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。     

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.     

华北中、新生代岩石圈地幔的交代作用：含金云母地幔岩提供的证据

本文对华北克拉通三个不同地区(河北汉诺坝、内蒙古集宁三义堂、河南鹤壁)新发现的含金云母尖晶石二辉橄榄岩和尖晶石橄榄单斜辉石岩捕虏体进行了详细的矿物组成、单斜辉石的微量元素和 Sr-Nd 同位素研究。通过与相同地区不含金云母尖晶石二辉橄榄岩捕虏体的系统对比发现通常含金云母的地幔橄榄岩比不含金云母的地幔橄榄岩岩富 Al_2O_3、CaO、NaO、K_2O、TiO_2,但相对贫镁;其单斜辉石的 LREE 更为富集,但 Sr、Nd 同位素组成则相对亏损。这说明地幔交代作用不仅能够造成地幔橄榄岩的玄武质组分和稀土元素的富集,而且亦能够造成全岩和橄榄石 Mg~#的降低和同位素组成的相对亏损。捕虏体的 Rb-Sr 等时线年龄暗示地幔交代作用发生在中、新生代;其交代熔体来源于软流圈。同时说明华北新生代岩石圈地慢普遍存在的主、微量元素和同位素组成类似于"大洋型"岩石圈地幔的特征很可能是岩石圈地幔橄榄岩与软流圈来源的熔体的大规模反应的结果,而非真正意义上的新增生的岩石圈地幔。     

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。     

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。     

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     

地幔交代作用：研究进展、问题及对策

有关地幔交代作用的研究始于７０年代早期。近２０年来研究工作的贡献是使人们对与地幔演化和不均一性有关的地幔交代作用特征和交代作用机制有了更多的了解，地幔交作用很复杂，它取决于交代作用发生的时间、构造环境、交代介质的种类以及与不同深度地幔内各种地质事件有关的流体的组成。进一步深入开发有关交代作用成因、机制及其与各种地质事件关系的研究，对于深入认识岩石圈地幔的演化和不均一特征具有十分重要的意义。对不同构     

汉诺坝橄榄岩捕虏体的单斜辉石LAM-ICPMS分析及其岩石圈地幔演化意义

橄榄岩成分及其中矿物(如单斜辉石)微量元素组成可以很好地揭示岩石圈地幔性质．在对汉诺坝新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体做详细岩相学和岩石化学研究基础上,重点分析了单斜辉石的激光原位微量元素,并探讨了新生代华北克拉通北缘岩石圈地幔特征及地幔演化．汉诺坝地区岩石圈地幔是相当于原始地幔经过不同程度的部分熔融抽取形成的,除个别样品的部分熔融程度为15％-20％外,多数样品<5％．全岩主元素、单斜辉石成分体现出新生代汉诺坝地区的岩石圈地幔是很不均一的:在主体饱满型中有亏损型地幔的残留．这种共存现象可能是软流圈物质对古老地幔进行侵蚀、混合和改造置换的结果．单斜辉石微量元素组成所体现的碳酸岩岩浆交代作用和硅酸盐熔／流体的交代作用也支持这一认识．     

安徽女山地幔橄榄岩捕虏体的同位素组成:中国东部新生代岩石圈地幔时代制约

位于安徽省境内的女山新生代碱性玄武岩中含有大量而且类型丰富的地幔橄榄岩包体,主要类型有尖晶石相、石榴石相、尖晶石-石榴子石过渡相二辉橄榄岩以及少量的方辉橄榄岩,其中部分尖晶石二辉橄榄岩样品中出现富含挥发分的角闪石、金云母和磷灰石。本文选择该区的尖晶石二辉橄榄岩和方辉橄榄岩包体进行了较为详细的岩石学、矿物学、地球化学研究工作。结果显示,除2个方辉橄榄岩表现难熔特征外,其它25件尖晶石相二辉橄榄岩均具有饱满的主量元素组成。二辉橄榄岩样品的Sr-Nd-Hf同位素均表现为亏损地幔的性质,不同于古老克拉通型难熔、富集的岩石圈地幔。富含挥发份交代矿物的出现以及轻稀土元素不同程度的富集,表明女山岩石圈地幔经历了较为强烈的交代作用,然而Re-Os同位素及PGE分析结果表明交代作用并没有显著改变Os同位素组成。二辉橄榄岩样品均具有较高的Os同位素组成,结合其饱满的主量元素组成,亏损的同位素特征,表明女山地区岩石圈地幔整体为新生岩石圈地幔。但1个方辉橄榄岩样品给出了较低的Os同位素比值0.1184,其Re亏损年龄为1.5Ga,它可能来自于软流圈中残留的古老难熔地幔。     

胶辽半岛金伯利岩中地幔捕虏体岩石学特征：古生代岩石圈地幔及其不均一性

华北东部古生代岩石圈地幔经历过复杂的多旋回多阶段熔融岩浆、重结晶、变质和剪切变形历史,因而岩石组成、结构复杂.地幔橄榄岩的主元素、地幔矿物特别是金刚石中的包裹体的Mg#值及Cr#值等显示古生代岩石圈地幔高度难熔亏损玄武质的成分特征,而地幔橄榄岩的不相容元素、同位素显示高度富集的特点.这种高难熔和强富集两重性是克拉通岩石圈地幔的特征.Pb同位素反映华北东部古生代岩石圈地幔具冈瓦纳大陆地幔的特点.复县和蒙阴古生代岩石圈地幔尽管都表现为太古代克拉通地幔的特征,但存在着不均一性,前者受克拉通化后的深部作用影响强于后者.与新生代地幔Sr、Nd同位素对比表明富集的古生代岩石圈地幔向亏损新生代的地幔转变和减薄伴有新生地幔物质对古老岩石圈的置换和混合作用.     

扬子地块东段大陆岩石圈地幔的物质成分

根据苏皖地区新生代碱性玄武岩中的尖晶石二辉橄榄岩包体的化学成分，讨论了扬子地块东段大陆岩石圈地幔的物质成分。以包体的平均成分代表该区岩石圈地幔的平均成分，依照地幔地球化学演化趋势，估计了该区岩石圈地幔的原始组成。采用最近提出的二辉石地质温度计，计算了包体的平衡温度，讨论了该区岩石圈地幔物质成分在垂向上的分布和变化，上地幔橄榄岩中的玄武质组分在垂向上由上而下亏损程度逐渐减小。包体中稀土元素丰度模式反映了该区岩石圈地幔演化的多阶段性。除了程度不同的部分熔融作用外，局部地段曾有隐性地幔交代作用发生，造成了地幔橄榄岩中主量成分和稀土元素的解耦现象。     

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。     

大陆地幔交代作用:地台活化的先驱事件?

地幔交代作用已得到幔源岩石地球化学研究的证实,并已广泛地用于解释上地幔的不均一性、地幔地球化学演化和幔源碱性岩浆的成因问题。本文通过分析国内外某些典型地洼区(中国滇西、华北;西德莱茵地堑;东非裂谷;澳大利亚东部;法国中央地块)幔源岩石的微量元素和Sr、Nd、Pb同位素资料,发现这些地洼区在地台阶段向地洼阶段转化过程中,上地幔化学结构由亏损状态向富集状态转化。上地幔的化学结构的这种转化主要由地幔交代作用所造成。同位素体系计时结果表明地幔交代作用是导致地台活化的先驱事件。地幔交代作用不仅改变了上地幔的化学结构,而且导致交代地幔热流升高、密度减小、体积膨大、固相线下降。所有这些效应加剧了地幔的蠕动和向地壳的热量释放,并产生地台的活化。     

华北东南部中生代岩石圈地幔性质、组成、富集过程及其形成机理

本文通过对我国华北东南部中生代幔源岩浆活动的时空分布规律及其地球化学特征的系统总结来进一步厘定该地区中生代岩石圈地幔的性质和组成,并通过与华北内部如鲁中地区中生代岩石圈地幔的对比研究探讨华北东部岩石圈的时空演化规律、富集过程及其形成机理。幔源岩石的 Sr-Nd-Ph 同位素特征表明华北东部中生代岩石圈地幔存在明显的时空不均匀性,其中心部位如鲁中地区以弱富集地幔为主体;而东南部如鲁西南和胶东地区则为类似 EM2型地幔(~(87)Sr/~(86)Sr_i 可高达0.7114)。华北东南部中生代岩石圈地幔随时间的演化特征也很明显。这些幔源岩石的地球化学特征和玄武岩中地幔岩捕虏体(橄榄岩和辉石岩)和捕虏晶(橄榄石和辉石)的组成和结构特征皆证明华北东南部中生代岩石圈地幔曾受到过富硅熔体的强烈改造。橄榄岩-熔体的相互反应是该区岩石圈改造和组成转变的重要方式,从而造成古生代高镁橄榄岩转变为晚中生代低镁橄榄岩和辉石岩。进入岩石圈地幔的熔体具下/中地壳物质重熔的特征,从而导致该区晚中生代岩石圈地幔的快速富集。有关华北东部中生代岩石圈减薄和改造的时限、过程和机制等问题也进行较详细的讨论。     

地幔交代作用：研究进展、问题及对策

有关地幔交代作用的研究始于７０年代早期。近２０年来研究工作的贡献是使人们对与地幔演化和不均一性有关的地幔交代作用特征和交代作用机制有了更多的了解。地幔交代作用很复杂，它取决于交代作用发生的时间、构造环境、交代介质的种类以及与不同深度地幔内各种地质事件有关的流体的组成。进一步深入开展有关交代作用成因、机制及其与各种地质事件关系的研究，对于深入认识岩石圈地幔的演化和不均一特征具有十分重要的意义。对不同构造环境中的不同包体类型进行深入研究，为地幔交代作用提供广泛约束。将传统的地质学、岩石学的研究与地球化学、地球物理学以及现代测试技术相结合，很可能为解决交代作用成因、机制及交代作用与岩浆作用之间的时间先后问题，交代作用与地质事件的关系问题提供有效的方法和途径。     

橄榄岩—熔体相互作用过程中Re-Os体系的变化趋势: 对华北新生代地幔橄榄岩Re-Os年龄含义的启示

橄榄岩的Re-Os同位素体系作为探讨岩石圈地幔形成年龄的重要手段已受到人们越来越多的重视。然而,Re-Os体系是否会受到橄榄岩的低温蚀变如蛇纹石化和地幔交代作用或橄榄岩—熔体相互作用的影响并不十分清楚。本文在总结国际上典型造山带橄榄岩剖面研究和地幔橄榄岩捕虏体研究的基础上,发现橄榄岩的Re-Os同位素体系基本不受蛇纹石化等低温蚀变作用的影响; 但橄榄岩—熔体相互作用会造成橄榄岩的Re-Os体系的变化即Re或Os的带入。当熔体/岩石比例较小时(≤1),橄榄岩—熔体相互作用会造成橄榄岩的Re含量显著增加,而放射成因的Os同位素即¹⁸⁷Os增量有限。但当熔体/岩石比例很大时(≥1),会造成¹⁸⁷Os同位素显著增加。同时,橄榄岩的Re含量与中等程度不相容主、微量元素如Al、Ti、Yb的正相关关系可以通过橄榄岩的两阶段演化模式来解释,即早期的部分熔融残留和后期的橄榄岩—熔体相互作用共同影响的结果。橄榄岩的Re含量与Cr含量的正相关关系进一步说明了这一问题。上述结果对华北东部岩石圈地幔的演化过程有重要的启示作用。因为华北东部古生代时期的确存在太古宙岩石圈地幔,然而新生代时期地幔橄榄岩捕虏体普遍具有元古宙而非太古宙的事实证明橄榄岩—熔体的相互作用的确广泛存在,从而造成岩石圈地幔橄榄岩变年轻。因此,新生代地幔捕虏体的Re-Os同位素年龄并不是岩石圈地幔的形成年龄,而是混合作用的结果。汉诺坝地幔橄榄岩的Re含量和Sr、Nd同位素组成符合橄榄岩—多元熔体相互作用的混合趋势,其橄榄岩的全岩Al₂O₃含量和橄榄石Fo的反相关性能够通过橄榄岩—熔体相互作用来解释。     

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?     

鲁西纯橄岩捕虏体中富硅质熔（流）体的交代作用：对中生代岩石圈地幔减薄的意义

鲁西中生代辉长-闪长质岩石中纯橄岩捕虏体的岩石学、矿物化学及微量元素地球化学研究表明,纯橄岩捕虏体代表了古老岩石圈地幔的残留;地幔纯橄岩捕虏体中存在两种类型的交代作用,一是以填隙型金云母为代表的早期富含CO_2和H_2O的不活动流体的交代作用;二是以斜方辉石交代脉和网络状斜方辉石为代表的晚期富硅质熔(流)体的交代作用。后者代表了起源于软流圈的富硅质熔(流)体对古老岩石圈地幔的一种化学侵蚀。这对认识华北地块东部中生代岩石圈地幔的性质以及岩石圈减薄机制具有重要意义。     

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。     

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.