安徽女山新生代玄武岩中橄榄岩包体矿物的含水性研究

本文对15个来自安徽女山新生代玄武岩的橄榄岩包体矿物（橄榄石、单斜辉石和斜方辉石）进行了详细的微区傅立叶变换红外光谱（Micro-FTIR）分析。结果显示,所有被测的橄榄石颗粒都没有明显的OH吸收峰,这表明橄榄石要么不舍结构水,要么结构水含量〈2ppm（H2Owt．下同）;所有的单斜辉石和斜方辉石颗粒都含有以OH形式存在的结构水。辉石矿物颗粒内部的结构水含量要么是均一的,要么表现出中心高边缘低的不均一分布。这种不均一分布的特征应该来自于包体上升过程中由于压力降低而引起的H扩散。如果用每个样品多个测定颗粒的中心部位的平均值来代表该样品的话,15个样品的单斜辉石水含量为6～356ppm,斜方辉石水含量6～139ppm。单斜辉石与斜方辉石之间水含量的比值为-2．5,和文献中报道的分配系数吻合,表明女山单斜辉石和斜方辉石之间达到了H平衡。女山的橄榄岩分成低温（〈950℃）和高温（〉1050℃）两组,所有的含角闪石的样品都在低温组。高温组的斜方辉石和单斜辉石表现出H2O含量和Al含量的正相关、和Mg含量的负相关,表明Al^3＋H^←→Si^4＋和Al^＋H^＋←→2Mg^2＋是辉石中H的主要结合机制,同时也表明这些样品有效地保存了其在源区的原始结构水含量。而低温组的辉石偏离了相关趋势,结合该组部分样品含有角闪石的特征,我们提出一个流体（本文中采用广义的概念,即包括熔体和流体）上升交代的模式来解释女山橄榄岩的特征：流体从下向上运移,与高温组（下部）橄榄岩先发生反应,由于水含量较低,既没有影响橄榄岩矿物的原始水含量,也没有能形成角闪石,在上升的过程中由于发生名义上无水矿物（橄榄石,辉石等巨晶）的结晶分离,流体中的水含量不断增加,积累到一定程度,即与低温组（上部）橄榄岩反应时。不仅影响了橄榄岩矿物的原始水含量,也在部分样品中形成了角闪石。     

苏北盆地新生代玄武岩中橄榄岩包体的含水性

对来自苏北盆地盘石山、练山和方山地区新生代玄武岩中的50个橄榄岩包体矿物进行了系统的微区傅立叶变换红外光谱(Micro-FTIR) 分析.结果显示, 所有的单斜辉石和斜方辉石颗粒都含有以OH形式存在的结构水, 盘石山、练山和方山橄榄岩的单斜辉石水含量分别为64×10-6~183×10-6、37×10-6~102×10-6和41×10-6~177×10-6; 斜方辉石水含量分别为16×10-6~61×10-6、13×10-6~45×10-6和21×10-6~74×10-6.几乎所有的橄榄石都没有检测到明显的OH吸收峰, 暗示其水含量低于仪器的检出限(~2×10-6).根据矿物水含量(假设橄榄石的水含量为2×10-6) 和它们的体积分数计算的盘石山、练山和方山橄榄岩全岩的水含量分别为12×10-6~52×10-6、7×10-6~25×10-6和13×10-6~44×10-6.结合已经发表的橄榄岩包体的数据来看, 在岩石圈地幔的物理化学条件下, 单斜辉石与斜方辉石之间水的平衡分配系数大约为2.2±0.4.结合已经发表的安徽女山和河北汉诺坝的橄榄岩数据, 对比世界上其他地区橄榄岩的数据来看, 华北的岩石圈地幔具有低的水含量: 华北橄榄岩的单斜辉石水含量多 < 200×10-6, 而世界上其他地区(包括南非克拉通、美国新墨西哥地区、美国Colorado高原、美国盆岭省地区、墨西哥南部、法国中央地体以及加拿大WestKettle地区) 橄榄岩的单斜辉石水含量多 > 200×10-6; 华北的斜方辉石水含量多 < 100×10-6, 而世界上其他地区多 > 100×10-6; 华北的橄榄岩全岩水含量多 < 50×10-6, 而世界上其他地区多 > 100×10-6.华北岩石圈地幔的低水含量有可能是由于上升软流圈的热侵蚀造成的, 因此目前的华北岩石圈地幔可能大部分都是中生代岩石圈减薄后的残余, 而不是新生地幔.      

河北汉诺坝碱性玄武岩的源区和成因

我国华北北部新近纪喷发的汉诺坝玄武岩,岩层出露比较完整,普遍含有超镁铁岩包体和各种高压巨晶。大麻坪代黄沟剖面出露较好,主要岩性为玄武岩,从上到下可分为上三、二、一层和底层。岩相学观察显示这些玄武岩含有1%~5%的捕虏晶且斑晶数量很少。橄榄岩包体为尖晶石二辉橄榄岩,轻稀土略微亏损,轻重稀土无分馏,显示这是只经过少量部分熔融后的原始地幔包体。通过对代黄沟碱性玄武岩中橄榄石、辉石和斜长石等斑晶或捕虏晶的矿物学分析,得出它们的成分变化是玄武岩混合了分解的地幔橄榄岩快速上升造成的。玄武岩的主量元素与二辉橄榄岩相平衡的原生熔体相比,Mg#(52.0~62.7)以及CaO(7.3%~8.5%)、Ni((82~192)×10-6)和Cr((65~192)×10-6)含量都较低。玄武岩的稀土分配模式为轻稀土富集的右倾型,δEu=1.01~1.05,δCe=0.95~1.02,富集高场强元素Nb、Ta、Zr及大离子亲石元素Ba、Sr。玄武岩痕量元素Ba/Rb和Rb/Sr的比值显示源区可能遭受过流体的交代作用。同时,痕量元素显示这一系列玄武岩主要受到部分熔融的控制,大量的结晶分异并未发生,且源区残留石榴子石。分析认为玄武岩岩浆应该是原生岩浆,而不是演化岩浆,影响整个岩浆的形成的过程可能是部分熔融而不是分离结晶。基于目前已发表的实验岩石学结果和理论分析认为汉诺坝玄武岩与辉石岩类相平衡,源区主要矿物相为单斜辉石和石榴子石,可能存在少量的橄榄石。     

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。     

女山和盘石山橄榄岩包体中的水: 红外光谱研究

运用傅立叶变换红外光谱技术对来自安徽女山新生代碧玄岩中的6个和江苏盘石山新生代玄武岩中的3个名义上“干”橄榄岩包体中的矿物进行了观察。结果显示:单斜辉石和斜方辉石普遍含有微量的结构水,以OH-的形式赋存;除1个女山包体外,其余的橄榄石均未探测到结构水;女山1个石榴石橄榄岩中的石榴石未能探测到结构水。单斜辉石中结构水含量>斜方辉石>>橄榄石(石榴石)。结合文献中的资料来看,岩石圈地幔中水的分布可能既具有大尺度不均一性,又具有小尺度不均一性,可能并不具有明显的垂向分带。     

滇东南马关木厂新生代玄武岩中橄榄岩包体的含水性

对来自滇东南马关木厂的尖晶石二辉橄榄岩中名义上无水矿物(NAMs)进行显微傅里叶变换红外光谱(Micro-FTIR)分析,结果显示,单斜辉石、斜方辉石和橄榄石中均含有以羟基形式存在的结构水,单斜辉石的水含量为160×10~(-6)~557×10~(-6)(质量分数,下同),斜方辉石的水含量为85×10~(-6)~207×10~(-6),橄榄石的水含量为5×10~(-6)~12×10~(-6),根据矿物百分比含量估算的全岩水含量为46×10~(-6)~137×10~(-6);元素地球化学特征表明,本次研究的橄榄岩包体是岩石圈地幔经历较低程度部分熔融的残余;低(La/Yb)N值(0.22~0.57)以及高Ti/Eu比值(4 076~6 772)暗示橄榄岩可能经历了以硅酸盐熔体为交代介质的微弱地幔交代作用;单斜辉石的微量元素组成比较单一,整体表现出高场强元素、大离子亲石元素以及轻稀土元素的同步亏损;结合中国东部地区已经发表的橄榄岩包体含水量数据来看,滇东南马关木厂岩石圈地幔具有明显富水的特征,可能与该区自中生代以来遭受的新特提斯洋壳大规模俯冲流体交代作用有关;与华北克拉通含水量的明显差异有可能反映的是两地岩石圈地幔正处于不同的演化阶段。     

汉诺坝玄武岩及幔源包体对大陆地幔不均一性的指示

了解大陆地幔的不均一性对于理解地壳成分再循环、壳-幔相互作用等过程至关重要。本文通过对华北克拉通北缘汉诺坝地区来自不同地幔深度幔源岩石（玄武岩及橄榄岩和辉石岩包体）的研究进行综述,探讨了地幔在垂向上成分的不均一性特征。汉诺坝玄武岩的研究揭示了汉诺坝地区软流圈顶部存在再循环的碳酸盐化榴辉岩以及岩石圈底部具有富集的古老洋壳和沉积物成分。另外,玄武岩携带的橄榄岩和多类型辉石岩包体记录了不同来源（蚀变洋壳、沉积碳酸盐岩、碎屑沉积物、拆沉下地壳、软流圈）且不同成分（硅酸盐、碳酸盐）的熔/流体活动。富集地壳来源的熔/流体加入明显影响了汉诺坝地区陆下地幔成分的均质性,使得陆下地幔在微米至千米尺度存在明显的成分不均一特征。汉诺坝地区陆下地幔不均一性的认识为了解地壳物质再循环提供了绝佳的窗口。

     

河北汉诺坝玄武岩中幔源捕虏体中的水

本文对河北汉诺坝玄武岩内的幔源捕虏体矿物进行了系统地红外光谱学研究。结果表明,来自该地区约75km以上的地幔捕虏体普遍含有微量水(0.45×10~(-2)％～11.6×10~(-2)％,以H_2O计算,下同),以OH~-形式主要赋存在辉石(及橄榄石?)中,而不是在角闪石或金云母中。捕虏体中的水可能首先进入橄榄石、石榴石及辉石晶格,角闪石或金云母晶出在后。虽然角闪石及金云母晶格中含有比辉石高百倍的水,但它们所含的水可能是局部水的富集,与相对规模较小的岩浆事件或交代作用有关。早期研究估计的75km以上原始地幔岩中含0.1％水的数据可能偏高。汉诺坝玄武岩捕虏体含水量(多数1.11×10~(-2)％～3.01×10~(-2)％)比大洋中脊玄武岩和南非金伯利岩中捕虏体含水量(多数低于1.00×10~(-2)％)略高。反映了水在上地幔中时间、空间分布的不均匀性。幔源无水硅酸盐矿物中含有微量水这一事实,为了解上地幔中水的分布,水在地幔中的动力学、地球化学过程所起的作用提供了重要基础数据。     

福建龙海牛头山新生代玄武岩橄榄岩包体的水

对福建龙海牛头山新生代玄武岩中橄榄岩包体进行了傅利叶变换红外光谱(FTIR)分析,结果显示,二辉橄榄岩中的辉石包体含有结构水,均以OH的形式存在,结构水含量分别如下: 单斜辉石为(151~845)×10-6,斜方辉石为(40~710)×10-6,全岩为(25~90)×10-6.无论是辉石中的水含量还是全岩中的水含量,福建牛头山地区均高于华北克拉通的安徽女山、河北汉诺坝和苏北盆地,而与同是华北克拉通的河北阳原地区水含量相当.实验证明辉石是牛头山地区上地幔重要的水储库.初步推断福建牛头山经历了洋壳俯冲作用及底侵作用.      

汉诺坝幔源单斜辉石巨晶中的结构水:红外光谱观察

本文利用傅立叶变换红外光谱技术对产自河北汉诺坝新生代玄武岩中的4个单斜辉石巨晶进行了微量结构水的观察．确定3SOOcm‘左右和3620cm－‘左右两组峰为结构OH吸收峰,其中3500cm(-1)‘左右是主要特征吸收峰。单斜辉石巨晶自源区被携带至地表的过程中未经历明显的红扩散丢失。结合文献中的资料可以认为,上地幔中水的分布可能是不均一的。     

大陆下地壳和岩石圈地幔含水性的差异——山东莒南玄武岩中深源包体的初步观察

对产于莒南晚中生代玄武岩中的镁铁质麻粒岩和橄榄岩包体矿物进行了傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析.结果显示,麻粒岩矿物和全岩中水含量分别为:单斜辉石300×10-6～1 180×10-6,斜方辉石80×10-6～169×10-6,斜长石717×10-6～1 239×10-6,全岩525×10-6～855×10-6;橄榄岩矿物和全岩中水含量分别为:单斜辉石466×10- 6～746×10-6,斜方辉石187×10-6～304×10-6,橄榄石6×10-6～15×10-6,全岩81×10-6～245×10-6.从单矿物看,麻粒岩和橄榄岩之间水含量的差距不是很明显,但麻粒岩的全岩水含量明显高于橄榄岩,表明大陆深部岩石圈的水含量在垂向上具有不均一性.     

华北新太古代和中生代大陆下地壳中的水:以汉诺坝地区为例

应用显微傅里叶变换红外光谱技术,对华北克拉通北缘汉诺坝地区的太古宙地体麻粒岩和新生代玄武岩中捕虏体麻粒岩(中生代底侵成因)的主要组成矿物(单斜辉石、斜方辉石、斜长石和石榴子石)进行了详细分析.结果表明,无论是地体麻粒岩还是捕虏体麻粒岩,岩石中的主要组成矿物均含有结构水,主要以OH形式存在.同种产状麻粒岩的矿物水含量(H2O%)均存在较大的变化,而且都远远超出实验误差,表明下地壳内水的分布可能是不均一的.两种产状麻粒岩的矿物结构水含量有着显著的不同,地体麻粒岩中矿物的水含量是捕虏体麻粒岩的2倍以上.太古宙-古元古代形成的安徽女山新生代玄武岩中的捕虏体麻粒岩具有与汉诺坝太古宙地体麻粒岩相似的水含量范围,但明显高于汉诺坝中生代形成的捕虏体麻粒岩.由此看来,早期(太古宙-古元古代)下地壳的水含量要比中生代形成的下地壳高得多,这可能指示不同时代下地壳在形成机制和性质上的不同.     

冀北张家口地区汉诺坝玄武岩中麻粒岩捕虏体的硫化物相

捕虏体麻粒岩是了解下地壳形成和演化的重要样品。汉诺坝新生代玄武岩中的二辉麻粒岩捕虏体样品中富含各种硫化物相,主要类型有:①孤立产出的球状出溶硫化物;②矿物颗粒之间或颗粒内的粗晶硫化物;③次生硫化物包裹体群;④裂隙充填硫化物。电子探针分析表明,硫化物的矿物成分均为贫镍磁黄铁矿,(Ni+Co+Cu)/Fe(原子比)远小于0.2;(Fe+Cu+Co+Ni)/S(原子比)比地幔岩的磁黄铁矿小,多小于0.875,反映了一种S过饱和环境。各种产状的磁黄铁矿中Au、Ag都有一定的含量,其平均值分别为0.19%～0.22%(Au)、0.01%～0.02%(Ag),反映下地壳的麻粒岩化与金矿化的成因联系。磁黄铁矿的Ni、Co、Cu含量与S正相关,说明微量重金属元素与S具有同源的关系,由于地幔去气伴随S而进入下地壳。     

Chemical and Isotopic Characteristics of Gabbroic Xenoliths from Hannuoba,China

Nine pieces of gabbroic xenoliths from Hannuoba were examined for their major and trace elements and Nd,Sr and Pb isotopes.The results show that the gab-broic xenoliths are of more mafic basaltic composition .Their abundances show narrow variations in major elements.The trace element contents are highly variable in contrast with those of host basalts and lherzolite xenoliths.The gabbroic xenoliths are rich in Nd(0.51159-0.51249),Sr(0.70491-0.70768) and low in radiogenic Pb(16.283-17.046, 15.191-15.381 and 36.999-37.476),significantly different from basalts and lherzolites in isotopic space.The calculated Nd and Pb model ages are about 3.0-3.5 Ga.The rocks have relatively low equilibrium T(-850℃) and P(0.8-0.9 Gpa).They could be inter-preted to be the product of upper mantle melting at the boundary between the lower crust and the upper mantle.Their chemical and isotopic variations can be ascribed to different degrees of melting,segregation and long-term evolution.     

汉诺坝玄武岩的地球化学特征及成因模式

汉诺坝地区玄武岩具有以碧玄岩为先导,碱性玄武岩到拉斑玄武岩浆多韵次喷发的特点;从碱性玄武岩到拉斑玄武岩Ｍｇ＾＃逐渐增高,稀土元素丰度逐渐降低,轻稀土元素由较富集到较不富集。岩石化学,微量元素地球化学特征表明,从碧玄岩到拉斑玄岩浆的部分熔融程度逐渐增高的产物,未发生明显的分离的分结晶作用。     

Water partitioning between mantle minerals from peridotite xenoliths

The speciation and amount of water dissolved in nominally anhydrous silicates comprising eight different mantle xenoliths has been quantified using synchrotron micro-FTIR spectroscopy. Samples studied are from six geographic localities and represent a cross-section of the major upper mantle lithologies from a variety of tectonic settings. Clinopyroxene contains between 342 and 413 ppm H₂O. Orthopyroxene, olivine and garnet contain 169–201, 3–54 and 0 to <3 ppm H₂O, respectively. Pyroxenes water contents and the distribution of water between ortho- and clinopyroxene is identical regardless of sample mineralogy (D _water^cpx/opx = 2.1 ± 0.1). The total water contents of each xenolith are remarkably similar (113 ± 14 ppm H₂O). High-resolution spectroscopic traverses show that the concentration and speciation of hydrous defects dissolved in each phase are spatially homogeneous within individual crystals and identical in different crystals interspersed throughout the xenolith. These results suggest that the amount of water dissolved in the silicate phases is in partial equilibrium with the transporting melt. Other features indicate that xenoliths have also preserved OH signatures of equilibrium with the mantle source region: Hydroxyl stretching modes in clinopyroxene show that garnet lherzolites re-equilibrated under more reducing conditions than spinel lherzolites. The distribution of water between pyroxenes and olivine differs according to xenolith mineralogy. The distribution of water between clinopyroxene and olivine from garnet peridotites (D _water^cpx/oliv(gnt) = 22.2 ± 24.1) is a factor of four greater than mineral pairs from spinel-bearing xenoliths (D _water^cpx/oliv(sp) = 88.1 ± 47.8). Such an increase in olivine water contents at the spinel to garnet transition is likely a global phenomenon and this discontinuity could lead to a reduction of the upper mantle viscosity by 0.2–0.7 log units and a reduction of its electrical resistivity by a factor of 0.5–0.8 log units.