华北东部中、新生代岩石圈地幔的不均一性：来自橄榄石的组成填图结果

华北中、新生代玄武质火山岩和基性脉岩携带的地幔橄榄岩捕虏体中橄榄石和/或橄榄石捕虏晶系统的组成填图显示华北东部中、新生代岩石圈地幔存在明显的时空分布规律和不均一性。这与通过岩石圈地幔源基性岩石的地球化学反演获得的华北中生代岩石圈地幔的时空不均一性及其块体特征完全一致。太行山和鲁皖地区新生代岩石圈地幔的差异演化主要反映古老地幔橄榄岩与熔体相互作用时熔体性质和来源的不同。同时,橄榄石 Fo 填图还揭示了郯庐断裂对华北东部中、新生代基性岩浆活动及其岩石圈地幔演化的重要制约作用。而且,华北东部中生代岩石圈减薄后尚存古老岩石圈地幔残留。因此,华北东部岩石圈减薄的整体拆沉模式很难成立。     

橄榄岩-熔体的相互作用:岩石圈地幔组成转变的重要方式

橄榄岩-熔体/岩浆的相互作用常被用来解释蛇绿岩套橄榄岩、造山带橄榄岩、超镁铁质侵入杂岩体、地幔橄榄岩捕虏体中某些具有不平衡结构和矿物组成的岩石的形成过程。橄榄岩-熔体的反应主要有两种方式,即消耗橄榄石(和单斜辉石)生成斜方辉石或消耗斜方辉石生成橄榄石(和单斜辉石)。反应的结果不仅造成矿物百分含量的变化,而且造成矿物组成的变化;后者更重要但未引起足够的重视。华北东部中生代玄武质岩石中具有环带状结构的橄榄石和辉石捕虏晶,特别是具有环带状结构的地幔橄榄岩捕虏体的发现,暗示这种橄榄岩-熔体的相互作用在华北东南部中生代岩石圈地幔中很可能普遍存在,为岩石圈地幔组成转变和快速富集的重要方式。这是全球首例由橄榄岩-熔体相互反应造成的岩石圈地幔大规模的组成变化。反应熔体来源途径主要有地壳来源和软流圈地幔来源。来源不同的熔体与橄榄岩的反应造成的组成变化完全不同。     

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。     

地幔富硅交代与大陆岩石圈的演化

富硅交代是弧下地幔中熔体岩石相互作用的主要表现形式 ,是造成古老克拉通陆下岩石圈地幔富硅的主要机制。在弧下地幔捕掳体中 ,橄榄岩被来自俯冲洋壳物质部分熔融生成的含水富硅熔体交代后 ,斜方辉石含量的增加使全岩富集SiO2 ,斜方辉石显示异常低的Al2 O3和Cr2 O3,微量元素上表现为强烈富集LILE ,强烈亏损Nb ,Ta和Ti。在古老克拉通地幔岩样品中 ,方辉橄榄岩具过剩的斜方辉石 ,橄榄石的Ni含量与斜方辉石的组成含量成正比 ,而和橄榄石的x(Mg) /x(Mg +Fe2 +)值没有正比关系 ,被解释为亏损的地幔橄榄岩和来自俯冲板片的富硅熔体相互作用的结果。熔体岩石相互作用最终导致了陆下岩石圈地幔富集SiO2 ,这种被含水富硅熔体改造后的地幔岩石的部分熔融可能是造成陆壳富硅富镁的主要原因。含水富硅熔体对岩石圈地幔的影响程度也可能是大陆岩石圈增生或裂解、增厚或减薄的关键因素之一。     

内蒙古阿巴嘎地幔岩捕掳体与岩石圈地幔性质探讨

阿巴嘎地区新生代地幔捕掳体岩性主要为尖晶石二辉橄榄岩,矿物组成有橄榄石(Fo89-91)、单斜辉石(Wo43-49En44-49Fs3-11)、斜方辉石(Wo0.7-2.2En88-91Fs8-11)和铬尖晶石(Cr6#-20)。橄榄岩结构以碎斑结构为主,除此还可见海绵边结构、重结晶结构、粗粒结构和变晶结构,部分橄榄石发育膝折带和伊丁石化现象,这些特征暗示该区地幔经历了较强烈的熔体-岩石圈相互作用和复杂的演化过程。大地构造位置上,阿巴嘎与大兴安岭哈拉哈河-绰尔河及五大连池-科洛同处在兴蒙造山带上,但阿巴嘎表现出与华北克拉通西部北缘相似的热状态及饱满型-过渡型的岩石圈地幔性质,区别于大兴安岭中部具有古老残留的岩石圈地幔,暗示着兴蒙造山带之下的岩石圈地幔存在时空上的不均一性。而这种大尺度岩石圈地幔的不均一性可能与软流圈-岩石圈相互作用程度、上地幔复杂的地质演化及兴蒙造山带内部不同块体的活动强度、时间等性质有关。     

东南沿海地区古近纪大陆岩石圈地幔特征及成因

东南沿海地区新生代玄武岩中的橄榄岩包体来自岩石圈地幔 ,上地幔橄榄岩包体的岩石学及地球化学特征都记录了地幔演化的历史。普宁橄榄岩包体斜方辉石含量与太古宙克拉通地幔类似 ,但在矿物学、REE、痕量元素和Sr Nd同位素上又与太古宙岩石圈地幔不同。橄榄岩包体的岩相学、矿物学、REE、痕量元素特征都提供了含H2 O富Si流体交代橄榄岩的证据 ,这种流体可能主要是洋壳物质局部熔融而成。流体交代使橄榄岩富Si,同时富Sr、Pb和强不相容元素等大洋岩石圈物质。这表明普宁大陆岩石圈地幔既保留太古宙岩石圈地幔的特征 ,又具有大洋俯冲地幔的特征 ,它是古老岩石圈地幔向大洋岩石圈地幔转换的一部分 ,这种转换可能是大洋岩石圈与大陆岩石圈地幔相互作用的结果。     

金刚石包裹体矿物化学特征与华北东部克拉通岩石圈地幔属性

华北地台金刚石的包裹体中含有丰富的地幔信息.对山东蒙阴、辽宁复县两地金刚石中包裹体矿物包括橄榄石、石榴石、单斜辉石和铬铁矿的化学成分进行了深入分析,金刚石包裹体矿物的主量元素显示华北地台至少在古生代金伯利岩侵位时具高度亏损玄武质的难熔克拉通岩石圈地幔特征.应用适用于石榴石橄榄岩相的单斜辉石温压计对金刚石包裹体中透辉石进行了计算,得出华北地台金刚石形成于1 083～1 194℃、5.3-6.1 GPa的地质环境下.蒙阴和复县两地金刚石包裹体所反映的古老岩石圈地幔虽然都表现为克拉通岩石圈地幔特征,但也存在一定的不均一性.同时,通过对华北东部古生代与新生代地幔矿物的主量元素及地幔热状态的对比,结合现有的地幔岩石学和地幔地球化学的研究成果,认为软流圈物质对古老岩石圈地幔的侵蚀作用能较好地解释华北岩石圈减薄.     

华北地区晚中生代镁铁质岩浆作用及其地球动力学背景

华北陆块及周缘地区晚中生代镁铁质岩浆岩的元素-同位素地球化学特征显示岩石圈地幔的区域不均一性。华北内部为古老而富集的EM1型岩石圈地幔,主要岩性为弥散状金云母相橄榄岩;华北北缘的岩石圈地幔相对华北内部在化学成分上饱满,在微量元素特征上高度富集LILE、LREE和亏损Nb-Ta和U-Th,在同位素组成上相对高87Sr/86Sr(i)和εNd(t),为受到再循环古老陆壳组分改造的富集型地幔;华北陆块南缘的岩石圈地幔以高87Sr/86Sr(i)和低εNd(t)为特征,与深俯冲大陆地壳改造作用 (残留陆壳板片和熔体 -地幔反应等多种形式 )密切相关。发育在华北陆块及周缘地区的晚中生代镁铁质岩浆作用形成于岩石圈伸展 -减薄的统一动力学背景。考虑到晚中生代华北陆块受到了来自周缘陆块相互作用,如西南特提斯域构造演化、印支陆块和西伯利亚板块的侧向挤压作用和古太平洋板块迅速向北运动引起的走滑拉分作用的共同影响, 我们倾向认为这些板块边界作用引起的板内效应可能是导致华北岩石圈地幔晚中生代广泛熔融和岩石圈减薄的重要动力来源.     

地幔橄榄岩中橄榄石的指示意义

橄榄石是地幔橄榄岩和辉石岩的主要组成矿物,但也经常以斑晶和捕虏晶的形式出现在玄武质岩石中。结合近年来在地幔橄榄岩的主要元素（如Mg和Fe）组成特征以及Li、Mg和Fe稳定同位素地球化学方面的研究成果,重点对橄榄石的地球化学特征与华北克拉通岩石圈地幔演化过程之间的联系进行了讨论,旨在加深对华北克拉通岩石圈地幔演化过程的理解。现有研究表明：地幔橄榄岩中橄榄石的矿物学特征、元素和同位素地球化学组成能够很好地指示岩石圈地幔的特征及其演化过程,因而具有重要的意义。对于克拉通地区的地幔橄榄岩来说,橄榄石的Mg#通常可以指示岩石圈地幔的属性,古老、难熔的地幔橄榄岩中的橄榄石一般具有较高的Mg#（〉92）,而新生的岩石圈地幔橄榄岩中的橄榄石则具有较低的Mg#（〈91）。因此,地幔橄榄岩中橄榄石的Mg#在一定程度上具有年龄意义。橄榄岩中橄榄石的Li、Mg和Fe同位素组成也可以明确指示岩石圈地幔的属性及其所经历的演化过程,正常地幔的δ7Li、δ26Mg和δ57Fe组成相对均一,如果上述同位素组成偏离正常地幔值,则说明岩石圈地幔经历了熔体/流体的交代作用。华北克拉通地区地幔橄榄岩捕虏体中橄榄石的Li、Mg和Fe同位素组成研究表明：该区的岩石圈地幔经历了多个阶段、不同来源的熔体/流体的改造过程。     

华北东部橄榄岩岩石化学特征及其岩石圈地幔演化意义

华北东部古生代以来火山岩中捕虏体橄榄岩和苏鲁早中生代构造侵位橄榄岩的岩石化学结果表明: 古生代金伯利岩侵位时仍然存在的难熔、漂浮克拉通地幔在中、新生代时其大部被新生饱满的岩石圈地幔物质取代置换.在100 Ma前(但不早于178 Ma), 新生软流圈物质就已开始沿古老岩石圈内的地幔薄弱带和岩石圈深断裂带对克拉通地幔进行侵蚀、交代和混合作用, 引起岩石圈大幅减薄.这一减薄存在时间、空间的不均匀性, 但在老第三纪达最大.新第三纪以来, 上涌的软流圈物质由于温度下降回落(岩石圈小幅增厚)并转化为新生岩石圈地幔, 实现地幔置换过程.分析的苏鲁造山带橄榄岩是早中生代构造侵位改造过的古老岩石圈地幔物质.      

Evolution of subcontinental lithospheric mantle beneath eastern China: Re–Os isotopic evidence from mantle xenoliths in Paleozoic kimberlites and Mesozoic basalts

The ages of subcontinental lithospheric mantle beneath the North China and South China cratons are less well-constrained than the overlying crust. We report Re–Os isotope systematics of mantle xenoliths entrained in Paleozoic kimberlites and Mesozoic basalts from eastern China. Peridotite xenoliths from the Fuxian and Mengyin Paleozoic diamondiferous kimberlites in the North China Craton give Archean Re depletion ages of 2.6–3.2 Ga and melt depletion ages of 2.9–3.4 Ga. No obvious differences in Re and Os abundances, Os isotopic ratios and model ages are observed between spinel-facies and garnet-facies peridotites from both kimberlite localities. The Re–Os isotopic data, together with the PGE concentrations, demonstrate that beneath the Archean continental crust of the eastern North China Craton, Archean lithospheric mantle of spinel- to diamond-facies existed without apparent compositional stratification during the Paleozoic. The Mesozoic and Cenozoic basalt-borne peridotite and pyroxenite xenoliths, on the other hand, show geochemical features indicating metasomatic enrichment, along with a large range of the Re–Os isotopic model ages from Proterozoic to Phanerozoic. These features indicate that lithospheric transformation or refertilization through melt-peridotite interaction could be the primary mechanism for compositional changes during the Phanerozoic, rather than delamination or thermal-mechanical erosion, despite the potential of these latter processes to play an important role for the loss of garnet-facies mantle. A fresh garnet lherzolite xenolith from the Yangtze Block has a Re depletion age of ∼1.04 Ga, much younger than overlying Archean crustal rocks but the same Re depletion ages as spinel lherzolite xenoliths from adjacent Mesozoic basalts, indicating Neoproterozoic resetting of the Re–Os system in the South China Craton.     

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。     

华北克拉通破坏的物理、化学过程:地幔橄榄岩证据

本文对比了华北东部不同时代、不同位置捕虏体/地质体橄榄岩的地幔属性,讨论了华北克拉通破坏的物理、化学过程。结果表明,拆沉作用不能很好地解释古老难熔、过渡型和新生饱满地幔并存的事实;单纯的熔体-橄榄岩相互作用也不易解释中、新生代岩石圈巨大减薄和新生饱满地幔Cpx中LREE亏损现象,即具复杂演化历史的克拉通地幔向演化历史简单的"大洋型"岩石圈的转换。华北东部克拉通破坏作用包括地幔伸展、熔-岩作用、侵蚀置换等复杂的物理、化学过程。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减薄过程。喷发时代为100 Ma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有过地幔置换作用。     

Mesozoic high-Ba–Sr granitoids from North China: geochemical characteristics and geological implications

Abstract Mesozoic magmatism occurred extensively in the North China block (NCB) and the Dabie–Sulu orogen (DSO) post-dating the North–South China collision, resulting in abundant intrusive and volcanic rocks ranging from basic to acidic compositions. The intermediate-acidic intrusive rocks can be grouped into two types, namely high-Ba–Sr granitoids and low-Ba–Sr granitoids that both have distinct geochemical characteristics. The high-Ba–Sr granitoids are similar in most of the incompatible trace element systematics to the associated basic rocks, which probably originated from melting of subcontinental lithospheric mantle, indicating significant mantle contributions to them. Geochemical similarities are observed between the basic rocks from the NCB and DSO, implying a regional-scale magma-generating mechanism and that mantle enrichment beneath the DSO was independent from the Triassic deep continental subduction in the region. We therefore interpret that the Mesozoic magmatism resulted from delamination of the ancient lithospheric mantle beneath the eastern part of North China.     

华北晚中生代中基性侵入岩中橄榄岩捕虏体是岩石圈地幔直接样品？

华北东部晚中生代中基性侵入杂岩体（如山东莱芜地区铁铜沟岩体；山东潍坊地区金岭．湖田岩体；河北邯邢地区符山岩体）中常含有橄榄岩捕虏体。这些橄榄岩的来源和成因问题存在很大争议，主要有堆晶成因或代表古老洋壳蛇绿岩和岩石圈地幔来源两种观点。本文在对山东潍坊地区金岭一湖田岩体中橄榄岩捕虏体的研究成果和总结前人资料的基础上，通过岩石学、矿物学和地球化学研究认为这些橄榄岩捕虏体皆是堆晶成因或代表古老洋壳蛇绿岩，而非岩石圈地幔直接样品。因此，不能用这些橄榄岩捕虏体的组成来反演该地区晚中生代岩石圈地幔特征。     

庐枞早白垩世火山岩的地球化学特征及其源区意义

从中生代到新生代,华北东部岩石圈地幔发生了减薄以及地球化学性质置换, 而扬子地块东部中生代岩石圈地幔也表现出类似的过程,对中生代火山岩的地球化学研究有助于了解这一变化过程以及发生置换时的时空关系。庐枞火山岩出露于扬子地块东部,为一套包括粗玄岩–玄武粗安岩–粗面岩的富碱橄榄安粗岩系。研究了双庙组基性火山岩,这些岩石富集Rb,K,Sr,Th和轻稀土元素,亏损高场强元素。(87Sr/86Sr)i = 0.7060~0.7063,εNd(t )=-3.9~-6.2,(206Pb/204Pb)i=17.788~18.125,(207Pb/204Pb)i= 15.511~15.546,(208Pb/204Pb)i =37.735~38.184。在喷出地表过程中,火山岩没有受到明显的地壳物质混染,因此元素和同位素组成反映了地幔源区的地球化学特征。 其地幔源区具有同位素富集特征,表明火山岩源区曾受到地壳物质的影响,是富集地幔部分熔融的产物,并经历明显的结晶分异作用。庐枞火山岩的岩浆成分和源区特征反映该地区在晚中生代岩石圈地幔的伸展和软流圈地幔上涌的演化过程。     

华北克拉通岩石圈地幔置换作用和壳幔生长耦合的Re-Os同位素证据

测定了辽宁复县奥陶纪金伯利岩和河北汉诺坝与山东栖霞第三纪碱性玄武岩中产出的地幔包体的Re Os同位素组成。金伯利岩中地幔包体的Re贫化Os同位素模式年龄 (TRD)为 2 .5～ 2 .8Ga ,从Re Os同位素定年角度证明了华北克拉通确实存在太古宙岩石圈地幔。对汉诺坝二辉橄榄岩包体获得了 (1.9± 0 .18)Ga的Re Os同位素等时线年龄 ,表明现今保存在那里的地幔主要是古元古代时形成的。汉诺坝地区出露有大量新太古代岩石 ,表明曾存在太古宙地幔。由于缺乏太古宙年龄 ,说明由汉诺坝所代表的克拉通中部曾存在的太古宙地幔在古元古代时已被减薄 ,并被 1.9Ga的新生岩石圈地幔置换。该事件与华北克拉通中部广泛的古元古代碰撞造山过程导致的麻粒岩相变质作用的时代相同 ,说明有关的岩石圈置换作用可能主要与拆沉作用有关。栖霞地幔包体具有与现代对流地幔相同的Os同位素组成 ,且Os同位素组成与Re/Os比值没有明显相关性 ,表明年龄很新。结合其它地质地球化学证据 ,说明克拉通东部的太古宙岩石圈地幔的置换作用主要发生在中生代 ,且可能与三叠纪华北和扬子陆块的陆陆碰撞造山导致的岩石圈地幔和下地壳的拆沉作用有关。本研究表明华北克拉通岩石圈地幔置换作用在时空上的分布是十分不均一的。 2 .5～ 2 .8Ga与 1.9Ga不仅?