汉诺坝橄榄岩捕虏体的单斜辉石LAM-ICPMS分析及其岩石圈地幔演化意义

橄榄岩成分及其中矿物(如单斜辉石)微量元素组成可以很好地揭示岩石圈地幔性质．在对汉诺坝新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体做详细岩相学和岩石化学研究基础上,重点分析了单斜辉石的激光原位微量元素,并探讨了新生代华北克拉通北缘岩石圈地幔特征及地幔演化．汉诺坝地区岩石圈地幔是相当于原始地幔经过不同程度的部分熔融抽取形成的,除个别样品的部分熔融程度为15％-20％外,多数样品<5％．全岩主元素、单斜辉石成分体现出新生代汉诺坝地区的岩石圈地幔是很不均一的:在主体饱满型中有亏损型地幔的残留．这种共存现象可能是软流圈物质对古老地幔进行侵蚀、混合和改造置换的结果．单斜辉石微量元素组成所体现的碳酸岩岩浆交代作用和硅酸盐熔／流体的交代作用也支持这一认识．     

内蒙古集宁新生代玄武岩中橄榄岩包体矿物化学特征及其地幔演化意义

在无水"干"体系的四矿物相橄榄岩中,单斜辉石由于熔点低而通常记录着丰富的部分熔融作用和地幔交代作用信息。在详细岩相学特征和组成矿物主元素分析基础上,重点对内蒙古集宁玄武岩中橄榄岩包体的单斜辉石进行了激光原位微量元素研究。通过与新生代时华北具古老克拉通地幔特征(如鹤壁)和具新生岩石圈地幔特征(如山旺)的橄榄岩对比,讨论了新生代时集宁地区陆下岩石圈地幔性质及其形成和演化机制。集宁地区岩石圈地幔是相当于原始地幔经过较低程度的部分熔融抽取形成的,除个别样品的部分熔融程度5%外,多数样品为5%～10%。橄榄岩的平衡温度与橄榄石Mg#关系表明新生代时集宁地区的陆下岩石圈地幔是不均一的,无明显分层现象,表现为饱满与过渡型地幔的共存。这种主体饱满并兼有过渡型地幔的不均一现象,可能是软流圈物质对古老地幔进行不均匀侵蚀、改造和置换作用的结果。     

内蒙古集宁橄榄岩包体微区微量元素与Sr同位素特征及其岩石圈地幔演化的指示意义

为完整了解华北克拉通的破坏程度和机制,加深对其西部陆块岩石圈地幔的研究十分重要,而位于华北克拉通西部集宁新生代碱性玄武岩中的地幔橄榄岩包体,为研究人员认识该地区的岩石圈地幔的性质和演化起到指示作用.运用LA-ICP-MS和LA-MC-ICP-MS对集宁地区橄榄岩矿物进行原位微区测试,获得其主量、微量元素和Sr同位素成分的数据.根据矿物组成,可以将集宁地区的橄榄岩分为两类:第一类为贫单斜辉石橄榄岩 (单斜辉石体积分数小于8%),它们经历了高程度的部分熔融,可能是古老难熔岩石圈地幔的残留;第二类为二辉橄榄岩 (单斜辉石体积分数大于13%),其熔融程度低,代表了新生饱满的岩石圈地幔.第一类橄榄岩中单斜辉石REE含量整体偏低且轻微富集LREE,第二类橄榄岩中单斜辉石具有LREE富集和轻微亏损两种配分模式,大部分样品的核边有一定的强不相容元素及Sr同位素组成变化.这些微量元素和同位素特征都表明集宁橄榄岩包体经历过交代作用.(La/Yb)_N和Ti/Eu比值特征表明它们经历过多阶段的交代作用,交代介质有硅酸盐、碳酸盐熔/流体,这些交代介质可能为来源于古亚洲洋板块俯冲时释放的熔/流体.      

长白山新生代玄武岩中橄榄岩包体所揭示的岩石圈地幔特征

长白山地区位于华北克拉通东北部,广泛出露富含地幔橄榄岩包体的新生代玄武岩,为研究岩石圈地幔的性质和演化提供了优越条件。本文对长白山地区天池和龙岗新生代火山岩群中尖晶石相橄榄岩包体进行了岩石学、全岩主微量元素、矿物主量元素、单斜辉石微量元素和Sr-Nd-Hf同位素分析。研究结果表明,尖晶石相橄榄岩包体由二辉橄榄岩和少量的方辉橄榄岩组成,Mg#值为87.4～91.2,表现出新生饱满的特征,平衡温度为900～1100℃。橄榄石的Mg#值(%Fo)为85.6～91.3。单斜辉石包括四种类型:(1)轻稀土元素严重亏损型;(2)轻稀土元素亏损型;(3)向右微倾型和(4)"勺型"。单斜辉石表现出Sr同位素(87Sr/86Sr=0.702749～0.707276)整体亏损,部分样品富集的特征,单斜辉石的Nd-Hf同位素呈现出亏损特征(143Nd/144Nd=0.512886～0.51333、εHf=+17.7～+49.8)。长白山地区二辉和方辉橄榄岩分别经历了小于10%和略大于10%的部分熔融作用,并受到富水硅酸盐熔体的地幔交代作用。太平洋板块向西俯冲作用使得软流圈上涌并携带大量壳源物质进入地幔深部,与岩石圈地幔发生橄榄岩-熔体反应,形成了长白山地区不均一的岩石圈地幔,以新增生饱满地幔为主,夹有少量古老难熔岩石圈地幔碎片。     

辉南新生代玄武岩中捕虏体橄榄岩矿物化学与华北岩石圈地幔演化

内容提要：在对吉林辉南新生代玄武岩中捕虏体橄榄岩详细的岩相学和矿物主量元素研究基础上,重点分析了单斜辉石激光原位微量元素,并讨论了辉南陆下岩石圈地幔的性质及其在华北克拉通破坏过程中的意义。橄榄石、单斜辉石和尖晶石的Mg#和Cr#均表明该区陆下岩石圈地幔主体是饱满的,同时也存在少量过渡和难熔型地幔。单斜辉石REE配分形式包括LREE亏损、倒U字型REE和LREE富集等不同类型。这些橄榄岩是地幔经历不同程度的部分熔融作用(低于10%)和复杂地幔交代作用的产物。交代介质主体是硅酸盐熔体,但个别样品有碳酸岩熔体交代的残留。橄榄石Mg#和平衡温度无相关性,说明辉南陆下岩石圈地幔不存在明显的分层而是交叉的。这些地幔特征和华北东部其他地区新生代的主体地幔性质相似,是熔-岩反应、侵蚀作用和上涌软流圈物质冷却转变置换的综合结果。     

吉林东部汪清新生代玄武岩中地幔包体的矿物化学：对该地区岩石圈地幔形成过程的启示

在对吉林汪清新生代玄武岩中橄榄岩包体进行全岩主、微量元素分析的基础上,重点分析了矿物的主、微量元素含量,讨论了华北克拉通东北缘与兴蒙造山带结合部位陆下岩石圈地幔所经历的部分熔融作用和地幔交代作用。橄榄石的Fo、单斜辉石以及尖晶石的Mg#和Cr#均表明该地区陆下岩石圈地幔相对饱满。对地幔橄榄岩透辉石微量元素模拟计算证实,汪清陆下岩石圈地幔经历了1%~3%的部分熔融作用,并遭受后期硅酸盐熔体交代作用。这些地幔特征与中国东部其他地区新生代主体岩石圈相似。研究结果证明,吉林汪清中、新生代以来岩石圈性质的转变是在汇聚板块构造体制下通过“拆沉作用”实现的。     

华北中、新生代岩石圈地幔的交代作用：含金云母地幔岩提供的证据

本文对华北克拉通三个不同地区(河北汉诺坝、内蒙古集宁三义堂、河南鹤壁)新发现的含金云母尖晶石二辉橄榄岩和尖晶石橄榄单斜辉石岩捕虏体进行了详细的矿物组成、单斜辉石的微量元素和 Sr-Nd 同位素研究。通过与相同地区不含金云母尖晶石二辉橄榄岩捕虏体的系统对比发现通常含金云母的地幔橄榄岩比不含金云母的地幔橄榄岩岩富 Al_2O_3、CaO、NaO、K_2O、TiO_2,但相对贫镁;其单斜辉石的 LREE 更为富集,但 Sr、Nd 同位素组成则相对亏损。这说明地幔交代作用不仅能够造成地幔橄榄岩的玄武质组分和稀土元素的富集,而且亦能够造成全岩和橄榄石 Mg~#的降低和同位素组成的相对亏损。捕虏体的 Rb-Sr 等时线年龄暗示地幔交代作用发生在中、新生代;其交代熔体来源于软流圈。同时说明华北新生代岩石圈地慢普遍存在的主、微量元素和同位素组成类似于"大洋型"岩石圈地幔的特征很可能是岩石圈地幔橄榄岩与软流圈来源的熔体的大规模反应的结果,而非真正意义上的新增生的岩石圈地幔。     

华北克拉通西部陆块北缘新生代岩石圈地幔特征的初步研究

凉城、四子王旗、三义堂和大同的地幔包体的岩石学和矿物的主、微量元素成分显示华北克拉通中、西部北缘总体为过渡型岩石圈地幔,为原始地幔经过不同程度的熔体抽取和后期交代富集作用的残留.凉城岩石圈地幔经历的熔体抽取程度最低,后期交代富集作用比较强烈,这与其橄榄岩中尖晶石的Cr#较低,并且共存的单斜辉石的Mg#较低一致.三义堂岩石圈地幔经历的熔体抽取程度最高,后期交代富集作用最强烈,不同样品甚至同一样品中不同单斜辉石颗粒的La/Yb和LREE配分模式变化范围非常大,且矿物边部比核部更富集微量元素.大同、四子王旗岩石圈地幔经历的熔体抽取程度介于凉城和三义堂之间,但后期的交代富集作用明显不如凉城和三义堂强烈.研究区的岩石圈地幔主要受硅酸盐熔体交代作用的影响,只有三义堂岩石圈地幔还可能也受到了碳酸盐交代作用的影响.     

吉林汪清和龙岗新生代岩石圈地幔的含水性和元素地球化学特征

首次报道了来自东北地区岩石圈地幔水含量的数据。通过对吉林龙岗和汪清新生代玄武岩中的橄榄岩包体矿物进行电子探针(EMP)和激光熔蚀等离子体质谱(LA-ICPMS)的分析,得到了矿物的主量元素和微量元素的数据,结果显示这些橄榄岩是原始地幔经历了不同程度部分熔融的残余,大部分样品的熔融程度可能<10%。橄榄岩样品在后期还经历了地幔交代作用,大部分样品受到硅酸岩熔体的交代,少部分样品受到碳酸岩熔体的交代。显微傅里叶变换红外光谱(FTIR)的分析结果显示,橄榄岩样品中的单斜辉石、斜方辉石均含有以结构羟基形式存在的水,而橄榄石中没有明显的羟基吸收峰。龙岗样品中单斜辉石的水含量为(48~464)×10^-6(H₂O, 质量分数),斜方辉石水含量为(28~104)×10^-6;汪清样品中单斜辉石的水含量为(34~403)×10^-6,斜方辉石的水含量为(13~89)×10^-6;所有样品全岩水含量为(8~92)×10^-6。样品的水含量可以代表龙岗和汪清地区岩石圈地幔的水含量信息,并且水含量变化范围较大,造成这种变化的原因可能是由于地幔源区初始水含量的不均一,以及部分熔融和地幔交代作用叠加的结果。     

女山地幔橄榄岩捕虏体Re-Os同位素地球化学

Re-Os同位素体系可以为大陆岩石圈地幔形成和演化提供重要制约.在近百个女山地幔橄榄岩捕虏体样品经不同程度的岩石学、岩石化学、矿物化学、单斜辉石微量元素等岩矿和地球化学研究基础上,选择了12个有代表性的样品作Re-Os同位素地球化学研究.其中有5个尖晶石二辉橄榄岩;1个尖晶石方辉橄榄岩;2个角闪石-尖晶石二辉橄榄岩;1个金云母-尖晶石二辉橄榄岩;3个石榴石-尖晶石二辉橄榄岩.     

复杂的山东昌乐新生代玄武岩辉石岩捕虏体及其岩石圈演化意义

紧邻郯庐断裂带分布的山东昌乐新生代玄武岩含有丰富的辉石岩捕虏体。根据辉石岩的主、微量元素特征,可以将它们大致分为3类。Ⅰ类和Ⅱ类样品的岩石地球化学特征分别与河北汉诺坝-阳原新生代玄武岩中的Cr系列和Al系列辉石岩捕虏体相对应,都属壳-幔过渡带或岩石圈顶部地幔的分离结晶产物,其中Ⅱ类辉石岩还包含有陆壳物质组成,更可能是壳幔过渡带来源。Ⅲ类辉石岩在岩石地球化学特征上与汉诺坝的石榴石辉石岩相似,但不同的样品则分别表现出与洋岛玄武岩或正常洋中脊玄武岩相似的特征。丰富的昌乐玄武岩中辉石岩捕虏体所表现出来的复杂成因来源,与相对简单的上地幔特征相比,该区新生代时的顶部岩石圈地幔和壳-幔过渡带组成异常复杂,说明岩石圈减薄过程中自下而上的新生地幔物质对古老岩石圈的置换作用。     

Comparison between Paleozoic and Cenozoic Lithospheric Mantle in Eastern Part of North China Block: With a Discussion of Mantle Evolution

Basedontheconsiderationswhetherornottherearedif-ferencesincompositionsofthemantlematerial,betweenPale-ozoicandCenozoic,andthedifferencesinrocksamp1esfrommantleliewithinandoutsideoftheTancheng-Lujiang(Tanlu)faultzoneinCenozoic,themineralinclusionsindia-mQndandxenolithsfromMengyinandFuxiankimberliteswerechosenforconstrainingthenatureofPaleozoicSCLM,andthexenolithsfromtheShanwangandQixiabasaltswererepresentativelychosenforconstrainingthenatureofCeno-zoicSCLMinsideandoutsideoftheTanlufault…     

河北阳原新生代玄武岩中两类辉石岩包体的矿物学和地球化学特征

位于大兴安岭-太行山重力梯度带西侧的阳原新生代玄武岩中含有大量橄榄岩和辉石岩包体。辉石岩包体含有绿色的Cr辉石岩和黑色的Al辉石岩包体两种类型,均为二辉岩,且多数样品中单斜辉石含量高于斜方辉石。岩石结构和主微量元素组成说明阳原辉石岩是高压堆晶体。其EMI型Sr-Nd同位素特征,明显不同于寄主玄武岩,暗示两者没有成因联系,而可能代表古老岩浆事件的产物。综合文献资料发现重力梯度带西侧的辉石岩包体大多具有富集同位素特征,而东侧的样品以亏损同位素组成为主。这种空间上的成分差异暗示重力梯度带分隔两个不同的地幔域,也可能与重力梯度带两侧岩石圈地幔形成时代不同有关。     

The chemical-temporal evolution of lithospheric mantle underlying the North China Craton

Previous studies of samples of subcontinental lithospheric mantle (SCLM) that underlay the North China Craton (NCC) during the Paleozoic have documented the presence of thick Archean SCLM at this time. In contrast, samples of SCLM underlying the NCC during the Cenozoic are characterized by evidence for melt depletion during the Proterozoic, and relatively recent juvenile additions to the lithosphere. These observations, coupled with geophysical evidence for relatively thin lithosphere at present, have led to the conclusion that the SCLM underlying the NCC was thinned and modified subsequent to the late Paleozoic. In order to extend the view into both the Paleozoic and modern SCLM underlying the NCC, we examine mantle xenoliths and xenocrystic chromites extracted from three Paleozoic kimberlites (Tieling, Fuxian and Mengyin), and mantle xenoliths extracted from one Cenozoic basaltic center (Kuandian). Geochemical data suggest that most of the Kuandian xenoliths are residues of small degrees of partial melting from chemically primitive mantle. Sr-Nd-Hf isotopic analyses indicate that the samples were removed from long-term depleted SCLM that had later been variably enriched in incompatible elements. Osmium isotopic compositions of the two most refractory xenoliths are depleted relative to the modern convecting upper mantle and have model melt depletion ages that indicate melt depletion during Paleoproterozoic. Other relatively depleted xenoliths have Os isotopic compositions consistent with the modern convecting upper mantle. This observation is generally consistent with earlier data for xenoliths from other Cenozoic volcanic systems in the NCC and surrounding cratons. Thus, the present SCLM underlying the NCC has a complex age structure, but does not appear to retain materials with Archean melt depletion ages. Results for what are presumed to be early Paleozoic xenoliths from Teiling are generally highly depleted in melt components, e.g. have low Al₂O₃, but have also been metasomatically altered. Enrichment in light rare earth elements, low ε_Nd values (∼−10), and relatively high ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (0.707-0.710) are consistent with a past episode of metasomatism. Despite the metasomatic event, ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os ratios are low and consistent with a late Archean melt depletion event. Thus, like results for xenoliths from other early Paleozoic volcanic centers within the NCC, these rocks sample dominantly Archean SCLM. The mechanism for lithospheric thinning is still uncertain. The complex age structure currently underlying the NCC requires either variable melt depletion over the entire history of this SCLM, or the present lithospheric material was partly or wholly extruded under the NCC from elsewhere by the plate collisions (collision with the Yangtze Craton and/or NNW subduction of the Pacific plate) that may have caused the thinning to take place.     

中国东部地幔橄榄岩捕虏体的Re-Os同位素地球化学：岩石圈地幔的形成年龄和减薄作用的制约

我国东部新生代玄武岩中包含丰富的地幔橄榄岩捕虏体，近年来一些研究者对兴蒙造山带的双辽、汪清，华北克拉通的龙岗、汉诺坝、栖霞、女山和扬子克拉通的盘石山、练山等地8个新生代玄武岩区近百个地幔橄榄岩捕虏体全岩粉末样品获得了Re-Os同位素数据，对澎湖列岛新生代玄武岩的地幔橄榄岩捕虏体中不同产状的硫化物包裹体作了原位的Re-Os同位素体系分析，此外，对辽宁复县和山东蒙阴古生代金伯利岩中的3个地幔橄榄岩捕虏体全岩粉末样品作了Re-Os分析。本文综合了文献中已有的数据，采用Re-Os同位素体系常用的方法，如Os同位素代理等时线年龄和Re亏损模式年龄，计算了SCLM的年龄。结果表明这些地区SCLM的形成年龄主要为早-中元古代，局部地区如辽宁复县有更老的年龄。我国东部新生代玄武岩中的尖晶石相地幔橄榄岩代表的SCLM主体上是元古代SCLM经过显生宙减薄作用后的残余部分，它对我国东部SCLM减薄作用在纵向上的规模和强度提供了制约。     

Trace elemental and PGE geochemical constraints of Mesozoic and Cenozoic peridotitic xenoliths on lithospheric evolution of the North China Craton

Whole-rock major, trace, and platinum-group elemental (PGE) data, and major and trace element compositions of diopsides are reported for peridotite xenoliths from (1) early Mesozoic volcanic breccias in Xinyang, located at the southern margin of the North China Craton, and (2) Cenozoic basalts in Hebi and Shanwang, both of which are situated within the craton and lie on the North-South Gravity Line and the Tanlu fault zone, respectively. The early Mesozoic Xinyang xenoliths are harzburgites containing <2% Cpx with high Cr^# and enriched in LREE but depleted in HFSE. These xenoliths have chondritic Pd/Ir (1.9-6.6) and Ru/Ir (3.5-4.0) ratios and high Ni and low CaO, Al₂O₃, and S contents, indicating derivation from a highly refractory mantle that experienced carbonatitic metasomatism. Negative Ce (mean δCe = 0.50) and low Mg/Si ratios of the Xinyang peridotites record the addition of crustal components likely produced from subducted continental material of the Yangtze Craton in the early Mesozoic. The subduction-related modification of the lithospheric mantle was limited to the area close to the collision zone rather than being pervasive throughout the craton. The Cenozoic Hebi peridotite xenoliths are harzburgites with ≤4.5% Cpx and have low CaO and Al₂O₃ but high Ni contents, chondritic Ru/Ir ratios (2.5-5.4), and a wide range of CaO/Al₂O₃, Na₂O/TiO₂, Pt/Ir (0.4-2.3), and Pd/Pt (1.1-8.5) ratios. These peridotites are interpreted as the shallow relics of the cratonic mantle. In contrast, the Cenozoic Shanwang xenoliths are lherzolites (5.6%-19.5% Cpx), which have low Ni contents and low Ni/Cu and Mg/Si ratios, but high CaO, Al₂O₃, S, and HREE contents, and relatively high Ru/Ir and Pd/Ir ratios. The Shanwang peridotites show pronounced positive Ti and Sr, negative Th, and slightly negative Y, Zr, and Hf anomalies. They are believed to represent newly accreted fertile lithospheric mantle derived from cooling of upwelling asthenosphere. The documented temporal and spatial variations in the Mesozoic-Cenozoic mantle support the previous suggestion that the buoyant refractory continental keel in the eastern part of the North China Craton was heterogeneously replaced by younger fertile lithospheric mantle in the late Cretaceous-early Tertiary.     

地幔中EM1端员成因的锂同位素制约

在四个地幔端员(DMM、HIMU、EM1、EM2)中,EM1的成因一直令人困惑。华北克拉通中部(太行山地区)地幔橄榄岩捕虏体的Li同位素组成特征为探讨这一问题提供了新的制约。橄榄岩捕虏体中主要组成矿物(橄榄石、斜方辉石和单斜辉石)的Li同位素组成特征表明,该区的岩石圈地幔中有再循环的、古老的洋壳物质。结合已有的地幔橄榄岩捕虏体的Sr-Nd同位素数据,可以推测再循环的古老蚀变洋壳对地幔EM1端员组分的产生有重要的作用。     

Petrography and Geochemistry of Peridotite Xenoliths from Hannuoba and Significance for Lithospheric Mantle Evolution

Mantle-derived xenoliths and xenocrysts in Pale-ozoic diamondiferous ki mberlites in Mengyin (Shan-dong Province) and Fuxian (Liaoning Province) showthe presence of a cold,thick lithospheric mantle be-neath the North China craton ( NCC) in the MiddleOrdovician ( Griffin et al ., 1998 ; Menzies et al .,1993 ;Fan and Menzies ,1992) . However ,studies onmantle peridotites captured in the Tertiary to Neo-gene basalts of the NCC have revealed the existenceof a thin, hot and fertile lithosph…