地幔交代作用：研究进展、问题及对策

有关地幔交代作用的研究始于７０年代早期。近２０年来研究工作的贡献是使人们对与地幔演化和不均一性有关的地幔交代作用特征和交代作用机制有了更多的了解。地幔交代作用很复杂，它取决于交代作用发生的时间、构造环境、交代介质的种类以及与不同深度地幔内各种地质事件有关的流体的组成。进一步深入开展有关交代作用成因、机制及其与各种地质事件关系的研究，对于深入认识岩石圈地幔的演化和不均一特征具有十分重要的意义。对不同构造环境中的不同包体类型进行深入研究，为地幔交代作用提供广泛约束。将传统的地质学、岩石学的研究与地球化学、地球物理学以及现代测试技术相结合，很可能为解决交代作用成因、机制及交代作用与岩浆作用之间的时间先后问题，交代作用与地质事件的关系问题提供有效的方法和途径。     

山东北岩地幔橄榄岩捕掳体Hf-Mg同位素特征及其地质意义

<正>地幔交代作用及地幔流体研究是深部地质过程研究的热点问题之一。地幔交代作用不仅关系到地幔深部的部分熔融,而且对地幔源岩浆的性质的研究具有重要的指示意义,对于我们理解岩石圈地幔的演化形成、大陆动力学机制以及岩浆作用有很大的帮助。地幔交代介质通常根据组分分成碳酸盐熔体、富H2O-CO2流体、玄武质熔体和富硅熔体等,这些交代熔体可能源于再循环的大陆地壳、软流圈地幔或俯冲洋壳。由于地幔交代作用交代介质及其来源复杂多样,因此如何鉴别地幔交代作用类型和进一步认识熔体在地幔中     

东非裂谷Oldoinyo Lengai火山碳酸岩浆作用过程中的镁同位素分馏

<正>碳酸盐熔体具有极低的粘度和独特的元素配分型式,是引起地幔交代作用和化学组成不均一性的重要介质之一(Yaxley et al.,1991;Rudnick et al.,1993;Coltorti et al.,1999)。火成碳酸岩是碳酸盐熔体结晶的产物,其镁(Mg)同位素组成可以为碳酸岩浆作用过程中镁同位素的分馏行为和地幔的镁同位素组成特征提供重要制约。为此,我们系统研     

华北北缘汉诺坝地幔捕虏体Nd-Hf同位素研究

<正>地幔交代作用是岩石圈地幔普遍存在的现象,是改变地幔物理化学性质的重要地质过程,关系到部分熔融事件的发生及地幔来源岩浆的性质,不仅造成岩石圈地幔组成不均一性,而且是造成岩石圈地幔组成转变的重要原因。对新生代玄武岩和地幔包体的研究实例已证明,中国东部岩石圈地幔存在明显的球化学分区和地幔交代作用,并且交代作用是造成地幔同位素发生变异的重要地质过程之一。近年来,由于同位素分析技术的进步以及新型测试仪器的开发应用,Nd-Hf同位素联合示踪地幔和地壳的形成及演化历史、     

地幔交代作用研究综述

地幔交代现象广泛发现于各地的碱性玄武岩或金伯利岩中的地幔橄榄岩包体中。地幔交代作用以地幔岩包体中不相容元素的高度富集和（或（出现角闪石、金云母为标志。岩石学、地球化学、同位素资料等显示地幔交代作用与岩板俯冲及部分熔融作用之间存在密切联系，地幔组成、结构、演化与大陆构造演化之间存在紧密的关系。同位素模式年龄暗示地幔交代作用可能是大陆构造活动的深部原因。     

羌塘错尼地区新生代火山岩研究

同位素年代学、岩石学、矿物化学和岩石地球化学特征研究表明,羌塘错尼地区火山岩可以划分为3套岩石组合：①高钾钙碱性火山岩(44Ma～38Ma);②钾玄岩质火山岩;③强碱性火山岩(34Ma～19Ma)。3套火山岩均是大陆碰撞造山后期岩浆作用的产物,始新世以来,随着该区由碰撞、挤压作用发展到出现走滑,应力环境由挤压转变为张性,导致依次喷发高钾钙碱性火山岩、钾玄岩质火山岩和强碱性火山岩。强碱性火山岩的地球化学特征暗示了岩浆源区受到过地幔流体的强烈交代作用。     

混合成因模式－－中国南方二叠一三叠系界线地层元素地球化学及其启示

含金云母和透辉石的纯橄岩呈浑圆状包体产于角闪闪长岩中。岩石组构、矿物成分和痕量元素等特征表明包体为上地幔成因,并且为地幔橄榄岩高度部分熔融的残留体。包体和寄主岩的微量元素研究表明,岩浆源区为富集型地幔,部分熔融之前曾发育有不相容元素的富集作用——地幔交代作用。     

锂同位素在地幔地球化学中的应用

利用原位分析技术获得的矿物微区尺度Li同位素组成可用来揭示和示踪高温地质过程。本文通过实例研究总结了Li同位素在地幔地球化学中的应用。汉诺坝和好梯地幔捕掳体的Li同位素组成揭示其可有效识别地幔交代作用类型。通过对华北克拉通地幔捕掳体的系统总结,证实了Li同位素的地幔不均一性与多期多样的地幔交代作用有关。首次对阿拉斯加型镁铁-超镁铁岩体的Li同位素研究,发现岩浆分异过程中存在明显的Li同位素分馏,可能与岩浆的含水性、氧逸度和演化程度等因素有关。对罗布莎蛇绿岩初步的Li同位素研究表明其在蛇绿岩形成演化和铬铁矿成因方面存在较大的应用潜力。     

岚皋早古生代碱质煌斑杂岩地球化学特征及成因探讨

岚皋碱质煌斑杂岩主量元素呈规律性演化，REE球粒陨石标准化配分型式呈强右倾型，富集不相容元素。岩石主元素和微量元素地球化学特征表明，煌斑岩浆在演化过程中存在2个平行的结晶分异演化趋势，岩浆演化过程中受地壳混染的程度很小。LREE、不相容元素的强烈富集及Dy／Yb、La／Yb、Zr／Sm、Ce／Y等微量元素的质量分数比值变化表明，煌斑杂岩不可能由尖晶石或石榴石二辉橄榄岩、含角闪石的尖晶石或石榴石二辉橄榄岩的部分熔融形成，它的源区应为含金云母和单斜辉石的交代地幔。Sr-Nd-Pb同位素结果显示，煌斑岩浆源区的地幔主要为HIMU端元组分。地幔柱的活动与煌斑岩浆的起源密切相关，并制约了其源区的地幔交代作用。     

大陆俯冲带壳幔相互作用

由板块俯冲引发的深部物质循环过程是地球内部的一级运行机制,主宰了地球从内到外的演化进程,是地球科学研究的重要前沿.俯冲带化学地球动力学研究不仅需要确定俯冲带地壳物质再循环的机制和形式,而且需要确定俯冲带动力来源和热体制及其随时间的变化.为了识别不同类型壳源熔/流体对地幔楔的交代作用、寻求板片-地幔界面反应的岩石学和地球化学证据、理解汇聚板块边缘地壳俯冲和拆沉对地幔不均一性的贡献,我们必须将俯冲带变质作用、交代作用和岩浆作用作为一个地球科学系统来考虑.板块俯冲带变质过程中发生一系列物理化学变化,这些变化不但是导致板块进一步俯冲的主要驱动力,同时也控制着释放的熔/流体组成和俯冲到地球深部的物质组成,对俯冲带化学地球动力学过程产生重要影响.地幔楔作为俯冲系统中连接俯冲盘和仰冲盘的关键构造单元,在地球层圈之间物质循环和能量交换等方面起着重要作用.造山带地幔楔橄榄岩直接记录了俯冲带多种性质的熔/流体交代作用,以及复杂的壳幔物质循环过程.俯冲带岩浆岩是大洋/大陆板块俯冲物质再循环的表现形式,这些岩石样品记录了俯冲带从深部地幔到浅部地壳的过程,也为认识地球深部物质循环提供了理想的天然样品.尽管国际上在俯冲带岩石学和地球化学领域针对地球深部过程的研究方面取得了多项重要进展,但由于研究工作缺乏密切的协同配合,包括俯冲带熔/流体的物理化学性质、俯冲带壳幔相互作用的机制和过程、俯冲带幔源岩浆活动的物质来源和启动机制以及深部地幔过程对地表环境的影响等许多关键科学问题尚未得到根本解决.将来的研究需要聚焦俯冲带物质循环这一核心科学问题,进一步查明俯冲带变质作用、交代作用、岩浆作用等过程的各自特征和相互联系,包括挥发性组分在地球深部的迁移过程及其资源和环境效应,着力考察研究相对薄弱的古俯冲带,阐明板块俯冲与地球深部物质循环之间的耦合机制.      

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。     

Cycles of alkaline magmatism

Geochronological data (～1800 dates) have been analyzed by the probabilistic statistical analysis of samplings of different subalkaline and alkaline rocks through the whole of geological time. The distribution of five groups of subalkaline and alkaline rocks within the Late Archean-Phanerozoic are strictly controlled by mantle cycles, which were distinguished from data on the upper mantle magmatic rocks. Since high alkali rocks are plume related, their universal participation in each of the revealed mantle cycles emphasizes the importance of this magmatism in the evolution of the crustal-mantle system. The initial Sr and Nd isotope ratios are subdivided into two groups: with mantle and crustal signatures. Mantle isotope ratios are typically observed throughout the entire geological interval of dated rocks, while the role of crustal isotope signatures increases from the Archean to Phanerozoic, reflecting the increasing the role of fluids and crustal rocks in the magmatic processes during the generation of mantle magmas and their consolidation in the crust. Since alkaline magmatic sources are formed during mantle metasomatism, which enriched the magma generation zones in incompatible elements, the repeated occurrence of this process in separate mantle zones may have lead to the anomalous accumulation of these elements, which should be reflected in the alkaline magmas.     

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。     

The upper mantle beneath Patagonia,Argentina, documented by xenoliths from alkali basalts

Mantle xenoliths in alkali basaltic lavas (with ocean-island basalt chemical signatures) and cinder cones occur in several areas of Patagonia. A representative suite of mantle xenoliths was collected in the region between latitudes 40° and 52°S and longitudes 67° and 71°W in the Río Negro, Chubut, and Santa Cruz provinces, Argentina. Mantle xenoliths in Patagonia display distinguishing peculiarities compared with those of other worldwide occurrences. The lithospheric mantle beneath Patagonia, as inferred from chemical variation diagrams, has experienced only minor melt extractions in the garnet peridotite field and more extensive melt extractions in the spinel lherzolite field. Variably intensive cryptic and modal metasomatism affected the lithospheric mantle in this region. Textural evidence shows that the mantle is moderately to strongly tectonized and recrystallized on both the local and the regional scale, with an overall predominance of deformed textural types. Mineral equilibrium indicates a strongly elevated geotherm similar to the southeast Australia and oceanic geotherms, which is not normal for a continental intraplate tectonic setting. Therefore, the properties of the Patagonian samples are probably related to the presence of rising mantle plume(s) in an extensional tectonic setting.     

Trace Element Residence and Partitioning in Mantle Xenoliths Metasomatized by Highly Alkaline, Silicate- and Carbonate-rich Melts (Kerguelen Islands, Indian Ocean)

Mantle xenoliths in alkaline lavas of the Kerguelen Islandsconsist of: (1) protogranular, Cr-diopside-bearing harzburgite;(2) poikilitic, Mg-augite-bearing harzburgite and cpx-poor lherzolite;(3) dunite that contains clinopyroxene, spinel phlogopite, andrarely amphibole. Trace element data for rocks and mineralsidentify distinctive signatures for the different rock typesand record upper-mantle processes. The harzburgites reflectan initial partial melting event followed by metasomatism bymafic alkaline to carbonatitic melts. The dunites were firstformed by reaction of a harzburgite protolith with tholeiiticto transitional basaltic melts, and subsequently developed metasomaticassemblages of clinopyroxene + phlogopite ± amphiboleby reaction with lamprophyric or carbonatitic melts. We measuredtwo-mineral partition coefficients and calculated mineral–meltpartition coefficients for 27 trace elements. In most samples,calculated budgets indicate that trace elements reside in theconstituent minerals. Clinopyroxene is the major host for REE,Sr, Y, Zr and Th; spinel is important for V and Ti; orthopyroxenefor Ti, Zr, HREE, Y, Sc and V; and olivine for Ni, Co and Sc. KEY WORDS: mantle xenoliths; mantle metasomatism; partition coefficients; Kerguelen Islands; trace elements     

Iron isotope variations in spinel peridotite xenoliths from North China Craton: implications for mantle metasomatism

Iron isotopes, together with mineral elemental compositions of spinel peridotite xenoliths and clinopyroxenites from Hannuoba and Hebi Cenozoic alkaline basalts, were analyzed to investigate iron isotopic features of the lithospheric mantle beneath the North China Craton. The results show that the Hannuoba spinel peridotite xenoliths have small but distinguishable Fe isotopic variations. Overall variations in δ⁵⁷Fe are in a range of ?0.25 to 0.14‰ for olivine, ?0.17 to 0.17‰ for orthopyroxene, ?0.21 to 0.27‰ for clinopyroxene, and ?0.16 to 0.26‰ for spinel, respectively. Clinopyroxene has the heaviest iron isotopic ratio and olivine the lightest within individual sample. No clear linear relationships between the mineral pairs on “δ-δ” plot suggest that iron isotopes of mineral separates analyzed have been affected largely by some open system processes. The broadly negative correlations between mineral iron isotopes and metasomatic indexes such as spinel Cr#, (La/Yb)_N ratios of clinopyroxenes suggest that iron isotopic variations in different minerals and peridotites were probably produced by mantle metasomatism. The Hebi phlogopite-bearing lherzolite, which is significantly modified by metasomatic events, appears to be much heavier isotopically than clinopyroxene-poor lherzolite. This study further confirms previous conclusions that the lithospheric mantle has distinguishable and heterogeneous iron isotopic variations at the xenoliths scale. Mantle metasomatism is the most likely cause for the iron isotope variations in mantle peridotites.     

碱型地幔流体与富碱热液成矿

碱交代作用是整个热液作用成矿的一个基本机理,包括:①所有的热液作用是碱型地幔流体从对岩石(或岩体或地层)进行碱交代(K、Na的带入)开始的;②提供矿源(靠富K、Na热液的强烈交代作用在热液上升路途中萃取岩石矿质);③形成碱交代岩,使热液由强碱性向酸性([H+]离子浓度增长)演化,以破坏稳定的矿质迁移形式,导致沉淀、卸载、成矿;④碱交代岩是高压高温爆裂岩,角砾和次生孔隙度由此大增,有利于热液和构造再活动,成为金属成矿和油气成藏的有利储矿围岩.文章用新的证据证明此富碱热液来自深部碱型地幔流体(A-HA00NS).通过碱金属地球化学这条纲把热液作用和地幔流体作用串联为深浅一个整体.     

地幔流体研究进展

介绍了在地幔流体的成分、源区、形成机制、运移方式和分异模式以及地幔流体与地幔交代作用、岩浆作用和成矿作用的关系等方面研究的一些新进展 ,总结了地幔流体的研究途径和方法的一些新突破 ,并指出了今后的重点研究方向。     

地壳流体与地幔流体间的关系

通过铀、金矿床及地幔岩捕虏体研究，初步得出以下认识：（１）在热液作用中岩浆分异热液是不存在的；（２）碱交代作用是整个地幔交代作用和地壳交代作用的基本运作机制，现已构成有几十条具体规律的理论系统；碱交代岩是地幔流体转变为热液的化石记录；（３）拆离断层构造体系是地幔流体上升到地壳后的活动通道；（４）磷（Ｐ）是地幔流体的特征性示踪成分；（５）大洋缺氧事件、生物种属灭绝、厄尔尼诺等有共同的地幔流体致因；（６）天然气－油－盐－金属成矿是统一的热液成矿作用。软流体是今后区域成矿预测的重要新依据。软流体的顶部发育有次级、再次级的局部上凸部，这是矿带、矿田群的重要成矿控制因素和找矿新标志。     

深部过程中地幔流体现实微观踪迹的实验证据

伴随深部地质过程的地幔流体作用是引发地壳中成矿作用的重要物质源和动力源。由于地幔流体的超深源性及由此决定其性质和演化的复杂性,使人们很难具体捕捉其实际存在,或者多数情况下很难准确界定。通过岩相学、岩石化学、电子探针和扫描电镜及能谱分析的综合研究发现,地幔流体活动的现实微观踪迹和存在方式可以表现为富铁熔浆包体和富铁微晶玻璃,二者在透射偏光显微镜下无光性,呈黑色不透明状;反射偏光显微镜下不反光,但在电子显微镜下呈显微晶质结构,显示微晶金属和非金属矿物之间呈熔离交生,超微晶矿物组成以硅酸盐和石英为主,尤其是经过成分配比换算,得到碳硅石,含铬自然铁、钛铁矿、磷灰石和含钛镜铁矿等地幔标型矿物,反映了地幔流体的熔浆性质。捕捉和揭示深部地质过程中地幔流体作用的现实微观踪迹,对于深入分析和认识地壳地质作用的机制和成矿效应具有重要理论和现实意义。