扬子地块东段大陆岩石圈地幔的氧逸度

由尖晶石相橄榄岩包体中的矿物化学成分，采用新近校准的ＦＦＭ地质氧逸度计和地质温－压计，计算包体的平衡氧逸度，Δｌｏｇ（ｆＯ２）ＦＭＱ＝－３．３２－０．１２，它反映了扬子地块东段大陆岩石圈地幔的氧化还原状态。两种氧逸度计计算结果相差在０．５ｌｏｇｆＯ２单位内。     

扬子地块东段若干橄揽岩包体的温度－压力计算

采自江苏省六合地区的１１个尖晶石相橄榄岩包体,用电子探针和质子探针精确测定其中橄榄石和辉石的主量和微量成分,采用新近校准的适用于尖晶石相包体的橄榄石一单斜辉石地质压力计和二辉石地质温度计,计算了包体中共生矿物对的平衡温度和压力。其中ＢＭ８５计算的温度比ＢＫＮ９０的约低５０℃左右。而经Ｂｒｅｙ和Ｋｏｈｌｅｒ修改的ＢＭ８５温度计得到的结果与ＢＫＮ９０的几乎相同。假定压力为１．５ＧＰａ,用ＢＫＮ９０计算,１１个包体样品的温度范围为７２２℃～１１９３℃,它大体上反映了扬子地块东段大陆岩石圈地使尖晶石相部分的温度状态。橄榄石一单斜辉石地质压力计用于本样品组计算,仅部分样品获得合理的结果。由于该压力计自身的误差较大,尚不能精确确定尖晶石相橄榄岩的压力。     

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。     

东南沿海地区第四纪大陆岩石圈地幔的特征

东南沿海地区新生代玄武岩中的橄榄岩包体来自年轻的大陆岩石圈地幔 ,该岩石圈地幔在岩石学、矿物组成、痕量元素以及Sr Nd同位素组成等各方面具有很大差异。这些差异反映了它们来自不同的地幔过程。南海张开与地幔热柱有关 ,南海扩张后第四纪形成的火山岩携至地表的包体更多保留了地幔热柱的信息。橄榄岩包体的矿物成分与深海橄榄岩类似 ,相对贫Opx而富Ol;在痕量元素上 ,表现为强不相容元素的富集 ,其配分模式类似于其寄主岩 ;Nd同位素强烈亏损 ,显示出比MORB源区更亏损的特征。大陆岩石圈地幔经历了来自地幔深处的贫SiO2 熔体的进一步改造。     

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。     

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.     

大陆岩石圈地幔异剥橄榄岩化的证据和意义

异剥橄榄岩化是地幔橄榄岩与硅不饱和熔体发生强烈相互作用的地幔过程。这一过程通常伴随地幔物理-化学性质的显著改变,与克拉通岩石圈减薄和破坏密切相关。本文梳理了前人对异剥橄榄岩化的驱动机理、结构和成分特征及其对大陆稳定性影响等方面的定性认识,并在此基础上通过热力学模拟,刻画了不同属性地幔与熔体在不同温度压力条件下的相互作用过程,目标是为定量限定异剥橄榄岩化的发生条件、物理-化学效应及地球动力学意义。研究显示,异剥橄榄岩化通常会出现磷灰石、角闪石、金云母和碳酸盐等标志性交代矿物,并以斜方辉石被单斜辉石替换为典型特征,还可发育海绵边、熔体囊（已冷却结晶为单斜辉石、橄榄石等细粒矿物）和矿物环带等非平衡结构。热力学模拟表明,熔岩反应过程受原岩、熔体性质以及熔/岩比例的共同控制,不同属性地幔（难熔方辉橄榄岩、饱满二辉橄榄岩）与贫硅（如霞石岩）熔体反应都能生成富单斜辉石橄榄岩,且在较高压力（如2.5GPa和4.0GPa）条件下更容易形成异剥橄榄岩;相比之下,不同性质地幔与富硅（如MORB）熔体反应在任何压力条件下均不能产生异剥橄榄岩。此外,两类熔体参与的熔岩反应均能引起围岩密度逐渐增加,并在高压条件下能导致饱满岩石圈地幔密度超过地幔参考值、达到岩石圈失稳的条件。因此,本文从热力学的角度定量约束了异剥橄榄岩化的发生条件和对岩石圈地幔的影响,为前人提出的橄榄岩-熔体反应能够造成岩石圈地幔减薄和破坏这一概念模型提供了理论实证,对评估大陆稳定性具有重要意义。

     

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。     

中国东部陆下岩石圈地幔中的再循环地壳流体组分

地幔捕虏体中的流体组分记录了地幔演化的信息,可用来认识地幔中再循环地壳组分的性质和来源。采用分步加热质谱法测定中国东部二辉橄榄岩捕虏体组成矿物中流体挥发份的碳、氢和氧同位素组成,结合化学组成(Zhang et al., 2004)综合分析表明,早期流体包裹体、矿物晶格缺陷和空隙中的流体挥发分主要在高温段(800-1200°C)释出,CO2和CO显示较轻的δ13C值,与世界其它地区地幔捕虏体明显不同;晚期流体包裹体中的流体挥发分主要在低温段(300-600°C)释出。根据中国东部地幔演化事件、地幔矿物性质认为陆下岩石圈地幔中三种类型的流体挥发份中均存在来源不同的再循环地壳组分：（1）地幔初始流体：主要为耐熔矿物橄榄石在800-1200°C释出的流体组分,华北克拉通地幔初始流体的化学组成（主要为CO）与华南克拉通（主要为CO2）明显不同,反映二者拼合前各自演化时期捕获的流体组分。地幔特征的δD、δ13CCH4和δ18OCO2反映初始流体组分可能为元古代克拉通大陆型岩石圈地幔成分,较轻的CO2 和 CO的δ13C值揭示初始流体中存在部分再循环地壳流体,可能在1.9Ga的大陆碰撞过程中混入。（2）地幔交代流体：指斜方辉石和单斜辉石800-1200°C释气峰的流体组分,以H2为主。华北克拉通交代流体主要组分H2含量(80.73 mm3.STP/g) 明显低于华南克拉通(138.91 mm3.STP/g),地幔特征的δDH2和δ13CCH4表明交代流体主体为地幔来源,较轻的δ13CCO2,CO和较重δ18OCO2揭示其中存在再循环陆壳流体,其可能的来源为华北与华南中生代拼合过程中的壳幔相互作用。（3）岩石圈减薄流体：指二辉橄榄岩捕虏体组成矿物在400-600°C释放出的流体,华北与华南克拉通在流体组成方面相似,壳源特征的CO2、CO和CH4的δ13C值,以及较轻的δ18OCO2和δDH2O值指示该流体可能为岩石圈地幔减薄过程中引起的再循环洋壳流体,可能与中国东部转换带中水平俯冲的太平洋岩石圈(或其前身)脱气有关。     

熔体再富集作用对大陆岩石圈地幔的影响

         二辉橄榄岩通常被认为是低程度部分熔融的残留,但熔体再富集作用为其成因提供了一种新的解释。熔体再富集作 用通常是指软流圈来源的玄武质熔体加入到难熔的方辉橄榄岩或纯橄岩形成更为饱满的二辉橄榄岩的过程。除了使主量元 素富集之外,熔体再富集作用还可以使微量元素与Sr-Nd 同位素从方辉橄榄岩中的富集特征转变为二辉橄榄岩所呈现的亏 损特征。对于熔体再富集作用是否改变橄榄岩的Os 同位素组成还存在较大的争议,它主要取决于加入熔体的比例,熔体中 硫的饱和程度以及熔体再富集作用发生的时间等因素。对于以低熔/岩比例为主的大陆岩石圈地幔来说,熔体再富集作用对 橄榄岩的Os 同位素组成的影响可能较为有限。除了化学成分上的影响之外,熔体的加入也会改变大陆岩石圈地幔的物理特 征。这一过程使得岩石圈地幔的渗透率增大和黏滞度降低,从而会破坏大陆岩石圈地幔的稳定性。虽然熔体再富集作用可 以影响和改变岩石圈地幔的性质,但它是否导致克拉通地幔的减薄以及克拉通破坏尚有疑问。     

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。     

华北陆块、秦岭地块和扬子陆块构造演化的古地磁证据

通过对河北井陉和湖北宜昌、兴山的39个采样点、392个样品进行的古地磁测试,以及7个采样点、71个样品中的原生剩磁以及笔者前期研究结果,系统分析了三大块体的古地磁极位置、古地磁偏角以及古纬度自寒武纪以来的变化特征,并进行了古地理复原。研究表明,三块体为不同地质构造单元,寒武纪时,华北陆块、秦岭地块以及扬子陆块自北到南顺序排列于北纬2.9°、南纬5.5°以及南纬17.0°。秦岭地块北侧和南侧分别存在一古洋盆,此时华北陆块和扬子陆块相距约1400Km左右;三块体向北漂移的过程中伴随着旋转运动;三块体开始拼合的时间为晚二叠纪至早三叠纪之间,华北陆块和秦岭地块完全拼合的时间为早三叠纪至中三叠纪之间,三块体完全拼合的时间为中三叠纪至晚白垩纪之间;晚白垩纪以后,一体化的三块体继续向北漂移,并于第四纪到达现今地理位置。     

辽西中生代晚期岩石圈地幔的性质:来自玄武岩和地幔捕虏体的证据

辽西中生代玄武岩中幔源气榄岩捕虏体的岩石学、矿物学和地球化学研究表明，中生代岩石圈地幔是由古老富集型的岩石圈地幔和新增生的岩石圈地幔所组成。前者以角闪尖晶二辉橄榄岩为代表，它经历了富钠质的地幔交代作用。橄榄岩类捕虏体富含轻稀土元素，并具有较高的ω(^87Sr)/ω(^86Sr)比值；后者以二辉石岩为代表，具典型堆积结构，与本区尖晶石二辉橄榄岩相比，具有较高的稀土元素丰度。在矿物成分和稀土元素丰度上，本区辉石岩捕虏体类似于中国东部新生代玄武岩中幔源辉石岩捕虏体，这意味着辉石岩捕虏体可能是上地幔中更早期的岩浆堆积体。     

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。     

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。