辽西四合屯早白垩世义县组高镁安山岩的地球化学: 对下地壳拆沉作用和Sr/Y变化的指示

对辽西四合屯地区义县组火山岩85件样品的分析表明, 它们主要由高镁安山岩组成(Mg#=38~69), 仅底部为玄武岩. 四合屯高镁安山岩具有埃达克岩的地球化学特征(SiO₂= 52.82%~59.31%, Al₂O₃=14.15%~16.35%, Sr=620~1323 μg/g, Yb=1.03~1.88 μg/g, Y=12~20 μg/g, LaN/YbN=10~25, Sr/Y=32~88), 初始Nd-Sr同位素组成为: ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd(130 Ma)=0.5118~0.5119, ε_Nd(130 Ma)= -11.6~ -13.8, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr(130 Ma)=0.7058~0.7064, 与该区晚侏罗世兴隆沟组火山岩具有相似的地球化学特征, 但具有较低的Nd同位素比值. 它们代表了华北克拉通原岩为太古宙的岩石, 后经相变而成的榴辉岩下地壳与岩石圈地幔一同拆沉再循环进入软流圈, 随后榴辉岩部分熔融产生的熔体与地幔橄榄岩相互作用的结果. 但与兴隆沟组火山岩相比, 四合屯安山岩岩浆源区中含有更多Nd同位素组成演化的古老陆壳物质. 四合屯义县组的年龄为120~130 Ma, 表明拆沉作用一直延续至早白垩世. SiO₂＞56%的安山岩样品, Sr和Sr/Y比值与SiO₂呈负相关关系, 表明它们的Sr含量以及Sr/Y比值明显受岩浆结晶分异影响, 因此对于火山岩Sr/Y比值研究需要考虑结晶分异作用的影响.     

榴辉岩的泊松比及其对造山带下地壳拆沉作用的指示

对大别-苏鲁超高压变质带榴辉岩的实验测定以及前人的实验结果表明, 水化作用将明显增加榴辉岩的泊松比, 新鲜未退变榴辉岩(H₂O⁺ < 1.0%)的平均泊松比为0.24~0.25, 该值与实验和理论计算结果相一致, 而明显低于前人给出的榴辉岩平均泊松比(0.27±0.02). 未退变榴辉岩的泊松比显著低于下地壳镁铁质麻粒岩, 也低于上地幔橄榄岩. 大别超高压带、青藏高原和安第斯山脉现今下地壳和上地幔的泊松比均大于0.26, 加之它们均具有正常的上地幔V_p值, 表明由于拆沉作用榴辉岩在这些俯冲-碰撞造山带下地壳和上地幔已不存在或不是重要组成. 榴辉岩从形成至拆沉是在<15 Ma的十分短暂时间内完成的.     

秦岭-大别造山带下地壳拆沉作用

提供了秦岭-大别造山带下地壳拆沉作用的地质、地球物理、地球化学证据,建立了下地壳拆沉作用的化学地球动力学模型.综合研究表明,大别-苏鲁地区的榴辉岩是最可能被拆沉的物质,现今秦岭-大别地区地壳较为亏损的Eu,Sr,Cr,Ni,Co,V和Ti含量要求被拆沉的榴辉岩质下地壳累计厚度为37～82km.秦岭-大别造山带现今众多地质、地球物理和地球化学特征可较好地用下地壳拆沉作用来解释.     

数值模拟华北克拉通岩石圈减薄的一种可能机制 ——下地壳榴辉岩重力失稳引起的拆沉

通过数值模拟研究,论证了中生代华北拉通岩石圈受挤压,下地壳玄武岩相变为密度较大的榴辉岩,榴辉岩重力失稳能够引起下地壳的拆沉,造成岩石圈的大规模减薄的可能性.通过对比不同规模的榴辉岩减薄方式发现,当榴辉岩规模较大时可能发生双管道拆沉,而规模小时发生单管道拆沉.计算结果表明当榴辉岩的水平尺度为100 km, 200 km, 300 km时,岩石圈拆沉减薄后厚度分别可达92 km,105 km,136 km.对比中生代华北克拉通岩石圈热侵蚀减薄和拆沉减薄机制,从力学机制上都能造成岩石圈减薄,但它们的结果对应着不同的地表地质特征.热对流减薄,中心区域变热变薄,中心区域是一个伸展区域,发展一个大的变质核杂岩区,岩浆的发展时序是从中心向两侧对称分布,并且向两侧减弱拆沉减薄结果中,中心区域受到挤压加厚,反而变冷.在中心区域的两侧发生两个减薄伸展区域,可能对应两个变质核杂岩区域,岩浆的发展时序是从两侧向中心减弱发展.     

英云闪长质熔体与地幔橄榄石反应的实验研究——对克拉通内部高镁安山岩成因的约束

产于克拉通内部的高镁(Mg#45)安山岩受到地学界的高度关注,目前对于高镁安山岩的成因仍然存在明显的争议.为了对已有基于岩石学和地球化学研究推断的克拉通内部高镁安山岩成因认识进行检验并提供直接的证据,我们在六面顶压机上开展了1250～1400℃,2.0～5.0 GPa条件下英云闪长质熔体与地幔橄榄石反应的高温高压实验,模拟研究拆沉到地幔的榴辉岩化下地壳部分熔融产生的熔体与地幔橄榄岩的反应.实验结果显示,反应后熔体的化学组成与华北克拉通内部高镁安山岩有很相似的变化.因此,榴辉岩化下地壳部分熔融产生的英云闪长质熔体与地幔橄榄岩的反应可能是形成克拉通内部高镁安山岩的重要机制之一.     

华北克拉通岩石圈破坏的榴辉岩熔体-橄榄岩反应机制:实验约束

以碧溪岭榴辉岩和大麻坪尖晶石二辉橄榄岩为起始原料,在压力2.0GPa,温度1250～1400℃条件下进行榴辉岩熔体-橄榄岩反应的高温高压实验.实验结果显示,在榴辉岩熔体-二辉橄榄岩反应过程中,熔体消耗橄榄岩中的橄榄石和斜方辉石生成单斜辉石.实验产物的岩石序列为橄榄岩-辉石岩-石榴辉石岩,与Liu等在华北克拉通内部的汉诺坝地区发现的大量中生代地幔复合包体结构非常吻合.在温度1300和1350℃时,榴辉岩熔体-二辉橄榄岩反应产生的熔体具有高镁安山岩的成分特征(Mg#>45),表明榴辉岩熔体-橄榄岩反应可能是高镁安山岩形成的主要原因之一.实验结果表明华北克拉通下地壳榴辉岩在中生代可能发生过拆沉作用;榴辉岩拆沉进入软流圈地幔后,部分熔融产生的熔体可以消耗岩石圈地幔橄榄岩,导致华北克拉通的减薄,从而为华北克拉通岩石圈地幔被软流圈地幔改造的熔体-橄榄岩反应机制提供实验约束.     

安徽铜陵地区燕山期侵入岩的成因及其对深部动力学过程的制约

铜陵地区燕山期侵入岩的岩石学、元素和同位素地球化学研究表明: (ⅰ) 研究区SiO₂≤55%的侵入岩主要为橄榄玄粗质系列岩石, 来自富集地幔的玄武质岩浆在上升过程中与下地壳物质发生低程度混染, 混染后的岩浆进一步发生分离结晶作用形成了这些岩石; (ⅱ) SiO₂ >55%的侵入岩主要为高钾钙碱性系列岩石, 与埃达克岩(adakite)有许多类似地球化学特征, 如富钠, 高Al₂O₃, Sr, Sr/Y与La/Yb比值, 大部分样品的Y < 18×10^-6, Yb < 1.9×10^-6, 但与埃达克岩也有不同之处, 如同位素组成((ε_Nd(t) = -9.16 ~ -16.55, (⁸⁷Sr/^86Sr)_i = 0.7068 ~ 0.7105)以及相当一部分样品的Y>18×10^-6, Yb>1.90×10^-6. 铜陵地区SiO₂ >55%的侵入岩很可能由幔源岩浆与玄武质下地壳熔融形成的埃达克质(adakite-like)岩浆混合形成. 来自地幔的橄榄玄粗质岩浆底侵可能为下地壳熔融提供了热量.