吉林汪清—辉南地幔透辉石微量元素及其记录的地幔熔融与交代作用

根据吉林汪清(WQ)中新世和辉南(HN)上新世玄武岩捕虏体橄榄岩透辉石的激光探针(LAM-ICPMS)微量元素分析结果,分析了华北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.新生代时无论是靠近华北地块一侧的辉南,还是靠近兴蒙造山带一侧的汪清陆下岩石圈除少量难熔地幔残留外,主体上均表现为显生宙‘大洋型’的地幔特征,即经历了8％以下的部分熔融作用.这些地幔又记录着复杂的地幔交代作用过程,交代介质类似于含水的、含碳酸岩质的硅酸岩熔体.这样的地幔特征与中国东部其他地区新生代时的主体岩石圈相似,也有少量古老地幔残余,由此进一步说明中国东部中、新生代岩石圈减薄作用经历了软流圈地幔对古老岩石圈的侵蚀和最终的置换过程.     

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。     

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．     

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。     

海南岛陆缘扩张带形成及新生代岩石圈动力学机制:来自幔源包体的地球化学证据

海南岛陆缘扩张带蓬莱地区新生代玄武岩中捕获大量尖晶石二辉橄榄岩和方辉橄榄岩幔源包体。激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)分析结果表明,蓬莱地幔橄榄岩含有三种不同地球化学特征的单斜辉石(Cpx):(1)a类单斜辉石Mg~#=92.3~93.4,来自富集Cpx的二辉橄榄岩,具有极低的LREE和不相容元素含量,HREE平坦,Th、U、La、Sr正异常,经历了7%~10%的尖晶石相部分熔融,仅受到极低程度强不相容元素(Th、U、La、Sr)初期富集交代作用;(2)b类单斜辉石Mg~#=89.9~90.3,来自较富集Cpx的二辉橄榄岩,具有中等的LREE和LILE含量,HREE平坦,微量元素蛛网图上显示Th、U正异常,Rb、Ba、Nb、Ta、Sr、Ti负异常,经历4%~5%的尖晶石相部分熔融,可能受到了含LREE和Th、U等不相容元素的硅酸盐熔体交代;(3)c类单斜辉石Mg~#=91.4~92.8,来自贫Cpx的二辉橄榄岩和方辉橄榄岩,具有富集的LREE和LILE含量,HREE弱分异,微量元素蛛网图上显示Th、U正异常及强烈的Nb、Ta、Ti负异常,经历了8%~20%的尖晶石相部分熔融,其交代熔体可能是来自源区有石榴子石残留的碳酸盐熔体。全岩主、微量元素及模拟计算结果表明,这些幔源包体的主量元素主要受部分熔融程度影响,并且方辉橄榄岩经历的部分熔融程度大于二辉橄榄岩。地幔橄榄岩的Sr-Nd同位素组成表明该区具有MORB-OIB型亏损地幔特征。此外,蓬莱部分地幔橄榄岩包体显示正斜率的HREE分异特征((Gd/Yb)_N=0.4~0.7),暗示该区地幔经历了源自石榴子石稳定区的变压熔融,总体熔融程度为18%以上,指示了较高的地幔潜能温度。综合前人对海南岛新生代玄武岩最新研究成果,我们认为海南地幔柱可能为该区软流圈地幔置换古老岩石圈地幔提供了热源,导致了区域岩石圈地幔的破坏,从而引起包括地幔柱本身、软流圈和富集岩石圈的熔融。岩石圈地幔性质的改变和不均一性可能是海南岛陆缘扩张带新生代岩石圈减薄的主要动力学机制。     

河北阳原新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体矿物化学:华北岩石圈地幔演化

橄榄岩及其中矿物的组成, 特别是单斜辉石的微量元素, 可以很好的揭示岩石圈地幔性质.在对河北阳原新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体详细岩相学和矿物化学研究基础上, 重点分析了单斜辉石的激光原位微量元素, 讨论了新生代华北内部山带岩石圈地幔特征及其演化机制.阳原地区陆下岩石圈, 除个别样品的部分熔融程度为15%~20%外, 多数样品<5%, 显示该区的地幔演化是不均一的, 并表现为饱满与难熔-过渡型地幔的交叉并存.这种共存现象可以用软流圈物质对古老地幔进行不均匀侵蚀、改造和置换作用来解释.      

中国东部部分地区新生代岩石圈地幔的成因:主量和微量元素制约

为厘定中国东部新生代岩石圈地幔的成因,进而探讨岩石圈减薄的方式,本文选择汉诺坝、女山、盘石山和方山尖晶石二辉橄榄岩作为研究对象,系统分析了其主、微量元素。结果表明,这些地区新生代岩石圈地幔具有"新生"的性质,为上涌的软流圈物质经过小于10%的部分熔融程度后的残留相形成,后又经历了类似新生代玄武岩性质的富硅熔体的交代,交代介质的物质贡献小于3%。新生代岩石圈地幔与古老克拉通岩石圈地幔在主、微量元素上的显著差异以及新生代岩石圈地幔微量元素特征的拟合,支持拆沉为华北克拉通东部减薄的主要方式。     

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.      

内蒙古阿尔山——柴河地区陆下岩石圈地幔性质研究——第四纪碱性玄武岩中橄榄岩捕掳体中单斜辉石微量元素证据

阿尔山—柴河第四纪碱性玄武岩中地幔捕掳体为尖晶石相的二辉橄榄岩和方辉橄榄岩,方辉橄榄岩数量略多于二辉橄榄岩。采用激光剥蚀等离子体质谱(LA--ICP--MS)对研究区地幔橄榄岩中的单斜辉石和橄榄石等矿物进行了成分分析,结合橄榄岩包体的岩相学、岩石化学的特征,重点探讨了研究区所经历的部分熔融作用和地幔交代作用。结果显示,少数样品的熔融程度5%,大多数样品熔融程度范围为10%~20%,研究区陆下岩石圈地幔性质以难熔、亏损为主要特征。同时也经历了复杂的交代作用改造,交代介质为富挥发组分的硅酸盐熔/流体。与华北克拉通东北缘陆下岩石圈地幔比较,推测研究区遭受破坏和改造的程度较小,并保留有相当量的古老地幔残余。     

中国东部新生代玄武岩的地球化学──Ⅰ．主元素和微量元素组成：岩石成因及源区特征

所研究的玄武岩包括拉斑玄武岩、碱性玄武岩、苦橄粗玄岩和钾质玄武岩。主元素和微量元素的组成变化表明，中国东部玄武岩既是不同深度地幔部分熔融的产物，又经历了岩浆结晶分异作用。强不相容元素比值的变化特征显然与岩石圈地幔交代作用有关。软流圈地幔的上涌并导致上覆不均一的岩石圈地幔的部分熔融是形成中国东部新生代玄武岩的主要机制。     

中国东部新生代玄武岩的地球化学：Ⅰ.主元素和微量元素组成：岩石成因…

所研究的玄武岩包括拉斑玄武岩、碱性玄武岩、苦橄粗玄岩和钾质玄武岩。主元素和微量元素的组成变化表明，中国东部玄武岩既是不同深度地幔部分熔融的产物，又经历了岩浆结晶分层作用。强不相容元素比值的变化特征显然与岩石圈地幔交代作用有关。软流圈地幔的上涌并导致上覆不均一的岩石圈地幔的部分熔融是形成中国东部新生代玄武岩的主要机制。     

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。     

扬子地块东段大陆岩石圈地幔的物质成分

根据苏皖地区新生代碱性玄武岩中的尖晶石二辉橄榄岩包体的化学成分，讨论了扬子地块东段大陆岩石圈地幔的物质成分。以包体的平均成分代表该区岩石圈地幔的平均成分，依照地幔地球化学演化趋势，估计了该区岩石圈地幔的原始组成。采用最近提出的二辉石地质温度计，计算了包体的平衡温度，讨论了该区岩石圈地幔物质成分在垂向上的分布和变化，上地幔橄榄岩中的玄武质组分在垂向上由上而下亏损程度逐渐减小。包体中稀土元素丰度模式反映了该区岩石圈地幔演化的多阶段性。除了程度不同的部分熔融作用外，局部地段曾有隐性地幔交代作用发生，造成了地幔橄榄岩中主量成分和稀土元素的解耦现象。     

胶辽半岛金伯利岩中地幔捕虏体岩石学特征：古生代岩石圈地幔及其不均一性

华北东部古生代岩石圈地幔经历过复杂的多旋回多阶段熔融岩浆、重结晶、变质和剪切变形历史,因而岩石组成、结构复杂.地幔橄榄岩的主元素、地幔矿物特别是金刚石中的包裹体的Mg#值及Cr#值等显示古生代岩石圈地幔高度难熔亏损玄武质的成分特征,而地幔橄榄岩的不相容元素、同位素显示高度富集的特点.这种高难熔和强富集两重性是克拉通岩石圈地幔的特征.Pb同位素反映华北东部古生代岩石圈地幔具冈瓦纳大陆地幔的特点.复县和蒙阴古生代岩石圈地幔尽管都表现为太古代克拉通地幔的特征,但存在着不均一性,前者受克拉通化后的深部作用影响强于后者.与新生代地幔Sr、Nd同位素对比表明富集的古生代岩石圈地幔向亏损新生代的地幔转变和减薄伴有新生地幔物质对古老岩石圈的置换和混合作用.     

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。     

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。     

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。     

华南显生宙时期岩石圈地幔的性质与形成时代

火山岩携带的橄榄岩捕虏体是研究深部岩石圈地幔成分特征与热结构状态的最直接样品。湖北大洪山早奥陶世钾镁煌斑岩携带的石榴二辉橄榄岩具有富集的地球化学特征,指示当时的岩石圈厚度可达110 km。华南内陆地区宁远和道县早侏罗世玄武岩所携带的地幔包体具有饱满的成分特征,代表遭受了较低程度部分熔融的地幔残留。宁远地幔包体的全岩Re-Os同位素特征显示该地区中生代大陆岩石圈地幔为从软流圈新增生而形成的新生地幔。这表明内陆地区古生代存在的富集地幔被完全拆沉,并被新生地幔所取代;中生代内陆地区的岩石圈拆沉作用可能与该地区自225 Ma以来大规模的岩石圈伸展作用有关。华南新生代地幔包体主要分布在沿海地区。通过地幔包体矿物成分估算获得的温度与压力资料揭示新生代沿海地区岩石圈厚度约为80～90 km,并具有热的地温梯度。无论是全岩还是硫化物的Re-Os同位素特征都表明沿海地区在新生代仍残留有古元古代岩石圈地幔,表明新生代沿海地区的拉张作用仅导致了岩石圈地幔的部分拆沉和减薄。     

微陆块属性及过程:我国东北地区岩石圈地幔性质差异之根本

我国东北地区位于中亚造山带的东段,由多个微陆块俯冲拼合所组成,是研究壳幔相互作用的理想地区。但该区岩石圈地幔性质,包括壳幔属性是否解耦、是否有古老地幔残留、导致地幔性质差异的机制是什么,都还不清楚。东北地区多地出露新生代玄武岩并有橄榄岩捕虏体,如松嫩-张广才岭地块的阿巴嘎、五大连池和蛟河,兴安地块的哈拉哈、诺敏和科洛,以及与华北拼合褶皱带处的双辽、伊通和汪清等。其中阿巴嘎、哈拉哈、诺敏、科洛和蛟河的橄榄岩含有Mg#≥91.5的橄榄石,最大Re亏损年龄是2.1~1.9Ga,富集Sr、Nd同位素组成且变化范围大,反映交代作用强烈,这些特征与大陆岩石圈地幔有明显的相似性;而拼合带处的双辽、伊通、汪清及松嫩-张广才岭地块中的五大连池地幔包体橄榄石,Re亏损年龄总体为中元古代,Sr、Nd同位素组成变化范围小,交代作用弱,与大洋岩石圈地幔亲缘性更明显。这些差别总体反映出地块内部与地块边缘相比,有岩石圈地幔形成时代相对较老、亏损程度较高、地幔交代作用较强的特点。但也有例外的情况,如五大连池与科洛相比,更远离贺根山-黑河断裂带,但地幔属性更饱满,反映地块内部深部作用过程可能更强烈。因此,我们认为东北岩石圈地幔性质差异的根本原因与微陆块初始属性和后来的俯冲拼合及软流圈-岩石圈相互作用等有关。     

汉诺坝幔源橄榄岩包体的微量元素和Re-Os同位素地球化学：SCLM的性质和形成时代

本文报道了汉诺坝新生代碱性玄武岩中地幔橄榄岩包体的主量、微量元素和Re-Os同位素。14个尖晶石橄榄岩Re、Os含量分别为0.022～0.193ng/g和1.237～4.304ng/g，^187Os/^188Os比值为0.1183～0.1244，与^187Os/^188Os比值相关性不好，但与熔体亏损指标如重稀土元素Yb的含量、全岩Al2O3的百分含量有很好的线性关系，可能反映了地幔熔融后的Re或/和Os的活动。全岩Al2O3、CaO、TiO2含量均与MgO有很好的负相关性，全岩原始地幔标准化REE丰度模式呈现了LREE亏损，表明该区橄榄岩包体是由软流圈地幔经过部分熔融，亏损了玄武质组分后形成的。由Os同位素代理等时线得到该区陆下岩石圈地幔的形成年龄为1.7～2.0Ga，表明尖晶石相橄榄岩所代表的岩石圈地幔是中元古代的陆下岩石圈地幔减薄后的残留体。