华北地幔捕虏体Fe-Mg-Ca同位素研究进展

近年来,得益于同位素分析技术和质谱仪器性能的提高,使得铁（Fe）、镁（Mg）和钙（Ca）等非传统稳定同位素的高精度测量成为可能,并很快在地球化学、天体化学和生物地球化学等研究领域取得了丰硕的成果。本文通过对比分析来自华北克拉通不同地区不同类型地幔捕虏体的Fe、Mg和Ca位素组成特征,揭示华北克拉通岩石圈地幔Fe、Mg和Ca同位素组成不均一性的成因,并在此基础上,探讨华北大陆岩石圈地幔演化过程如部分熔融、橄榄岩-熔体反应过程、熔体的性质和来源等科学问题,为华北克拉通岩石圈的演化过程提供新证据。

     

浙江新昌地幔岩捕虏体中的硫化物包裹体初步研究

浙江新昌一带晚第三纪碱性玄武岩中地幔岩（二辉橄榄岩）捕虏体内存在大量硫化物熔体包裹体。电子探针分析表明,硫化物相成分主要为镍黄铁矿,次为磁共铁矿。硫化物包裹体的Ｎｉ／Ｆｅ值与寄主地幔岩的橄榄石含量呈正相关。同一包裹体的硫化物相成分不均一,自中心至边缘硫化物的Ｎｉ／Ｆｅ、（Ｆｅ＋Ｎｉ）／Ｓ值和Ｎｉ呈均呈增加趋势。通过与中国汉诺坝、德国ＷｅｓｔＥｉｆｅｌ东欧Ｎｏｇｒａｄ－Ｇｏｍｏｒ地区资料的综合分析,     

南秦岭下地壳组成及岩石圈的拆离俯冲作用

根据新提供的Pb同位素组成及岩石地球化学研究成果，本文进一步证实了位于北秦岭北界的明港地区发育的早中生代安山玄武质火山角砾岩岩筒所携带的下地壳捕虏体属于南秦岭。所恢复的南秦岭下地壳剖面自下而上为：底侵成因的变辉长岩-基性麻粒岩(其中含有榴辉岩及辉石岩的透镜体)-酸性麻粒岩。秦岭造山带总体的岩石因模型为：南秦岭(扬子块体)向北拆离俯冲，北秦岭地壳向华北仰冲，华北岩石因呈楔状插入秦岭造山带，拆离面约在中、下地壳之间。南秦岭俯冲岩片延伸的范围在平面上有可能达到400km。     

延边地区中生代火山岩的岩浆源区:来自Sr-Nd同位素和深源捕虏体(晶)的证据

延边地区中侏罗世和早白垩世火山岩中包含有较多的辉石岩捕虏体和角闪石捕虏晶,前者为普通辉石变种,其化学成分类似于中国东部新生代玄武岩中单斜辉石巨晶的成分,具有岩浆堆积成因特征;后者为韭闪石和镁质绿钠闪石变种,其成分类似于中生代晚期玄武岩中角闪二辉石岩包体里的角闪石和新生代玄武岩中的角闪石巨晶.矿物温压计算结果显示,它们形成深度介于25～37km.延边地区中生代火山岩的(87Sr/86Sr)i值介于0.704 3～0.705 0,εNd(t)值介于2.33～4.71,表明岩浆源区应是一套具有亏损性质的新增生的地幔物质.综合上述结果,可以判定延边地区中生代火山岩的原始岩浆应来源于新增生的壳幔过渡带物质的部分熔融,地壳增生事件的时间为新元古代.     

兴蒙造山带橄榄岩捕掳体中石榴石次变边对地幔组成转变的启示

地幔橄榄岩捕虏体中石榴石次变边的形成过程对理解地幔的构造演化和转变具有非常重要的意义。兴蒙造山带锡林浩特地区新生代玄武岩携带的石榴石橄榄岩捕虏体中的石榴石普遍发育冠冕状次变边结构。本文通过对石榴石及其次变边进行详细的岩相学和电子探针分析,探讨石榴石次变边的成因及其揭示的岩石圈地幔经历的深部过程。根据次变边矿物组成的不同,将其分为原始的次变边（R1和R2）和交代的次变边（MR1和MR2）。原始的次变边中,新鲜的石榴石由内向外依次被放射状且矿物颗粒较细的R1和粒状且矿物颗粒较粗的R2包围,且R1通常比R2宽。R1主要组成矿物为Opx+Sp+Melt1/Pl±Cpx,R2主要组成矿物为Opx+Sp+Cpx。与R2及橄榄岩捕虏体相比,R1的斜方辉石和单斜辉石具有较高的Al₂O₃含量和较低Mg^#值及SiO₂含量。与橄榄岩捕虏体相比,R1和R2中的尖晶石均具有较低的Cr^#值和较高的Mg^#值。R1的斜长石为钙长石,熔体成分与斜长石相比具有偏高的MgO和FeO含量。计算的R1的全岩成分与新鲜的石榴石一致,是石榴石等化学分解的产物。R2的全岩成分比新鲜的石榴石具有偏高的MgO和偏低的SiO₂及Al₂O₃含量,是石榴石和橄榄石反应的产物。交代的次变边是由原始的次变边受到部分或完全的交代作用形成的。完全交代的次变边仍然保留原始次变边的双圈层结构,而未完全交代的次变边则仅在原始次变边的局部出现。交代的次变边中,矿物颗粒较细的核部（MR1）和矿物颗粒较粗的边部（MR2）主要矿物组成一致,皆为Ol+Cpx+Sp+Melt2。与原始的次变边相比,MR1和MR2中的橄榄石和单斜辉石均具有较高的Mg^#值,单斜辉石同时具有较高Ca/Al比值（>8）,尖晶石具有较高的Cr^#值和较低的Mg^#值,熔体较富SiO₂、Na₂O和K₂O含量。这些现象说明交代的次变边可能是碳酸盐熔/流体交代原始的次变边消耗斜方辉石生成橄榄石和单斜辉石形成的,这与岩相学观察到的单斜辉石中包裹斜方辉石残余体一致。此外,同一样品中R1的平衡温度略高于R2的平衡温度,且二者均高于橄榄岩的平衡温度。因此,锡林浩特地区石榴石橄榄岩至少经历了两阶段的退变质作用：第一阶段为橄榄岩自石榴石相抬升至尖晶石相,且受到地幔上涌的加热作用,导致石榴石和橄榄石进行缓慢的反应形成R2;第二阶段是在连续减压且加热的背景下,第一阶段残余的石榴石发生快速等化学分解反应,形成R1。退变质作用之后,石榴石原始的次变边又经历了碳酸盐熔/流体的交代作用形成MR1和MR2,最终被寄主玄武岩携带至地表。所以,石榴石次变边的形成记录了新生代时期兴蒙造山带经历的广泛的地幔上涌和多次的地幔隆升,以及地幔交代作用,为研究深部地幔过程提供了重要证据。华北克拉通晚中生代时期经历了强烈的岩石圈伸展运动并伴随着软流圈的上涌,这些过程同样会造成岩石圈地幔的减压和加热,从而导致石榴石相橄榄岩向尖晶石相转变,这可能也是华北克拉通岩石圈地幔转变的机制之一。

     

北京房山花岗闪长岩体中包体的演化及闪长质微粒包体的成因

依据53个观察点2 615个包体的统计,将房山花岗闪长岩体中的包体划分为捕虏岩包体和微粒包体两大类.包体与岩体在组分上具有明显的浓度差,在物理化学上是不平衡的,包体与岩浆之间必然发生交互反应,从而形成包体的同心环带构造.捕虏岩包体环带构造特别发育,尤其是碳酸盐岩包体.根据50余个包体岩石薄片观察、矿物化学及岩石化学分析结果,将碳酸盐岩包体从早到晚的演化规律划分为4个阶段：热变质角岩化阶段→超镁铁质基性岩化阶段→中基性岩化阶段→中酸性岩化阶段,直至包体消失.56个微粒包体岩石薄片鉴定结果表明,其主要组成矿物是普通角闪石、黑云母和斜长石,组成和体积分数与闪长岩相当,因此又称为闪长质包体,定量统计结果表明,暗色闪长质包体的暗色矿物体积分数＞35％,浅色闪长质包体的暗色矿物体积分数＜35％,后者可构成前者的浅色边.根据闪长质微粒包体的宏观特征及分布规律、特殊的结构构造、主要造岩矿物与寄主岩的对比以及6 187个斜长石双晶类型百分率的成因分析得出,房山花岗闪长岩体中的闪长质微粒包体尽管有多种成因,但有不少可能是捕虏岩包体变质改造的结果.     

岚皋金云角闪辉石岩类捕虏体：地幔交代作用的证据

产于陕西岚皋地区碱质基性－超基性潜火山杂岩中的金云角闪辉石岩类捕虏体，主要由透辉石、富钛韭闪石、金云母、磷灰石、榍石、及钛铁矿组成。捕虏体发育三联晶、碎裂边、肯克变形等固相线下变形变质结构，矿物学特征表明，透辉石、富钛韭闪石、金云母为地幔来源，是地幔交代作用的产物；与正常地幔尖晶石二辉橄榄岩相比，捕虏体富ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ，贫ＭｇＯ，其稀土元素具富集特征，尤其富集ＬＲＥＥ；微量元素分配型式显示了富亲石不相容元素的特征。岩相学、矿物学及岩石化学特征表明：该类捕虏体为交代地幔捕虏体，它代表了北大巴山早古生代裂谷作用时期的异常地幔，是地幔交代作用的产物。交代营力可能源于地幔热缕的上升，交代过程推测为深处小范围的流体交代及随后硅酸岩熔体的“弥散”性交代     

地幔流体作用——地幔捕虏体中流体包裹体的研究

被碱性玄武岩和金伯利岩带到地表的地幔捕虏体是认识地球深部信息的窗口 ,是人们能够直接观察到的一种上地幔样品 ,其矿物中流体包裹体的存在提供了上地幔流体活动的直接证据。流体 /地幔矿物之间元素的分配对约束地幔交代过程中流体相的作用和上地幔流体的组成 ,揭示俯冲带壳幔物质的再循环过程 ,解释岛弧玄武岩高场强元素亏损的原因有重要意义。文章对近年来有关地幔捕虏体中流体包裹体的研究进行了评述 ,并结合近年来流体 /地幔矿物之间元素分配的高温高压实验研究讨论了流体在地幔中的重要作用。     

由深源捕虏体限定的华北克拉通下地壳特征

文中收集了新生代、中生代和古生代由喷出/浅成岩携带的下地壳麻粒岩捕虏体及其锆石年龄的资料。结果显示,它们代表了不同时代、不同地区下地壳最下部的组成及年龄。新生代汉诺坝、女山、莒南和青岛等地的玄武岩和其中捕虏体的资料,几乎可以涵盖华北相当一大部分下地壳底部的状态。金伯利岩虽然只能提供500Ma以前的信息,但它们能够检验并确认古老地质事件发生时间的准确性。内蒙古中生代闪长岩中出露的麻粒岩属于同源捕虏体,只能代表该岩浆活动波及地区下地壳的状态。华北克拉通发育了多次以地幔物质添加为主的地质事件(地壳增生),主要有:2.8～3.0Ga,2.5Ga,1.8Ga,140～90Ma及47～45Ma,其中以2.5Ga和140～90Ma最为重要。2.5Ga的地幔岩浆底侵事件在不少地区出现,推测与地幔柱活动有关。中生代(140～90Ma)的底侵作用在克拉通分布相当广泛,包括华北北部,华北东部及东南部都有明显的记录。女山和莒南地区出现了2.3Ga的年龄,是中生代的底侵岩浆与先存的古老基底发生混合与反应的产物。1.9～2.0Ga以及1.8Ga可能与地壳的造山运动和与其伴随的短暂的热扰动造成的锆石再结晶有关。在研究下地壳捕虏体时一个重要的问题是,要注意构造背景。在一级构造单元的交界处,由于该处块体之间的相互作用复杂,需要注意判别捕虏体的块体归属,以便对华北克拉通不同部位的复杂演化历史获得更全面的认识。     

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。