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、     

活化构造与克拉通破坏的动力学机制研究

热能聚散交替、地幔蠕动是构造–岩浆活化理论创建初期提出的动力学机制假说。深部地质研究开拓了岩浆活化构造动力学研究的深度。许多地球化学家和地球物理学家对中国中新生代构造演化的研究,给热能聚散交替、地幔蠕动假说提供了科学证据。近20年来对华北克拉通破坏的动力机制研究,促进了构造–岩浆活化动力学机制研究的深入。构造–岩浆活化的动力学过程如同克拉通破坏一样,是一个复杂的地质过程:从稳定的地台区到地台活化区,其动力体制的转化既具有渐变到突变的特点,又是呈阶段性发展的;既有时间上的阶段性又有空间上的迁移性。在由地台阶段向地台活化阶段转化的过程中,上地幔化学结构由亏损状态向富集状态转化,地幔交代作用是导致地台活化的先驱事件。中国东部大陆岩石圈减薄的事实证明,控制岩石圈破坏过程中物质交换与能量转换的关键部位发生在壳幔过渡带。通过大陆岩石圈中孔隙波的产生和传播,地幔物质和热量通过壳–幔过渡带传输到地壳中去,导致东部大陆地壳的构造–岩浆活化。由于孔隙波造成物质和热流的向上运动,导致大陆岩石圈热结构发生调整。为了探讨这一机制所导致的上涌流对大陆岩石圈中热结构模式的可能影响,在岩石圈尺度范围内通过数学运算推导出了与上涌流有关的传热问题的理论解。由理论和数值分析获得不同上涌流条件下的大陆岩石圈不同热结构模式与依据地球物理、地质资料获得的大陆岩石圈热结构模式十分吻合。大陆岩石圈内传质传热模型与热能聚集、地幔蠕动是一致的。华北克拉通破坏(地台活化)的数值模拟实验与地质事实证明这是一种主动活化,反映了地幔传导热流与上涌流速率在华北克拉通岩石圈破坏过程中起着的重要作用,而华北克拉通边缘的板块活动是克拉通破坏的导火线。     

上地幔熔体-岩石相互作用与大陆地幔演化

根据实验岩石学、幔源岩石的岩石地球化学资料以及微量元素地球化学理论模拟等,评述了上地幔熔体岩石相互作用研究领域的最新进展,指出熔体岩石相互作用不仅深刻地制约了岩石圈地幔的矿物学、地球化学和物理性质的变化以及地幔不均一性的形成及演化,而且也会最终控制各种构造环境下喷出岩浆的地球化学特征,以及深部岩浆的分离机制。     

富碱斑岩中超镁铁深源包体岩石的元素地球化学分析

云南省鹤庆县六合乡富碱斑岩体中的超镁铁深源岩石包体，对于研究富碱斑岩岩浆的起源和演化及其成岩成矿作用具有重要意义。在对深源包体岩石的元素地球化学特征进行系统研究后，发现该深源包体具有原始上地幔岩在地幔条件下受到一定程度富集地幔流体交代作用改造的特征，具有富集地幔的低程度部分熔融属性，为富碱斑岩的成岩成矿作用提供了重要的元素地球化学依据。     

上地幔熔体—岩石相互作用与大陆地幔演化

根据实验岩石学,幔源岩石的岩石地球化学资料以及微量元素地球化学理论模拟等,评述了上地幔熔体－岩石相互作用研究领域的最新进展,指出熔体－岩石相互作用不仅深刻地制约了岩石圈地幔的矿物学,地球化学和物理性质的变化以及地幔不均一性的形成及演化,而且也会最终控制各种构造环境下喷出岩浆的地球化学特征,以及深部岩浆的分离机制。     

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。     

华北太古代上地幔钕同位素组成、演化及对该区岩石圈地幔不均一性的制约

近年所获得的华北各地区太古代变质火山岩系9个较准确的Sm-Nd同位素年龄及初始Nd同位素比值表明,华北太古代(3500—2500Ma)上地幔都是亏损的,但在1000Ma范围內其ε_(Nd)值一直恒定在+3左右,与全球太古代亏损地幔Nd同位素演化规律一致。这表明华北太古代的构造体制有可能使大量地壳物质重新进入地幔从而保持ε_(Nd)值的恒定。如果华北大陆岩石圈地幔的主体是在太古代时从对流上地幔中分离出来的,利用该区太古代上地幔Nd同位素组成及其可能的sm/Nd值进行计算,可获得该区岩石圈非交代地幔应是与N型大洋中脊玄武岩(以下简称MORB)源类似或更亏损的高亏损地幔,其现代ε-(Nd)值最大变化范围在+7—+23之间。至今在华北我们尚未发现由这种高亏损非交代大陆岩石圈地幔产生的大陆玄武岩。如果某些大陆玄武岩可能产生于大陆岩石圈地幔,则其源区必定是经过地幔交代作用再富集了的地幔。     

中国满州里—绥芬河地学断面地壳—上地幔化学组成及垂向地球化学分带

通过地质、地球物理和地球化学综合研究，建立了断面域兴安、松嫩地块地壳－上地幔结构及岩石组成模型，估算了地壳－上地幔各结构层的元素丰度（地壳５３种，地幔３４种）。根据不同结构层的元素丰度，建立了兴安、松嫩地块地壳－上地幔垂向地球化学分带。兴安、松嫩地块化学组成的横向对比表明每个地块都有其独立演化历史。与华北地台南缘化学组成对比表明两地块与华北地台无明显成因联系。     

中国东部岩石圈减薄时间的制约及构造控制因素探讨

华北地块中生代含幔源包体玄武岩同位素年龄、岩石化学、地球化学及Sr-Nd同位素研究成果表明:119 Ma~110 Ma之间华北地块岩石圈地幔性质由富集型岩石圈地幔转化为亏损的软流圈地幔,岩石圈地幔性质的显著变化,说明中国东部岩石圈减薄的主要时间发生在早白垩世晚期119~100 Ma之间。中生代古太平洋伊泽奈崎大洋板块(Izanagi Plate)向欧亚板块俯冲所导致的拆沉,应是岩石圈减薄的重要控制因素。     

秦岭造山带前寒武纪地幔化学分区及壳幔物质循环——Pb，Nd同位素及微量元素证据

对秦岭造山带４个构造单元前寒武纪基性火山岩６４个岩石样品的Ｐｂ同位素，２４个岩石样品的Ｎｄ同位素和３８个岩石样品的微量元素组成进行了同位素组成间、微量元素对比值间和同位素组成与微量元素含量比值间相关变异分析，并研究了岩石Ｐｂ同位素组成的拓扑学特征．结果表明：秦岭造山带前寒武纪地幔可划分成４个化学分区；４个分区中华北地台南缘区长期独立演化，具典型大陆岩石圈特征；另３个地幔分区间相关演化，且均不同程度地与大洋环境相联系，说明在岩石圈尺度上前寒武纪北秦岭与华北地台间的边界是秦岭地区最重要的地幔化学不均一界面；前寒武纪北秦岭带幔源岩浆与南秦岭带和扬子地台北缘区幔源岩浆的源区组成既有差异，晚期又有一定相似性，反映前寒武纪晚期南秦岭带和扬子地台岩石圈块体已向北秦岭带和华北地台俯冲，故南北秦岭间的分界既是秦岭造山带内的地幔化学不均一界面，又是秦岭造山带岩石圈构造界面；秦岭造山带各构造区带在造壳过程同时也存在地壳物质回返地幔的过程，由于岩石圈构造环境的差异，不同时期各构造区带参加壳幔物质循环的地壳组分有所不同     

地幔再富集作用对岩石圈地幔Fe-Mg-Ca同位素组成的影响

本文对目前的大洋玄武岩和华北地幔橄榄岩捕虏体的Fe-Mg-Ca同位素研究结果进行了系统的归纳和总结,并在此基础上,探讨地幔再富集作用对岩石圈地幔Fe-Mg-Ca同位素组成的影响,以期为进一步认识华北岩石圈地幔物质组成转变的方式提供新途径。统计结果表明,没有受到地幔交代作用影响的橄榄岩,其Fe-Mg-Ca同位素组成变化范围小,而地幔再富集作用会导致岩石圈地幔的Fe-Mg-Ca同位素组成明显不均一,说明地幔再富集作用是导致岩石圈地幔Fe-Mg-Ca同位素组成变化的重要机制。     

科洛新生代火山群富钾火山岩中的幔源包体特征及上地幔热状态

黑龙江省科洛火山群富钾火山岩主要岩石组合为碱玄岩、响岩等岩石,岩石学、岩石化学、地球化学、同位素等特征研究表明,其岩浆来自上地幔并为板内裂谷环境,是上地幔岩部分熔融形成的岩浆喷至地袁冷凝形成的.岩石中幔源金云母、尖晶石二辉橄榄岩包体研究表明,科洛地区的上地幔是"过热"的,这种"过热"的状态,正是诱发大陆裂谷构造形成的根本原因.     

峨眉山玄武岩Sr、Nd、Pb同位素特征及其物源探讨

选择峨眉山玄武岩区2个出露最全的云南永胜大迪里剖面和宾川上仓剖面进行了Sr、Nd、Pb同位素地球化学研究.结果表明, 少数样品的Pb同位素与Hanan和Graham定义的C组分相似, 而大多数样品则不在C组分范围之内, 说明除地幔柱物质外, 有岩石圈物质的加入.在多元同位素图解上, 峨眉山玄武岩位于EMⅠ、EMⅡ和DMM三端元之间, 表明其源区可以由地幔柱、富集的岩石圈地幔和地壳不同程度的混合来解释.结合已有的微量元素资料分析, 其中的地壳组分主要为下地壳, 而早期玄武质岩浆在上升过程中由于通道不畅通, 有较多的上地壳组分的混染.岩石圈地幔的富集作用可能与地幔柱释放出的小体积富Na、P而贫K的流体交代作用有关.粗面岩的同位素组成和玄武岩接近, 说明粗面岩是玄武质岩浆分离结晶作用形成的.      

眉山玄武岩Sr、Nd、Pb同位素特征及其物源探讨

选择峨眉山玄武岩区2个出露最全的云南永胜大迪里剖面和宾川上仓剖面进行了Sr、Nd、Pb同位素地球化学研究。结果表明，少数样品的Pb同位素与Hanan和Graharn定义的C组分相似，而大多数样品则不在C组分范围之内，说明除地幔柱物质外，有岩石圈物质的加入。在多元同位素图解上，峨眉山玄武岩位于EMⅠ、EMⅡ和DMM三端元之间，表明其源区可以由地幔柱、富集的岩石圈地幔和地壳不同程度的混合来解释。结合已有的微量元素资料分析，其中的地壳组分主要为下地壳，而早期玄武质岩浆在上升过程中由于通道不畅通，有较多的上地壳组分的混染。岩石圈地幔的富集作用可能与地幔柱释放出的小体积富Na、P而贫K的流体交代作用有关。粗面岩的同位素组成和玄武岩接近，说明粗面岩是玄武质岩浆分离结晶作用形成的。     

青藏高原Pb同位素地球化学及其意义

根据青藏高原不同构造单元基底片麻岩、花岗岩类和火山岩等不同类型岩石的486套Pb同位素数据的整理和分析,发现青藏高原岩石圈存在3种主要类型,即亏损Pb同位素的特提斯洋地幔域端元、富集Pb同位素的喜马拉雅成熟大陆地壳端元和青藏高原北部的过渡型Pb同位素的地幔端元。这3类地球化学端元与前人通过Sr-Nd同位素研究获得的3类端元一致。拉萨地块内部不同类型岩石的Pb同位素地球化学特征指示出两类岩浆作用,一类是特提斯洋岩石圈俯冲消减再循环和亏损地幔物质注入导致的亲特提斯洋型岩浆作用,另一类是与类似于喜马拉雅大陆地壳物质加入导致的富集地幔源区有关的超钾质岩浆作用。岩浆作用的Pb同位素地球化学记录了特提斯洋俯冲消减作用和随后发生的印度大陆向北拼合、碰撞和俯冲过程,也记录了大规模的壳幔相互作用对高原岩石圈演化与隆升的贡献。     

北部湾涠洲岛及斜阳岛火山岩微量元素和同位素地球化学及其构造意义

本文在北部湾内一对姊妹火山岛即涠洲岛及斜阳岛火山地质研究基础上,进一步开展火山岩微量元素和Sr-Nd-Pb同位素,以及地幔橄榄岩Re-Os同位素地球化学研究.岛上早晚两期火山岩均为碱性玄武岩,分别属于碱性橄榄玄武岩和碧玄岩.碧玄岩为玻基斑状结构,舍地幔橄榄岩碎块(一般<1cm),表明为地幔岩浆快速喷出地表冷凝而成,岩浆上升过程中极少演化.火山岩微量元素和Sr-Nd-Pb同位素资料表明,涠洲岛及斜阳岛玄武岩与雷琼及北部湾周边、南海海盆玄武岩类似,具有亏损地幔的Sr、Nd同位素组成与Pb同位素显示的EMII富集地幔特征的Dupal异常,表明岩浆并非来自单一地幔源区,不可与OIB或MORB源区简单类比,也非地幔柱成因,而是由两个不同的地球化学组分混合而成.Re-OS同位素特征也指示地幔橄榄岩捕虏体来源于亏损的岩石圈地幔,而非核幔边界.推测涠洲岛及斜阳岛与雷琼及北部湾周边的岩浆可能是由于南海扩张后大陆裂解-软流圈地幔热物质上涌,与上覆薄而年轻的岩石圈地幔相互作用的产物.     

华南花岗岩物源成因特征与陆壳演化

华南不同时代的花岗岩按物质来源及成因可划分为:幔源(分异)系列:幔-壳混源(同熔)系列;壳源改造(重熔)系列和幔-壳混源碱性系列等四个不同的系列,简要阐述了划分四类系列的岩石学、地球化学的依据。侧重根据Sm-Nd、Rb-Sr同位素成分,以二元混合模型计算了花岗岩源区物质组成中,上壳和亏损地幔组份各占的比例。在此基础上探讨了不同物源成因系列花岗岩形成与华南陆壳演化的内在联系:东安、雪峰旋回褶皱系阶段花岗岩物源成因类型比较多样,有幔源(分异)系列、不成熟壳源、成熟壳源改造(重熔)系列等;加里东,海西期以陆壳改造(重熔)系列为主;印支、燕山期活化区(地洼)阶段,在地幔活化激发下,中国东部陆缘形成幔—壳混源(同熔)系列花岗岩和相应的火山岩;但沿内部断裂带,在壳下地幔热传输及构造作用下引起陆壳重熔,形成属于壳源改造(重熔)系列花岗岩。同位素的研究证明了:地洼阶段的构造-岩浆活动主要动力是来自壳下地幔的活化。     

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     

吉林辉南“反应”成因方辉橄榄岩包体及其深部动力学意义

同正常的残余方辉橄榄岩相比,辉南方辉橄榄岩具有异常高的HREE组成和特殊的二次重结晶结构,因此,它们不是上地幔经大程度部分熔融后的残余,而是熔体－岩石反应的结果。倒U型REE分配模式暗示这些样品经历了与玄武质熔体相互作用的历史,并达到了平衡,大量熔（流）体的存在有利于地幔岩石矿物颗粒的增长,从而形成特征的二次重结晶结构。这种“反应”型方辉橄榄岩的形成可能与上涌软流图对岩石圈地幔的热－化学浸蚀有关。“反应型”方辉橄榄岩形成之后,又受到了类似于碳酸岩或富挥发份小体积熔体的交代,因此辉南地区上地幔经历了多期地幔交代作用。     

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。