太古宙克拉通岩石圈地幔研究现状评述

本文主要介绍了太古宙克拉通岩石圈地幔的一些基本特征，国内外有关早期地幔研究的最新进展和发展趋势，主要包括以下几方面：１．太古宙岩石圈地幔的岩石组成和化学组成；２．太古宙地幔同位素体系；３．太古宙地幔热状态和结构特征；４．幔内地质事件。通过研究主要获得以下认识：１．早太古代岩石圈演化以壳－幔分异作用为主，晚太古代以壳内分异作用为主；２．太古宙存在一个又厚又冷（２００ｋｍ）的岩石圈；３．幔内地质作用与     

大陆岩石圈地幔定年

大陆岩石圈地幔是伴随地壳熔体抽取而形成的低密度地幔残留,是联系软流圈与地壳的重要纽带。虽然大陆岩石圈地幔一直是固体地球科学研究的重要内容,但对其形成时代的准确厘定则是当前研究的难点。传统方法是采用岩石圈地幔中橄榄岩主要元素的贫瘠程度来对岩石圈进行定年,即古老的岩石圈地幔Al2O3和CaO含量低,而MgO含量高(同时导致橄榄石高Fo值),而年轻岩石圈地幔的特征正好相反。显然,这种间接的方法不能给出确切的年龄信息。尽管Sr-Nd和锆石U-Pb等同位素方法也被用来进行地幔橄榄岩定年,但岩石圈地幔通常具有的较高温度使上述同位素体系不能保持封闭,因而给出的年龄大多与岩石圈地幔的形成时代无关。近几年发展起来的Re-Os同位素技术是目前进行岩石圈地幔定年的最理想工具,但也存在一系列需要研究的问题。文中对这一方法的基本原理、发展现状和存在的问题进行了全面的介绍。同时,根据目前获得的Os同位素资料,对中国东部岩石圈地幔的时代进行了讨论,并简要论述所获得的资料对岩石圈减薄研究的启示。     

华北克拉通古老岩石圈地幔及其组成的“逆向演化”

华北克拉通古老岩石圈地幔演化过程中有3种深部地质作用最为重要:①岩浆的萃取作用;②不同来源的熔/流体对岩石圈的交代作用;③软流圈及其熔体与岩石圈的相互作用。在蒙阴金伯利岩的捕虏体样品中发现有早晚两期斜方辉石,前者是早期粗粒结构橄榄岩残留的矿物;后者是晚期地幔发生塑性流变后形成的辉石。本文对比了蒙阴和复县两岩区以及南非两种典型结构橄榄岩捕虏体的主、微量元素,发现较晚期的具剪切结构的橄榄岩难熔程度反而低于较早期的具粗粒结构者。粗粒结构的Mg’值都大于0.90(0.902～0.93),Al2O3含量变化于0.22%～2.32%;而具剪切结构者Mg’值都小于0.90(0.86～0.88),Al2O3含量变化于1.69%～2.75%。表明地幔成分演化时不仅存在受第①种作用制约的地幔不断贫瘠/难熔的正向演化,而且还存在受第③种作用制约的地幔由贫瘠转向饱满的"逆向"演化趋势。经粗略对比后,推测在约3Ga的这段地质历史时期内华北克拉通古老岩石圈地幔至少出现过2次岩浆萃取事件和两次"逆向演化"过程。与显生宙的相比,出现在古老岩石圈地幔中的第③种作用规模小,强度低,不均一性更为明显。     

扬子克拉通东北缘岩石圈地幔的Re-Os同位素地球化学:大陆岩石圈地幔的形成和演化的制约

苏皖地区新生代碱性玄武岩中有丰富的地幔橄榄岩捕虏体 ,测定了 2 0多个样品的Re Os元素丰度和锇同位素组成 ,结果 :Re =0 .0 2 7× 10 - 9～ 0 .375×10 - 9,Os=0 .112×10 - 9～ 3.35× 10 - 9,1 87Os 1 88Os=0 .117～ 0 .134。由代理等时线法1 87Os 1 88Os Yb获得该区岩石圈地幔早期熔体亏损事件的年龄为 1.7Ga(中元古代 )。苏皖地区岩石圈地幔的古老性表明它是元古代后岩石圈拆沉 减薄作用的残余地幔部分。岩石圈地幔经过了亏损 富集多阶段演化。     

华北克拉通西部陆块北缘新生代岩石圈地幔特征的初步研究

凉城、四子王旗、三义堂和大同的地幔包体的岩石学和矿物的主、微量元素成分显示华北克拉通中、西部北缘总体为过渡型岩石圈地幔,为原始地幔经过不同程度的熔体抽取和后期交代富集作用的残留.凉城岩石圈地幔经历的熔体抽取程度最低,后期交代富集作用比较强烈,这与其橄榄岩中尖晶石的Cr#较低,并且共存的单斜辉石的Mg#较低一致.三义堂岩石圈地幔经历的熔体抽取程度最高,后期交代富集作用最强烈,不同样品甚至同一样品中不同单斜辉石颗粒的La/Yb和LREE配分模式变化范围非常大,且矿物边部比核部更富集微量元素.大同、四子王旗岩石圈地幔经历的熔体抽取程度介于凉城和三义堂之间,但后期的交代富集作用明显不如凉城和三义堂强烈.研究区的岩石圈地幔主要受硅酸盐熔体交代作用的影响,只有三义堂岩石圈地幔还可能也受到了碳酸盐交代作用的影响.     

大陆岩石圈地幔的组成与交代作用

结合前人研究成果,总结了大陆岩石圈地幔的研究方法和研究对象,并对研究方法及研究对象作了评述.Griffin等将岩石圈地幔分为Archon、Proton、Tecton三类.Archon大陆岩石圈地幔相对原始地幔来说是强烈亏损的;大多数Tecton相对于原始地幔是适度亏损的;而Proton的组成在Archon和Tecton大陆岩石圈地幔2个端元之间.总体上看,古老岩石圈地幔亏损程度最大,而年轻岩石圈地幔相对古老岩石圈富集.富集过程主要与地幔交代作用有关.从交代作用的表现形式、交代剂的性质与来源方面,通过研究地幔捕虏体/捕掳晶,可以很好地认识岩石圈地幔的富集过程.     

华北克拉通岩石圈地幔的锂同位素特征与熔体改造作用

华北克拉通是显生宙以来全球古老克拉通破坏最为剧烈的地区。华北克拉通破坏及其相关的科学问题引起了国内外地质学家的广泛关注。有关华北克拉通破坏的研究已取得了许多重要进展,使我们认识到其破坏不仅表现为岩石圈厚度的剧烈减薄,更重要的是岩石圈地幔的物质组成与性质发生了巨大转变,即从古生代克拉通型转变为新生代大洋型。本文在综述华北地幔捕虏体锂同位素地球化学特征的基础上,进一步揭示了华北岩石圈地幔高度不均一的组成特征,以及不同来源的熔体对岩石圈地幔的改造作用,为深入认识华北岩石圈地幔的转变过程提供进一步的制约。     

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?     

中条山中生代镁铁质侵入岩年代学与地球化学:对华北克拉通南部岩石圈地幔性质的制约

镁铁质岩石作为幔源岩浆产物,其成因研究有助于探讨华北克拉通深部地幔性质及其演化过程.对中条山地区镁铁质侵入岩开展了系统的锆石U-Pb年代学、全岩主、微量元素、全岩Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素研究,揭示了晚三叠世(217±2 Ma)和早白垩世(121±2 Ma)两期镁铁质岩浆活动.晚三叠世镁铁质侵入岩SiO2含量低至...     

岩石圈地幔中的金刚石及其矿物包裹体的研究进展

金刚石及封存于其中的矿物包裹体对于研究金刚石的成因以及古老岩石圈地幔、超深地幔的性质和地幔过程具有重要的研究意义,是国内外地质学家们的研究热点。大多数金刚石来源于岩石圈地幔,根据包裹体相对于寄主金刚石形成的时间可分为先成包裹体、同生包裹体和后生包裹体,包裹体属于哪种类型直接关系到数据所代表的意义,根据包裹体源区的岩石类型,通常将包裹体分为P/U型和E型,介绍了2种类型包裹体包含的矿物种类,并对出现较多的橄榄石、单斜辉石、斜方辉石、石榴石、铬铁矿和硫化物包裹体的矿物学特征进行了详细描述,归纳了金刚石及其矿物包裹体的主要研究方向:包裹体矿物的化学成分、金刚石的碳同位素组成、金刚石形成的温度、压力及年龄,综述了克拉通岩石圈地幔金刚石及其矿物包裹体的成因,总结了我国金刚石中包裹体的研究成果,分析了国内研究工作与国际上的差距。     

古地幔流体及其在大陆克拉通地幔演化中的意义——以华北地台为例

古生代含捕虏体的金伯利岩和新生代含捕虏体的玄武岩同出于华北地台，提供了研究自古生代以来岩石圈演化的深源探针。古生代含金伯利岩的侵位表明古生代时曾存在冷厚的岩石圈；而新生代含捕虏体玄武岩的喷发，表明新生代时存在热薄的岩石圈。岩石圈减薄与“大洋化”是层圈物质交换作用在一定历史阶段中的反映。地幔流体是地幔演化产物，反之又作用于地幔演化。富含地幔流体的幔内剪切带及交代矿物层作为幔内软薄弱带，存在热、流体、化学及机械的耦合，是岩石圈减薄拆沉作用的重要界面位置。     

大陆地幔研究现状

本文主要介绍大陆地幔岩石圈的年龄、大陆地幔演化和地幔流体等三个近年来引人注目的问题。地幔捕虏体的年龄范围２００～３４００Ｍａ，一般认为它可以代表地幔的年龄。澳大利亚二辉橄榄岩捕虏体的Ｐｂ－ｐｂ年龄为２０００～２５００Ｍａ，南非Ｖｉｃｔｏｒ岩管的捕虏体为１７００～２４００Ｍａ。橄榄岩型金刚石的石榴石包裹体Ｓｍ－Ｎｄ年龄为３２００～３３００Ｍａ，榴辉岩型金刚石的年龄为１２００～１５００Ｍａ。这些数值可与橄榄岩及榴辉岩捕虏体的全岩年龄数据相对应。太古代岩石圈地幔以南非为代表，经历了从地壳物质提取的亏损过程到与软流圈反应和与深部热点物质作用的富集过程。以美国西部为代表的元古代岩石圈地幔则经历了元古－显生宙的俯冲作用、地体增生过程以及与热点反应的作用。以澳大利亚东部为代表的显生宙岩石圈地幔经历了元古代的部分熔融、显生宙的俯冲或与ＤＵＰＡＬ的反应以及具ＤＭＭ特征的软流圈的上隆。钾质熔体、碳酸盐熔体、Ｈ＿２、ＣＨ＿４、Ｎ＿２Ｏ、Ｎ、ＣＯ、ＣＯ＿２、Ｓ、Ｆ、Ｃｌ等都是地幔流体的主要组分，它们的类型与所处的深度和氧逸度有关。     

中国东部中生代岩浆作用与岩石圈减薄

对中国东部新生代玄武岩及其包体的Ｓｒ Ｎｄ 同位素资料的总结表明,中国东部现今岩石圈地幔具有强烈亏损性质,现今岩石圈地幔是新生的。岩石圈减薄主要发生在中生代晚期,并与中国东部大面积、强烈的中生代岩浆活动在时间上相对应,且具有自西向东岩石圈减薄逐渐增强的趋势。分析表明,中生代期间印度洋型软流圈地幔的侵入与中国东部的岩石圈减薄密切相关。     

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。     

华北地块南缘太古宙灰色片麻岩及其成因

华北地块南缘太古宙登封花岗-绿岩地体和太华高级片麻岩地体中的英云闪长-奥氏花岗质和花岗闪长质灰色片麻岩多占据背斜核部或穹窿部位,它们是多期侵入的复合岩体。灰色片麻岩与表壳岩中的拉斑玄武岩构成双峰式岩套,属高Al_2O_3型,随岩浆演化,表现了Na_2O/K_2O,K/Rb比值逐渐降低,Rb/Sr比值升高的地球化学趋势,其LREE富集,HREE亏损U(Ce/Yb)_N=10—25]和Eu呈正异常。经模拟计算,登封灰色片麻岩是由石英榴辉岩约10—35％部分熔融形成,而石英榴辉岩系绿岩带中拉斑玄武岩的转变产物。太华灰色片麻岩可能由富含REE的母岩的部分熔融形成。     

浑北太古宙块状硫化物矿床金属硫化物的塑性变形研究

辽宁省浑河断裂以北(浑北)地区的诸块状硫化物矿床遭受了强烈变形-变质作用影响。本文论述硫化物矿体的变质-变形,以及硫化物矿物的物理迁移。阐明黄铁矿发生塑性变形的影响因素;指出磁黄铁矿由六方相转变为单斜相是其发生塑性变形的重要机制;讨论了硫化物塑性变形序列;测得Cu型矿床变形温度为450～500℃,变形压力为0.7～0.8GPa;S型矿床变型温度为600～650℃,相应的压力为1.0～1.2GPa。     

关于冀东太古宙蛇绿岩的几个问题

最近美国学者Kusky博士和北京大学李江海教授在各种国际会议和Science等报章杂志上,报道他们在冀东发现了世界上最古老的25亿年的东湾子蛇绿岩以及遵化和辽西地区的蛇绿混杂岩和豆荚状铬铁矿。冀东是否存在蛇绿岩存在争论。我们的研究表明,所谓的太古宙东湾子蛇绿岩尚难成立。原因是他们所报道的蛇绿岩的所有组成岩石均多多少少存在问题:(1)东湾子蛇绿岩是否存在地幔橄榄岩还不能确定,Kusky和李江海等所说的地幔橄榄岩或方辉橄榄构造岩(harzburgite tectonite),经研究主要由富铁质的辉石岩和角闪石岩组成,且与辉长岩单元之间未直接接触,因此,上述超基性岩是否是太古宙的也不能肯定。(2)辉长岩的矿物组合中有少量原生黑云母出现,是蛇绿岩组合中罕见的。(3)席状岩墙群不成立,既无对称的冷凝边,也无不对称的冷凝边;所谓的岩墙群主要由辉石岩和角闪石岩组成,并非基性岩浆:辉石岩和角闪石岩的地球化学特征暗示其可能来自板块内部构造环境,也非蛇绿岩的特点。(4)与超基性岩伴生的铬铁矿富Fe和Cr,类似于产于古老地块的、与富铁质超基性岩有关的铬铁矿的特征,而非蛇绿岩的豆荚状铬铁矿。(5)缺少能够支持东湾子为蛇绿岩的详细和系统的地球化学资料。因此,根据目前的认识,冀东太古宙是否存在蛇绿岩仍然是一个不确?     

辽东菜园子古近纪玄武岩和深源捕虏晶:对新生代岩石圈地幔性质及深部作用过程的制约

通过对辽东菜园子玄武岩中的橄榄石和单斜辉石捕虏晶进行K-Ar定年及岩石地球化学测试,研究华北克拉通东部新生代岩石圈地幔的性质及深部作用过程,结果表明,辽东菜园子玄武岩形成于古近纪,K-Ar年龄为36.33 Ma±0.97 Ma和39.34 Ma±1.27 Ma;属于碱性玄武岩系列;玄武岩中Sr,Ba相对富集,Zr,Hf相对亏损;ISr和εNd(t)值分别介于。0.704 73～0.705 16和 0.22～ 2.27之间。橄榄石捕虏晶发育环状裂隙和扭折带,具有明显的成分环带,自核至边Mg#值逐渐降低(核部Mg#值介于88.7～94.3之间,边部Mg#值介于76.6～77.8之间),核部与新生代玄武岩地幔橄榄岩包体中橄榄石的成分类似,边部与玄武岩中橄榄石斑晶成分相当。单斜辉石捕虏晶为透辉石,具有反环带结构,核部具有较高的FeO,MnO,Na2O,Al2O3质量分数,反映了壳源成因;过渡部分MgO,Cr2O3质量分数明显升高,反映了壳源物质与软流圈物质反应的结果;向边部MgO,Cr2O3质量分数逐渐降低;FeO,MnO,Na2O,Al2O3质量分数逐渐升高,暗示与寄主岩浆反应的效应。上述结果表明,华北克拉通东部新生代岩石圈地幔具有亏损性质,但岩浆形成过程中有陆壳物质加入。环带状橄榄石捕虏晶反映了新生代岩石圈地幔中橄榄岩与熔体之间相互作用的存在。