南大西洋慢速洋中脊与地幔柱相互作用研究进展与展望

揭示洋中脊与地幔柱(脊-柱)之间的可能联系为认识地球深部物质组成与深部地幔动力学过程提供了重要窗口,也是过去40多年以来固体地球科学研究领域的前沿与热点。在绵延八万多千米的全球洋中脊系统中,部分洋脊片段会受到地幔柱作用不同程度的影响。研究显示,大西洋的形成演化与地幔柱作用之间具有密切联系,尤其在南大西洋的裂解、打开演化过程中,南大西洋中脊系统始终与其周围地幔柱(如圣赫勒拿、阿森松、特里斯坦、高夫、发现等地幔柱)之间具有不同程度的相互作用关系,导致沿脊出露玄武岩在地球化学组成上呈现出明显的不均一性特征。本文在系统性总结脊-柱相互作用研究现状与南大西洋地区地质构造演化特征的基础上,详细阐述了南大西洋中脊13.2°S～24.2°S地区玄武岩的岩石地球化学特征;揭示了南大西洋中脊研究区的岩浆演化、地幔源区性质;指示出圣赫勒拿地幔柱物质向南大西洋中脊系统传播的主要方向;圈定了圣赫勒拿地幔柱对南大西洋中脊系统地幔源区性质在沿脊方向的影响范围(14.2°S～20.4°S);同时推测了南大西洋中脊系统与圣赫勒拿地幔柱之间受地幔柱影响的软流圈地幔物质在大洋岩石圈底部的空间展布。最后本文提出了关于南大西洋...     

东太平洋海隆1°N洋中脊玄武岩斜长石斑晶的 化学特征及其对岩浆作用的指示意义

东太平洋海隆为世界典型的扩张脊,其上的洋中脊玄武岩为研究快速扩张作用下的岩浆作用提供了机会。在东太平洋海隆1°N采集到的洋中脊玄武岩内发现了大量结晶状况良好的斜长石斑晶。基于玄武岩的常量元素测试分析,洋脊下部的原始岩浆经历了以橄榄石为主的结晶分离过程,并未发生大规模的斜长石结晶分离。对样品中斜长石斑晶的电子探针测试表明,这些斜长石斑晶为岩浆自生矿物,而非捕掳晶。部分环带斜长石斑晶成分的规律性的变化主要受控于原始岩浆温度的变化,而非岩浆混合作用。我们推测Galapagos三联点下部可能存在一个相对封闭的岩浆体系,为斜长石矿物的结晶提供了时间和空间条件。这些斜长石斑晶形成后并未分离成岩,而是被岩浆带至洋底喷发形成玄武岩。     

塔西南玄武岩年代学和地球化学特征及其对二叠纪地幔柱岩浆演化的制约

本文通过对塔西南达木斯剖面中玄武岩进行K-Ar同位素定年,获得年龄为289.6Ma,并结合Ar-Ar坪年龄结果(290.1Ma)和古生物以及沉积特征,认为290Ma的年龄代表了塔西南玄武岩形成于早二叠世,对应于盆地内下二叠统库普库兹满组下段层位的年龄.地球化学特征显示塔西南熔岩为分异的碱性玄武岩并含45%SiO2和4%MgO含量.塔西南玄武岩与盆地内柯坪玄武岩具有相近的主量元素含量和稀土配分与微量元素蜘蛛网图型、无Eu异常、富集轻稀土元素、较高的其它不相容元素(如高场强元素).但塔西南玄武岩比柯坪玄武岩具有较高的A12O2和CaO含量及稀土总量(288×10-6～358×10-6),偏低的Na2O,P2O5和FeO含量.K、Rb和Cs丰度的无系统性变化主要受这些元素丰度本身变化的影响.对其它不活动组分,塔西南玄武岩具有高Ti(Ti/Y=522～624)和Nb含量(30×10-6～40×10-6)及低zr/Nb比值,暗示其来自富集的地幔源区.其Nb含量相对La含量无显著变化以及相对低的Nb/U(近30)和Ce/Pb比值(近15),指示塔西南玄武熔岩来自大陆岩石圈或受一定程度的地壳混染.塔里木盆地大规模的火山喷发以及富集不相容元素的地球化学特征支持这样一种假设,即塔西南玄武岩来自地幔柱火山作用,或由于地幔柱的供热和上升导致富集的岩石圈地幔部分熔融而形成.且岩浆作用过程以部分熔融为主,结晶分异作用较弱.基于塔西南玄武岩和柯坪玄武岩相近的时代、源区成分和/或岩浆作用过程以及处于陆内稳定构造环境,笔者认为塔里木二叠纪玄武岩的分布范围可以从塔里木盆地内的塔中、柯坪一带一直延伸到塔西南地区.     

峨眉地幔柱-岩石圈的相互作用:来自低钛和高钛玄武岩的Sr-Nd和O同位素证据

蛾眉山玄武岩总体具有较高的^87Sr／^86Sr比值和较低的εNd(t)值，并具有富集地幔源区的特点。而低钛玄武岩(LT)与高钛玄武岩(HT)间又表现出一定的差异性，即早期低钛玄武岩(LTl)的^87Sr/^86Sr比值最高(0．7063—0．7078)，而其εNd(t)最低(—6．74-—0．34)：晚期高钛玄武岩(HT)具有最低的^87Sr/^86Sr比值(0．7049—0．7064)和最高的εNd(t)值(—0．71—1．5)。蛾眉山低钛玄武岩中单斜辉石的氧同位素变化范围为6．2‰-7．86‰，高于洋岛拉斑玄武岩的平均值5．4‰。研究样品较地幔岩石偏高的δ^18O值说明在其形成和演化过程中有壳源物质的参与。结合前人的研究成果和对元素地球化学的研究认为，壳源物质可能主要来自于新元古代富集的扬子西缘次大陆岩石圈地幔。地幔柱—岩石圈的相互作用过程中表现在时间和空间的系统变化，即早期西岩区形成含大量壳源组分的低钛玄武岩，晚期为壳源组分相对较少的高钛玄武岩。空间上低钛玄武岩仅分布在西岩区，而中、东岩区皆为高钛玄武岩。壳源组分随着时间演化逐渐减少，在空间上由西而东也逐渐减少。表明蛾眉山火成岩省形成早(主)期地幔柱头卷入并熔融了较多交代富集的次大陆岩石圈物质，晚期则有较少的壳源物质参与。建立了蛾眉地幔柱与大陆岩石圈作用的工作模型。     

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。     

大兴安岭中生代玄武岩的地球化学特征：壳幔相互作用的证据

大兴安岭中生代玄武岩类由北区碱性系列岩石和南区亚碱性系列岩石组成, 主要活动时期为晚侏罗世至早白垩世, 在时间、空间上显示大体呈北北东向展布的环状 “热向斜构造”。北区碱性系列岩石高度富集轻稀土元素和大离子亲石元素, 其丰度类似于板内碱性玄武岩, 但明显亏损高场强元素这一特点又类似于火山弧钙碱性玄武岩。南区亚碱性系列岩石强烈亏损高场强元素的特征类似于火山弧钙碱性玄武岩, 但轻稀土元素和大离子亲石元素富集程度又类似于洋中脊拉斑玄武岩和岛弧拉斑玄武岩。显然, 大兴安岭中生代玄武岩系列显示地球化学双重性, 也就是既有板内特征又有火山弧特征, 既有富集特征又有亏损特征。这种地球化学双重性表明, 大兴安岭地区存在若干不同性质的地幔源： 富集性的、亏损性的、过渡性的地幔源。解释一个地区存在多元地幔源区模式的最佳方案是地幔柱。这种包含富集成分和亏损成分的地幔柱源区的形成是与古生代地质时期古亚洲域闭合过程中俯冲洋壳与亏损地幔相互作用的动力学、地球化学过程有关。     

地幔柱稀有气体同位素示踪研究的进展及其意义

利用地幔柱、上地幔和地壳在稀有气体同位素组成方面的明显差异,国际上在对地幔柱进行示踪和判识方面已取得了良好的效果。地幔柱的3He/4He值大于8～8.5Ra(Ra=1.4×10-6),且高于上地幔和地壳值;地幔柱的20Ne/22Ne值大于等于10.8,与上地幔值接近,但地幔柱的21Ne/22Ne值低于上地幔值;地幔柱的40Ar/36Ar值一般明显低于上地幔值;地幔柱的129Xe/130Xe和136Xe/130Xe值普遍高于上地幔和地壳值,且高于上地幔值约10%以上。中国东部新生代地幔岩的3He/4He值总体在上地幔3He/4He端员值(8±1Ra)的上下变化,与地幔柱的3He/4He值差异较大。大火成岩省(LIP)的形成与深部地幔柱的活动有关,峨眉山玄武岩是中国目前唯一被学术界普遍认可的LIP。开展包括峨眉山玄武岩在内的有关地幔柱稀有气体同位素示踪方面的研究,对于深化中国地幔柱领域的研究和推动大陆动力学研究的进程具有重要意义。     

大陆溢流玄武岩的地球化学特征及起源

快速上涌的大陆溢流玄武岩（CFB），与大陆裂开存在密切的成因关系。CBF总体岩石及地球化学成分均一，富集同位素及不相容元素，但一些样品含有明显的亏损成分，反映出普遍的地幔不均一性，来自上下地幔边界及软流圈的地幔柱提供了CFB所需的主要物质和能量来源，地壳混染作用对CBF的成分影响不大，而受俯冲带脱水流体以及热地幔柱自身与围岩发生的交代作用影响。交代岩石圈地幔对CBF产生重要影响，很好地解释了CFB所具备的微量元素和同位素特征。     

四川盆地华蓥山峨眉玄武岩地球化学特征及其成因分析

四川盆地华蓥山玄武岩出露于茅口组顶部,夹于龙潭组底部的杂色泥岩、页岩之间,岩性为灰黑色粗玄岩,底部致密块状,顶部见气孔—杏仁状构造。TAS图解显示玄武岩属于碱性与偏碱性过渡带上的拉斑玄武岩系列,TiO₂含量介于2.92%～3.63%之间,Ti/Y值为465～567,属于高钛玄武岩（HT）。岩石LREE/HREE=3.25～3.96,轻稀土略富集,具有右倾平滑型稀土分配模式。华蓥山玄武岩与云南宾川,贵州赫章等地峨眉山玄武岩的地球化学特征相似,反映了相同的幔源性质。结合野外地质特征,认为华蓥山玄武岩应属峨眉地幔柱的一部分,是沿着华蓥山基底断裂发生裂隙式喷发的产物。研究区的高钛玄武岩Ce/Yb介于22.65～27.93,与前人报道的高钛玄武岩Ce/Yb比值范围基本一致,处于石榴石稳定区与尖晶石稳定区的过渡带,Th/Ta、Nb/U、La/Ta等比值反映出岩石受壳源物质的混染程度很低,可能是地幔柱轴部的产物。     

南海北部陆缘新生代玄武岩地球化学特征及成因

南海盆地及周缘地区新生代玄武岩对揭示南海盆地的演化历史至关重要,然而这些玄武岩的成因还存在争议。本文研究了位于南海北部陆缘的海南岛临高县多文组玄武岩岩石地球化学和矿物地球化学特征,并探讨其成因和构造背景。多文组玄武岩主要由橄榄石、单斜辉石、斜长石、斜方辉石、铬尖晶石和铁钛氧化物等组成。橄榄石Fo值变化于55.5～71.1之间,Ni的含量较低,Fe/Mn比值较高。铬尖晶石Cr^#值为74.1～82.7,Mg^#值为45.5～63.8, Ti的含量较高。斜方辉石Mg^#值为63.9～79.6,单斜辉石为66.0～80.6。单斜辉石稀土配分曲线富集MREE,亏损LREE和HREE,呈拱形分布。斜长石以中-拉长石为主(Ab_{36.56～52.78}),富集LREE、Ba、Sr和Eu。铁钛氧化物的TiO₂含量为50.19%～51.46%。多文组玄武岩原始岩浆的主量和微量元素组成与夏威夷、峨眉山、塔里木等玄武岩组成一致,地幔源区包含了辉石岩的成分,而且其地幔潜在温度(>1400℃)和氧逸度(Δ...     

贵州水城二叠纪钠质粗面玄武岩的地球化学特征及其源区

贵州水城二叠纪玄武岩位于峨眉山大火成岩省东部。该玄武岩全岩SiO₂的含量为44.5%~50.04%,TiO₂的含量为2.38%~2.74%,MgO的含量为5.74%~7.96%, Mg^#值较低为0.40~0.49,Na₂O含量高,为4.81%~7.19%,并且Na₂O/K₂O>4,属于钠质粗面玄武岩即夏威夷岩。具有ΣREE富集的右倾型稀土元素分布模式,稀土和微量元素特征和Pb同位素特征显示洋岛玄武岩OIB的地球化学特征,(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i=0.70482~0.70503,ε_Nd(t)和(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)_<em>t变化范围较窄:1.3~1.8和17.21~17.62。与贵州威宁黑石头和织金二叠纪玄武岩比较,水城玄武岩富碱,TiO₂含量低,Na₂O、MgO和Al₂O₃含量高,造成峨眉山大火成岩省东部贵州境内三个地方玄武岩不同性质的主要原因是由于地幔源区不同,分离结晶程度和地壳混染程度的不同,水城玄武岩来源于交代富集地幔,是峨眉山地幔柱上升至石榴石稳定区发生部分熔融,地幔柱的部分熔融体和富含挥发分的大陆岩石圈地幔混合,在上升到地表过程中受到轻微的地壳混染所形成。     

云南省丽江-宾川地区二叠纪玄武岩地球化学特征及其构造背景研究

在峨眉山大火成岩省中,宾川-丽江地区的溢流玄武岩厚度最大,发育较为完整.该区岩石ω(SiO2)(36.72%～51.44%),微量元素中不相客元素如大离子亲石元素K,Rb,Cs,Ba,Th富集;高场强元素Ta,Nd,Hf,Zr以及LREE含量低.它们的岩石地球化学性质呈现递变性,富集轻稀土和大离子亲石元素,具有与洋岛玄武岩相似的地球化学特征,为板内拉张玄武岩.通过对其进行岩石学和地球化学研究,系统分析该区玄武岩岩石地球化学及其岩浆活动特征.认为研究区玄武岩可划分为3个系列:高镁(ωMgO=12.3%～14.3%)、低镁(ωMgO=2.48%～7.53%)和过渡系列(ωMgO=10.4%～11.3%)火山岩.高镁系列玄武岩岩石接近原始岩浆的组成,岩浆源区可能为下地慢,形成深度大,源区地幔部分熔融比例小;低镁系列玄武岩受到较强的地壳混柒作用的影响,显示出富集岩石圈地幔或地壳物质的参与,形成深度浅,熔融比例较大,可能有地壳物质混染;过渡系列介于前两者之间.根据玄武岩大地构造环境判别图解,确定玄武岩形成于大陆拉张环境,与地幔柱活动有关.     

Geology文章认为金成矿是洋中脊与地幔柱相互作用的结果

最新一期Geology（2012年10月18日）发表了有关金成矿机理的研究论文（Golden plumes：Substantialgold enrichment of oceanic crust during ridge-plume interaction）。文章指出,地幔柱活动可以揭示地壳中金的富集过程。研究提出了＂金地幔柱＂的概念,并首次对大洋玄武岩金的富集程度进行了系统研究。研究显示,位于洋中脊的冰岛地幔柱作用正日益使该区域洋壳富集金成分,其金的富集程度为正常水平的13倍,     

卡尔斯伯格洋中脊(Carlsberg Ridge)玄武岩地球化学特征及其对地幔不均一的指示

<正>卡尔斯伯格洋中脊(Carlsberg Ridge;CR)位于印度洋北部,南端与中印度洋中脊相连,北端延伸进入红海。CR洋脊半扩张速率为11-16mm/yr(Ramana,et al.1993),为慢速扩张洋脊,具有类似于北大西洋中脊的地形地貌特征(Raju,et al.2008)。作为印度洋中脊的重要组成部分,CR洋脊是最年轻和最复杂的洋脊之一,也是研究程度最低的洋脊之一(Murton,et al.2005;Nauret,et al.2006;Ray,et al.2013)。印度     

山东蓬莱玄武岩地质与地球化学特征对鲁东地块地幔演化的指示意义

受断裂带的影响,蓬莱玄武岩集中在蓬莱北部,呈 NE 向至 NNE 向分布。火山活动分为四个阶段: 前寒武纪时近 EW 向基底构造的形成、中生代 NE--NNE 向断裂构造的发育、中生代末期地幔柱强烈上涌和新生代火山活动的末期等 4 个构造阶段。玄武岩喷发主要集中于新生代,以气孔玄武岩、苦橄玢岩和辉橄岩为主。常量元素分析显示,蓬莱玄武岩与世界玄武岩平均成分有差异,表现为低 Al2O3、CaO 和 MnO,高 K2O、MgO 和 Na2O; 与中国玄武岩平均成分相比,Al2O3、K2O 和 Na2O 低, CaO、P2O5和 MgO 高。微量元素分析显示蓬莱玄武岩具有大陆玄武岩典型的右倾稀土元素配分模式,具有中度负铕异常。鲁东地块经历两期地幔交代过程,分别为寒武纪时期和中生代末至新生代时期。     

云南金平晚二叠纪玄武岩特征及其与峨眉地幔柱关系——地球化学证据

分布于哀牢山－红河断裂带西南侧的金坪上二叠统玄武岩属于低钛拉斑玄武岩（LT）（Ti/Y＜500）。其地球化学特征总体与洋岛玄武岩（OIB）相似,根据其岩相学、主量元素,微量元素特征,将其划分为LT1和LT2两个地球化学亚类型,它们的分布和主要地球化学标志为：LT1分布于下部,高Mg^#(48-63),SiO2(50%-56%),高∑REE(118-145μg/g）、低Fe2O3（1．36％－1．63％）,Na2O(1.88%-3.17%),TiO2(1.37%-1.92%),高Th、U,低Nb,Ta和Sr负异常;LT2分布于上部,低SiO2(47%-56%),Sr强负异常,二者地球化学特征的差异是同一母岩浆经不同的分离结晶和同化混染作用的结果,金平与宾川峨眉山的化学地层学对比表明,金平LT1和LT2玄武岩与宾川峨眉山玄武岩下部的LT1、LT2十分相似,它们可能是同时,或在类似的环境下形成,金平玄武岩属于峨眉山大火山岩省的一部分,同为峨眉地幔柱早期活动的产物。新生代哀牢山－红河断裂的左滑剪运动导致了宾川与金平玄武岩的错位。     

江山-广丰地区早白垩世晚期玄武岩的岩石地球化学及其构造意义

江山-广丰地区所在的信江红色盆地与金衢红色盆地同属于NEE向赣杭断陷盆地带的组成部分.赣杭构造带自早白垩世晚期开始强烈拉张,红色盆地形成.红层下部夹有层状玄武岩,全岩K-Ar年龄为98～105 Ma,属早白垩世晚期.岩石地球化学特征表明研究区有两类玄武岩:江山陈塘坞一带的拉斑玄武岩,礼贤、广丰一带的碱性橄榄玄武岩.Nd、Sr同位素组成分析显示,拉斑玄武岩类(87Sr/86Sr)i值为0.705 4～0.707 0,εNd(t)值为1.69～0.70(接近于0),表明源区为基本未受壳源物质混染的原始地幔,在弧后陆缘环境下快速拉张而上升,呈熔岩被形式分布于信江盆地东部;碱性橄榄玄武岩(87Sr/86Sr)i值为0.707 6～0.708 0,而εNd(t)值偏低(-6.43～-5.18),表明来源于已受壳源物质混染的富集地幔,在拉张加剧、裂陷加深的构造背景下喷发,相对集中分布于盆地中部,范围小于拉斑玄武岩.二者的差别主要是地幔源区受到不均匀混染所致.研究表明,早白垩世晚期至晚白垩世期间,太平洋板块俯冲的角度由缓变陡以及向东南方向的后退作用,对弧后陆缘的快速拉张并形成赣杭带红色断陷盆地及其玄武岩起着关键性作用.     

南海新生代碱性玄武岩中橄榄石的矿物化学及南海的地幔潜在温度

南海新生代玄武岩中橄榄石斑晶颗粒相对较小(0.2～0.6mm),自形.半自形,有熔蚀现象,不具橄榄石捕虏晶所特有环状裂隙、变形结构.基质中橄榄石微晶粒径0.01～0.05mm,多数已完全伊丁石化.早期结晶出来的橄榄石并未受到重力分异的影响,而被寄主岩浆携带继续向地表运移,在此上升过程中与寄主岩浆发生了有限的相互作用,少数橄榄石颗粒保留有弱成分分带现象.利用呈弱成分分带现象的橄榄石斑晶的核、幔部的Fo组分与寄主岩浆的XFe值对南海底潜在地幔温度进行了估算,结果表明南海的潜在地幔温度平均值为1661℃,位于典型热点的地区夏威夷(1688℃)和冰岛(1637℃)之间,南海的潜在地幔温度与正常洋中脊地幔潜在温度之间的差值(186℃～208℃)也位于夏威夷(213℃～235℃)和冰岛地区(162℃～184℃)之间,表明南海地区下的地幔可能存在热量异常,支持了根据地球物理学和岩石地球化学的信息所提出的南海地区存在地幔柱的观点.