造山带橄榄岩:进展和问题

大别-苏鲁造山带橄榄岩原岩属性可分为壳源和幔源橄榄岩,它们在矿物结构、变质演化以及全岩和单矿物化学成分上存在一系列差别.幔源橄榄岩来自于俯冲板块之上的古老华北克拉通岩石圈地幔,记录了俯冲板块与地幔楔之间相互作用的信息.石榴橄榄岩峰期条件下都显示石榴石和尖晶石共存,石榴石和尖晶石的稳定性和成分都受全岩富化程度控制,尖晶石成分不能用来判别部分熔融程度.难熔幔源纯橄岩中普遍发育低Mg高Ca橄榄石取代早期斜方辉石结构,指示硅不饱和熔体-橄榄岩反应过程,它可能是导致纯橄岩Re-Os同位素年龄偏年轻的原因之一.幔源橄榄岩/辉石岩中的金红石、钛斜粒硅镁石和锆石是俯冲地壳熔/流体迁移高场强元素进入地幔楔的直接矿物学证据,只有通过精细的原位元素和同位素工作,才能准确限定交代介质来源、时间和交代过程.大陆俯冲带地幔楔氧逸度变化范围宽泛(FMQ=5.50~1.75),并随深度增加而减小,但其氧逸度计算结果受矿物组合、温压条件以及折返过程中的脱氢-氧化作用等因素影响.本文对橄榄岩-辉石岩复杂体系相关系、大陆俯冲之前的地幔过程、地壳交代对地幔楔元素-同位素-氧逸度以及物理性质的改造等重要研究方向提出了建议.     

中国东北部沙地重矿物组成及沙源分析

通过对中国东北部呼伦贝尔、科尔沁和浑善达克沙地末次冰盛期(LGM)以来沙样的重矿物组合和碎屑石榴石、电气石化学组成分析, 发现3个沙地的重矿物组合主要为石榴石、钛铁矿和绿帘石以及少量的角闪石和磁铁矿等. 石榴石组成以高Mg的A型石榴石为主(平均含量58%), 还有少量的B型石榴石. 电气石则以富Mg的电气石为主, 也含有少量富Fe的电气石. 与蒙古国中南部和塔里木中部沙样重矿物组成进行对比, 表明3个沙地的沙源为中亚造山带中的显生宙岩石和华北克拉通北部太古代-古元古代基底岩石. 为现代沙是LGM沙翻新而来这一论点提供了一些直接的证据. 3个沙地与塔克拉玛干沙漠在重矿物组成上的差异表明, 中国西部干旱区的沙源对东部沙地的贡献很小.     

阿尔金超高压(>7 GPa)片麻状(含)钾长石榴辉石岩

岩相学和矿物化学研究表明, 阿尔金英格利萨依一带片麻状(含)钾长石榴辉石岩中的粗粒石榴子石出溶单斜辉石和金红石. 统计石榴子石出溶的单斜辉石的面积比最高>5%, 重建出溶前该石榴子石(Grt1)单位分子式中的Si值高达3.061, 为含Na的超Si-石榴石或含有majorite分子的石榴子石. 依据石榴子石含辉石摩尔体积压力计和majoritic-石榴子石 Si-(Al+Cr)压力计估算其峰期变质压力>7 GPa, 利用三元碱性长石温度计和钛铁矿-磁铁矿固溶体的实验资料获其形成温度约1000℃. 同时, 结合其原岩具有板内基性与中性火成岩及其可能是源于大陆岩石圈地幔的基性岩浆演化产物的地球化学特征, 以及与其伴生的超高压石榴子石二辉橄榄岩的发现和超高压含石榴子石花岗质片麻岩的研究, 不仅证明区内超高压岩石的形成是陆壳深俯冲作用的产物, 而且表明这种深俯冲可能达到>200 km的地幔深处. 这对深入探讨阿尔金乃至中国西部碰撞造山带形成与演化的动力学机制提供了新的证据.     

阿尔金超高压(>7 GPa)片麻状(含)钾长石榴辉石岩--石榴子石出溶单斜辉石的证据

岩相学和矿物化学研究表明,阿尔金英格利萨依一带片麻状(含)钾长石榴辉石岩中的粗粒石榴子石出溶单斜辉石和金红石.统计石榴子石出溶的单斜辉石的面积比最高>5%,重建出溶前该石榴子石(Grt1)单位分子式中的Si值高达3.061,为含Na的超Si-石榴石或含有majorite分子的石榴子石.依据石榴子石含辉石摩尔体积压力计和majoritic-石榴子石Si-(Al Cr)压力计估算其峰期变质压力>7GPa,利用三元碱性长石温度计和钛铁矿-磁铁矿固溶体的实验资料获其形成温度约1000C.同时,结合其原岩具有板内基性与中性火成岩及其可能是源于大陆岩石圈地幔的基性岩浆演化产物的地球化学特征,以及与其伴生的超高压石榴子石二辉橄榄岩的发现和超高压含石榴子石花岗质片麻岩的研究,不仅证明区内超高压岩石的形成是陆壳深俯冲作用的产物,而且表明这种深俯冲可能达到>200km的地幔深处.这对深入探讨阿尔金乃至中国西部碰撞造山带形成与演化的动力学机制提供了新的证据.     

华北古生代地幔岩捕掳体中石榴石和巨晶石榴石的主、微量元素

山东蒙阴和辽宁复县古生代金伯利岩中产有众多的地慢岩捕掳体（橄榄岩、榴辉岩）和巨晶矿物．通过对这些捕掳体中石榴石以及石榴石巨晶的电子探针、离子探针微区分析及有关模拟计算,发现这些石榴石在捕获前都受到过金伯利岩质的硅酸盐岩浆不同程度的交代改造．其中辽宁复县榴辉岩型石榴石受地慢交代作用的影响很小,反映原亏损地幔石榴石的组成．相反,山东蒙阴橄榄岩中的石榴石和所有石榴石巨晶则受到了交代流体的彻底改造,并与流体相达到完全的平衡,因此反映的是富集地幔的特征,据此可推测中国华北克拉通下古老的岩石圈地幔在古生代金伯利岩岩浆喷出之前已受到过相当强烈的交代作用的改造。     

羌塘茶布-双湖地区基性超基性岩和火山岩研究

茶布-双湖地区广泛出露了早二叠世和晚三叠世的基性火山岩类和少量的异剥辉石岩、异剥橄榄岩脉体和玻基辉橄岩的异离体。这些超基性岩,是幔源熔体深部结晶或拉斑玄武岩浆早期分凝作用的产物;研究表明,本区基性超基性岩和火山岩不构成蛇绿岩组合,火山岩的地球化学属性与MORB有本质的差别。火山活动发生在以陆壳为基底的初始拉张的板内裂陷槽环境。     

微量元素在尖晶石相和石榴石相橄榄岩中的分布

根据我国东部两个尖晶石相和石榴石相橄榄岩全岩及主要造岩矿物的微量元素组成,探讨了微量元素在不同深度上地慢的分布特征．得到的数据支持大部分强不相容元素（Ｒｂ,Ｂａ,Ｔｈ,Ｕ,Ｓｒ,Ｎｂ,Ｔａ）主要存在于粒间组分和流体包裹体中的观点;流体包裹体对橄榄石和斜方辉石的ＬＩＬＥ组成影响很大,以致不能用固相矿物之间的分配系数来推导ＬＩＬＥ的矿物／熔体分配系数．尖晶石相和石榴石相橄榄岩中的（Ｏｐｘ／Ｃｐｘ）_ＨＲＥＥ有很大的差别,暗示Ｐ－Ｔ条件对平衡分配系数的控制．     

大别山北麓尖晶石橄揽岩中石榴辉石岩包体的成因

最近在大别山北坡霍山铙钹寨等地的超基性岩中发现了石榴辉石岩的包体．石榴辉石岩草绿色致密块状,呈分米级的块体出现于蛇纹石化强烈的橄榄岩中．主要矿物组成是：石榴子石（Ｐｒｐ ２５－３５）,钠质普通辉石（Ｊｄ１０－２５）和少量的钛铁矿．有相当显著的退变质现象,退变质有两期：麻粒岩相矿物组合,明显地被角闪岩相所切割．石榴辉石岩的寄主岩是尖晶石橄榄岩类．包括尖晶石方辉橄榄岩和尖晶石二辉橄榄岩,由于强烈的蛇纹石化,残余的橄榄石（Ｆｏ９２－９３）仅占５％－４０％,斜方辉石富镁（Ｅｎ８７－９３）并有解理弯曲等韧性变形现象．采用Ｅｌｌｉｓ和Ｇｒｅｅｎ（１９７９）及Ｋｒｏｇｈ（１９８８）石榴子石单斜辉石Ｆｅ－Ｍｇ交换平衡温度计,计算出石榴辉石岩的Ｆｅ－Ｍｇ分配系数（ＫＤ）为４．０６－５．２８．温度Ｔ＝ ７９３°－９１９℃,估算压力 Ｐ＝１．５ ＧＰａ．可以推测该橄榄岩体是从深度约 ６０ ｋｍ的地慢,固态侵位于下地壳,而后与之一起隆升到地表．显然,此种石榴辉石岩与其寄主岩之间具有密切的成因联系．石榴辉石岩和橄榄岩的稀土配分型式及其他地球化学特征均说明它们的化学性质相当于大陆地幔部分熔融所形成的玄武岩熔体及其残留体     

天然麻粒岩高温流变实验研究

本实验在气体介质三轴高温流变仪上,采用怀安瓦窑口麻粒岩,在温度900～1200℃、围压300 MPa、应变速率10~(-4)～10~(-6)/s条件下,开展高温流变实验.实验样品麻粒岩由斜长石(52%)、单斜辉石和斜方辉石(40%)、石英(3%)、磁铁矿和钛铁矿(5%)组成,矿物平均粒度为:斜长石294μm、单斜辉石和斜方辉石282μm、石英97μm、磁铁矿和钛铁矿109μm.利用傅里叶变换红外光谱仪分析获得变形后样品的水含量约为0.17±0.05wt%.实验样品的强度随温度升高而降低,随应变速率降低而降低.基于力学数据,采用稳态流变方程,获得实验样品在900～1000℃时的应力指数为8.1～12.9,在1050～1150℃时的应力指数为4.8～5.8,平均值5.2.应力指数随着温度升高而降低.显微结构和成分分析表明,在900℃时麻粒岩出现矿物压扁与定向拉长特征,样品以位错滑移和微破裂变形为主;在950～1000℃时,麻粒岩样品中颗粒边界变得圆滑,表现出位错攀移特征,辉石和磁铁矿边缘出现微量熔体;在1050～1200℃时麻粒岩出现部分熔融,而且随着温度和实验时间(应变)增加,熔体含量增加,熔体结晶出微粒斜长石、辉石和橄榄石,部分辉石通过固体反应生成橄榄石.颗粒边界熔体和矿物反应促进了扩散作用,导致位错攀移和熔体引起的扩散蠕变共同控制了麻粒岩的高温流变.     

上地幔高导物质的连通性和电导率的实验研究进展

矿物/岩石的电学性质是认识地球内部物质与结构的重要依据.高导物质(熔体、流体、石墨、磁铁矿等)能否显著影响上地幔的电性结构,取决于这些物质在上地幔中的连通性、电学性质和体积分数.近年来的研究表明,挥发分(水、二氧化碳)能够有效的降低橄榄岩的固相线,并提高玄武岩熔体的电导率.因此我们可以尝试用少量的熔体去解释上地幔某些区域的高导异常.但目前在高温高压下对这些熔体连通性的研究仍不足,我们并不清楚少量熔体在三维条件下是以何种形式连通的?俯冲带中的水主要储存在孔隙和含水矿物中.地慢矿物的蚀变,含水矿物脱水的过程中将产生含高浓度电解质的流体.二面角的观测证明了在高温高压下流体能在橄榄石间保持连通,因此我们可以认为这些高导流体对俯冲带的电性结构有很大程度的影响.石墨在橄榄岩体系中具有很高的二面角,不大可能以连通薄膜的形式在上地慢广泛存在,但石墨能否以网状形式连通?与机械的将蛇纹石和磁铁矿混合实验相比,绿泥石脱水产生的磁铁矿展示了更好的连通性.这意味着今后研究固相高导物质的连通性时不能忽略矿物在自然条件下的结构特征.     

华北克拉通岩石圈破坏的榴辉岩熔体-橄榄岩反应机制:实验约束

以碧溪岭榴辉岩和大麻坪尖晶石二辉橄榄岩为起始原料,在压力2.0GPa,温度1250～1400℃条件下进行榴辉岩熔体-橄榄岩反应的高温高压实验.实验结果显示,在榴辉岩熔体-二辉橄榄岩反应过程中,熔体消耗橄榄岩中的橄榄石和斜方辉石生成单斜辉石.实验产物的岩石序列为橄榄岩-辉石岩-石榴辉石岩,与Liu等在华北克拉通内部的汉诺坝地区发现的大量中生代地幔复合包体结构非常吻合.在温度1300和1350℃时,榴辉岩熔体-二辉橄榄岩反应产生的熔体具有高镁安山岩的成分特征(Mg#>45),表明榴辉岩熔体-橄榄岩反应可能是高镁安山岩形成的主要原因之一.实验结果表明华北克拉通下地壳榴辉岩在中生代可能发生过拆沉作用;榴辉岩拆沉进入软流圈地幔后,部分熔融产生的熔体可以消耗岩石圈地幔橄榄岩,导致华北克拉通的减薄,从而为华北克拉通岩石圈地幔被软流圈地幔改造的熔体-橄榄岩反应机制提供实验约束.     

地幔是由什么组成的

“橄榄岩是主要成分”已成定论地球有地壳、地幔和地核三层构造,这是众所周知的。那么,“橄榄石”是何物呢?人们认为,大约地球的一半,即地壳和地幔,是由岩石组成的。而且,地幔是由被称为“橄榄岩”的岩石或以“橄榄岩”为原料的物质所组成,在目前已成“定论”。所谓橄榄石就是构成“橄榄岩”的最重要的矿物,即主要成分。因此,根据上述定论,可以说橄榄石就是地幔的主要成分。但是,笔者想在本文中对这一“定论”本身重新进行探讨。那么,“橄榄石”和“板     

大别山北麓尖晶石橄揽岩中石榴辉石岩包体的成因

最近在大别山北坡霍山铙钹寨等地的超基性岩中发现了石榴辉石岩的包体．石榴辉石岩草绿色致密块状,呈分米级的块体出现于蛇纹石化强烈的橄榄岩中．主要矿物组成是：石榴子石（Ｐｒｐ ２５－３５）,钠质普通辉石（Ｊｄ１０－２５）和少量的钛铁矿．有相当显著的退变质现象,退变质有两期：麻粒岩相矿物组合,明显地被角闪岩相所切割．石榴辉石岩的寄主岩是尖晶石橄榄岩类．包括尖晶石方辉橄榄岩和尖晶石二辉橄榄岩,由于强烈的蛇纹石化,残余的橄榄石（Ｆｏ９２－９３）仅占５％－４０％,斜方辉石富镁（Ｅｎ８７－９３）并有解理弯曲等韧性变形现象．采用Ｅｌｌｉｓ和Ｇｒｅｅｎ（１９７９）及Ｋｒｏｇｈ（１９８８）石榴子石单斜辉石Ｆｅ－Ｍｇ交换平衡温度计,计算出石榴辉石岩的Ｆｅ－Ｍｇ分配系数（ＫＤ）为４．０６－５．２８．温度Ｔ＝ ７９３°－９１９℃,估算压力 Ｐ＝１．５ ＧＰａ．可以推测该橄榄岩体是从深度约 ６０ ｋｍ的地慢,固态侵位于下地壳,而后与之一起隆升到地表．显然,此种石榴辉石岩与其寄主岩之间具有密切的成因联系．石榴辉石岩和橄榄岩的稀土配分型式及其他地球化学特征均说明它们的化学性质相当于大陆地幔部分熔融所形成的玄武岩熔体及其残留体     

橄榄石和橄榄岩蛇纹石化过程中气体形成的对比研究

对比311℃,3 kbar时橄榄石和橄榄岩蛇纹石化后氢气和烷烃的产量,探讨初始物粒径大小对气体形成的影响.结果表明,橄榄石蚀变产生的氢气和甲烷远低于橄榄岩,而其乙烷和丙烷产量相当.初始粒径为30?m的橄榄石,27天后氢气和甲烷的浓度分别为79.6 mmol/kg和460?mol/kg.相应地,同样粒径的橄榄岩经历相同的反应时间后,氢气和烷烃的浓度分别为119 mmol/kg和1300?mol/kg,远高于橄榄石蛇纹石化产生的氢气和烷烃.这表明橄榄石和橄榄岩的蛇纹石化过程是不同的,可能是由于尖晶石和辉石的影响.此外,初始物粒径大小影响氢气和烷烃的产量,粒径大时气体的产量低,这表明费托合成可能受反应动力学的影响.因此,初始物类型及其粒径大小制约蛇纹石化过程中氢气和烷烃的形成.和本文烷烃相比,海底热液区的甲烷含量更高,高含量的烷烃可能需要催化剂的参与或者经历很长时间的蛇纹石化形成.     

宁强碳质球粒陨石中不透明矿物集合体的矿物岩石学分析及其成因

宁强碳质球粒陨石的球粒和基质中存在大量圆形的不透明矿物集合体. 其中的主要矿物为富镍金属、磁铁矿和铁镍硫化物, 另有少量磷酸盐、富磷橄榄石、辉石及微量的铂族金属颗粒. 这种矿物组合与难熔包体中的不透明矿物集合体非常相似, 因此, 它们具有相似的成因机制. 富磷橄榄石是自然界十分罕见的矿物相, 它是液态含磷金属与橄榄石晶体之间在快速冷却过程中发生非平衡反应的产物. 富磷橄榄石出现在不透明矿物集合体, 说明不透明矿物集合体的金属前身是从组成球粒的硅酸盐熔体中出溶结晶而成, 而不是直接从星云中凝聚而成. 宁强陨石中不透明矿物集合体的矿物岩石学特征表明, 不透明矿物集合体是由内生的均匀金属在陨石母体上受到低温水蚀变作用形成的.     

大洋深俯冲带流变性质及其地球动力学意义——来自地幔岩高温高压实验的启示

在压力3GPa,温度1450～1600K,应变速率10-4～10-5s-1条件下,对深俯冲带和上地幔中两种重要岩石（榴辉岩和方辉橄榄岩）的流变性质进行了实验研究,获得了榴辉岩在超高压条件下的流变参数,应力指数为3.4,活化能为480kJ/mol,活化体积为12cm3/mol.实验结果表明具有中等石榴石含量榴辉岩的流变强度与方辉橄榄岩的流变强度在上地幔浅部条件下基本相当,是多晶绿辉石岩强度的2～3倍和多晶石榴石岩强度的一半.随榴辉岩中石榴石含量的逐步增加,岩石的整体流变强度也不断增大.在实验研究基础上,计算了不同板块汇聚速率条件下深俯冲大洋岩石圈在不同深度层次上的流变强度,以及橄榄岩和榴辉岩上地幔流变强度随深度的变化.研究表明,俯冲洋壳从下覆的上地幔拆离出来最有可能发生在缓慢俯冲的热俯冲带中;而快速俯冲的冷俯冲带,俯冲地壳与上地幔之间在强度上是耦合的,发生拆离的可能性不大.过渡带是上地幔中除岩石圈地幔外的高强度和高黏度层.