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.     

大陆岩石圈地幔交代作用的产物——且干布拉克蛭石矿床

且干布拉克杂岩体位于库鲁克塔格地块的西南缘,是构造运移到陆壳中的大陆岩石圈地幔顶部的岩块。在862±12Ma期间,该岩体在地幔内经历了复杂的交代作用首先是透辉石交代蛇纹岩;然后是金云母交代蛇纹岩和透辉岩,这些金云母经近地表地质作用后形成了我国规模最大的蛭石矿床;最后是含金云母的碳酸岩岩脉贯入并交代先期形成的各种岩石。研究证明,交代剂应当是碳酸质的碱性硅酸盐熔体或流体,并分异成共轭的两部分这些交代剂普遍具有Ta、Nb、Ti、Zr和Hf的贫化;而且,Nd、Sr、Pb、O、C、H同位素组成普遍具EMⅠ、EMⅡ地幔端元和地壳岩石的特征。由此而证明交代剂主要源自于消减板块中的深海沉积物和在海沟中裹挟的陆源浊积岩。     

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。     

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挥发份保存了地幔演化过程的流体介质.中国东部二辉橄榄岩捕虏体中橄榄石、斜方辉石和单斜辉石流体挥发份的化学组成和碳、氢和氧同位素组成分步加热质谱法测定结果表明,陆下岩石圈地幔以较轻的碳、氢同位素和氧同位素组成变化范围大为特征,高温(800～1200 ℃)释放的CO2和CO呈现较轻的δ13C值,与世界其他地区的地幔捕虏体明显不同[1].     

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。     

交代岩石圈地幔与金成矿作用

交代岩石圈地幔与大型金矿床之间的成因联系受到越来越多的关注.研究成矿金属在地幔源区的富集程度和幔源岩浆中的金含量,以及金从地幔源区释放、迁移并大规模富集成矿的机制和过程可以帮助我们更好地认识交代岩石圈地幔对金富集成矿的重要作用.金是高度亲铜元素,同时还具有流体活动性,在地幔岩浆作用、岩浆热液演化和富集成矿等诸多过程中的...     

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Al2O3、CaO、NaO、K2O、TiO2,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幔普遍存在的主、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.     

北部湾涠洲岛橄榄岩中熔体包裹体——大陆岩石圈地幔交代作用的新证据

根据北部湾涠洲岛晚更新世火山岩中尖晶石二辉橄榄岩的矿物化学和形成条件推测,它们是来自地下约40km-50km的大陆岩石圈地幔样品。涠洲岛地幔橄榄岩中同时出现高硅（64％～68％）和低硅（49％～57％）两种熔体成分,它们普遍富碱、Al2O3和H2O、CO2等挥发组分（2％-5％）。研究认为,两种熔体存在不同的成因机制。高硅熔体可能与软流圈上升的玄武质岩浆和斜方辉石反应或下地壳物质循环进入地幔后的部分熔融有关。低硅熔体直接提供了富硅熔体与橄榄石发生交代作用的证据。这可以用富SiO2熔体＋Ol→贫SiO2熔体＋Opx反应解释,其结果是消耗橄榄石生成斜方辉石。涠洲岛橄榄岩中两种熔体的发现,进一步提供了发生在大陆岩石圈地幔流（熔）体与橄榄岩交代作用的普遍性、复杂性,以及地幔熔体多样性的新证据。     

鲁西郯城蛇纹岩微量元素和锆石U-Pb年代学:对华北陆块东部岩石圈地幔改造的启示

对鲁西郯城蛇纹岩进行锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学和全岩微量元素研究。结果为:蛇纹岩中44颗锆石的年龄值可以分为5组,其中岩浆锆石的年龄为古元古代—新太古代(1 815～2 518 Ma)、新元古代(711 Ma、719 Ma)、早白垩世(106～122 Ma)和晚白垩世(78～92 Ma),而变质锆石形成于晚三叠世(225～231 Ma)。郯城蛇纹岩轻重稀土元素分馏不明显,相对富集大离子亲石元素(Ba、Th、U),相对亏损高场强元素(Nb、Zr、Hf),整体上与华北陆块代表古老岩石圈地幔残留的橄榄岩类包体地球化学特征相类似。蛇纹岩的原岩为纯橄岩,是华北陆块东部古老岩石圈地幔的残留。古元古代—新太古代岩浆锆石的存在,代表拆沉的华北陆块基底物质对岩石圈地幔的改造;新元古代岩浆锆石和晚三叠世变质锆石的发育,表明蛇纹岩的原岩受到了由超高压变质作用的俯冲-断离扬子陆壳物质熔融产生的熔体改造;早白垩世和晚白垩世岩浆锆石年龄的出现,与华北陆块东部该时期发育的岩浆作用时间相一致。华北陆块东部岩石圈地幔受到多阶段、不同性质熔体的改造,改造的峰期发生在早白垩世,与华北陆块东部岩石圈发生大规模减薄的峰期时间一致。     

太古宙克拉通岩石圈地幔研究现状述评

本文主要介绍了太古富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太古亩地幔同位素体系；３．太古亩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，晚太古代以壳内分界作用为主；２．太古宙存在一个又厚又冷（２００ｋｍ）的岩石圈；３馒内地质作用与克拉通化存在成因上的联系。     

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     

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。     

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。     

古大洋岩石圈地幔流体组成——来自玉石沟地幔橄榄岩的证据

蛇绿岩底部地幔橄榄岩是认识古大洋岩石圈地幔流体的典型样品.采用分步加热质谱法测定了北祁连玉石沟蛇绿岩底部斜辉橄榄岩和纯橄榄岩矿物中流体的化学组成.     

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。     

辽宁复县地区古生代岩石圈地幔特征

本文通过对辽宁复县地区50号金伯利岩管的研究,根据金伯利岩的地球化学和其中地幔矿物及深源捕虏体特征初步推测,复县地区古生代的上地幔反映了该区自早古生代以来上地幔的各种深部事件。它的岩石圈地幔组成与南非金伯利岩发育地区不完全相同。本区是由二辉橄榄岩、纯橄岩、方辉橄榄岩、少量云母石榴长石岩以及金伯利岩的早期堆积物——各种金云母岩所组成。特别值得注意的是,与金刚石平衡共存的是含石榴石及铬铁矿的二辉橄榄岩和方辉橄榄岩,而南非地区与金刚石平衡共存的只是方辉橄榄岩,它是该区在克拉通化过程中通过岩石圈垫底作用增生于其底部的岩石类型。复县地区上地幔中部分橄揽岩仍保留有早期地幔熔体结晶时的火成结构,方辉橄揽岩为提取苦橄质玄武岩-玄武质科马提岩的难熔残余。17亿年本区转变为稳定克拉通后,11亿年(或更晚一些)有交代作用发生,使上地幔富集不相容元素,为熔融金伯利岩准备了源区条件。50号岩管的金伯利岩相当于南非Ⅰ型与Ⅱ型金伯利岩的过渡类型,表明上地幔富集程度较高。复县地区古生代岩石圈厚度至少为170km,其下部上地幔温度为1130℃左右,fo_2接近WM缓冲反应线,与西伯利亚和西非加纳金刚石结晶时的氧逸度相似。     

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。     

岩石圈地幔结构及其对中国大型盆地的演化意义

P_n波是通过莫霍面下方的上地幔顶部的地震波.由于P_n波的速度随温度和物质成分而变化, 以及P_n波各向异性可以反映地幔形变的历史.因此P_n波的速度以及各向异性成为探索岩石圈结构的重要工具.中国岩石圈地幔的P_n速度的特征是很高速的异常区和很低速的异常区呈镶嵌状出现, 反映了地质结构的不均匀性.西部大型盆地(塔里木、准噶尔、吐哈、柴达木和四川盆地) 具有较高的P_n速度和较弱的各向异性, 反映出这些盆地的岩石圈是冷的和坚硬的, 其变形较小.大面积的华北地区, 在太古代的基底下具有明显的P_n波低速度.研究结果表明与这些地区裂谷、岩石圈减薄和地幔上涌区相一致.P_n波各向异性与在最新(和目前正在进行) 的大规模变形期间, 岩石圈地幔沿NNE向右旋简单剪切相一致.华北的金矿藏以及华北和松辽盆地的石油储藏的位置明显地与该区的低P_n波速度区相吻合, 表明该区金属成矿和油储的形成与中、新生代以来在岩石圈地幔中的热活动, 以及壳幔之间的相互作用过程密切相关.      

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。