华北岩石圈地幔的多次组成转化过程:橄榄岩与不同来源熔体间的相互作用——来自地幔橄榄岩捕虏体的岩石学和Li、Fe等同位素地球化学证据

华北克拉通显生宙以来岩石圈的巨厚减薄是全球古老克拉通地区难得的重要地质现象,这一地区已成为研究古老岩石圈稳定性和改造过程的理想地区,也是我国继青藏高原隆升和大别-苏鲁超高压变质带之后又一个国际热点地区.     

中国东部地幔橄榄岩捕虏体的Re-Os同位素地球化学：岩石圈地幔的形成年龄和减薄作用的制约

我国东部新生代玄武岩中包含丰富的地幔橄榄岩捕虏体，近年来一些研究者对兴蒙造山带的双辽、汪清，华北克拉通的龙岗、汉诺坝、栖霞、女山和扬子克拉通的盘石山、练山等地8个新生代玄武岩区近百个地幔橄榄岩捕虏体全岩粉末样品获得了Re-Os同位素数据，对澎湖列岛新生代玄武岩的地幔橄榄岩捕虏体中不同产状的硫化物包裹体作了原位的Re-Os同位素体系分析，此外，对辽宁复县和山东蒙阴古生代金伯利岩中的3个地幔橄榄岩捕虏体全岩粉末样品作了Re-Os分析。本文综合了文献中已有的数据，采用Re-Os同位素体系常用的方法，如Os同位素代理等时线年龄和Re亏损模式年龄，计算了SCLM的年龄。结果表明这些地区SCLM的形成年龄主要为早-中元古代，局部地区如辽宁复县有更老的年龄。我国东部新生代玄武岩中的尖晶石相地幔橄榄岩代表的SCLM主体上是元古代SCLM经过显生宙减薄作用后的残余部分，它对我国东部SCLM减薄作用在纵向上的规模和强度提供了制约。     

华北克拉通破坏的物理、化学过程:地幔橄榄岩证据

本文对比了华北东部不同时代、不同位置捕虏体/地质体橄榄岩的地幔属性,讨论了华北克拉通破坏的物理、化学过程。结果表明,拆沉作用不能很好地解释古老难熔、过渡型和新生饱满地幔并存的事实;单纯的熔体-橄榄岩相互作用也不易解释中、新生代岩石圈巨大减薄和新生饱满地幔Cpx中LREE亏损现象,即具复杂演化历史的克拉通地幔向演化历史简单的"大洋型"岩石圈的转换。华北东部克拉通破坏作用包括地幔伸展、熔-岩作用、侵蚀置换等复杂的物理、化学过程。岩石圈先大幅减薄、后小幅增厚实现了最终的地幔置换和岩石圈整体减薄过程。喷发时代为100 Ma的阜新玄武岩所捕获的橄榄岩主体是饱满的,说明华北东部部分地区在此之前有过地幔置换作用。     

闽西南中甲锡多金属矿床的Re-Os同位素年龄及其地质意义

矿床成矿时代是矿床成因研究的重要任务之一,长期以来只能通过间接方法确定。Re-Os同位素测年方法是直接精确测定辉钼矿及相关矿化模式年龄的有效手段。本文使用碱熔法和ICPMS技术对中甲锡多金属矿床辉钼矿Re-Os同位素年龄进行测定,结果表明,中甲锡多金属矿床矿化模式年龄为193~196 Ma,属燕山早期早阶段成矿,和成矿有关的黑云母花岗岩则形成于晚印支期-早燕山期。东南大陆在晚印支期开始了从特提斯构造域向环太平洋构造域的转换。燕山早期成矿的确定为区域上寻找新的成矿远景区提供了直接的年代学证据。      

云南马关地区岩石圈地幔组成和年龄:地幔橄榄岩包体的Re-Os同位素限制

本文对马关地区新生代碱性玄武岩中的地幔包体进行了系统的岩石学和地球化学研究,并首次进行了包体的Re-Os同位素测试。马关地区的橄榄岩包体主量成分上表现为饱满肥沃的特征;具有不同程度的轻稀土亏损特征,亏损Nb、Ti和Zr等高场强元素(HFSE)以及Ba等大离子亲石元素(LILE);橄榄岩包体的Nd同位素特征表明橄榄岩包体代表的是不均一的亏损地幔。5个橄榄岩全岩样品的Re-Os同位素分析结果表明,样品的Os含量总体较高(3.29×10^-9~3.78×10^-9),接近于造山带橄榄岩体的Os含量,Re含量变化范围较大(0.24×10^-9~0.54×10^-9),与Re的迁移能力较强有关。样品的¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os值在0.12295~0.12530之间变化,与¹⁸⁷Re/¹⁸⁸Os值和Al₂O₃含量之间都不存在较好的相关性,说明Re-Os体系不单纯由熔体抽取过程所控制。橄榄岩包体的Re亏损年龄t_RD为254~604Ma,说明马关地区岩石圈地幔形成的时代应该在新元古代之前。马关地区岩石圈地幔并非是由软流圈上涌新增生的地幔,而是经历了如下演化历史:在新元古代之前,由原始地幔的部分熔融和熔体抽取作用形成了岩石圈地幔,之后经历了熔/流体交代和改造而发生了再富集作用,导致部分地幔橄榄岩逐渐从亏损难熔的特征向饱满肥沃转变,而未遭受熔/流体的改造的橄榄岩仍然保持了难熔亏损的特征。这种熔/流体交代和改造作用很可能与晚二叠纪峨眉山地幔柱的活动有关,而新生代以来印度-亚洲大陆碰撞导致地幔物质向东南方向的侧向流动,诱发软流圈上涌和马关地区的钾质岩浆的活动,也对马关地区岩石圈地幔的改造具有重要的影响,但由于喷发时间较新对Os同位素组成的影响还未显现出来。     

橄榄岩-熔体的相互作用:岩石圈地幔组成转变的重要方式

橄榄岩-熔体/岩浆的相互作用常被用来解释蛇绿岩套橄榄岩、造山带橄榄岩、超镁铁质侵入杂岩体、地幔橄榄岩捕虏体中某些具有不平衡结构和矿物组成的岩石的形成过程。橄榄岩-熔体的反应主要有两种方式,即消耗橄榄石(和单斜辉石)生成斜方辉石或消耗斜方辉石生成橄榄石(和单斜辉石)。反应的结果不仅造成矿物百分含量的变化,而且造成矿物组成的变化;后者更重要但未引起足够的重视。华北东部中生代玄武质岩石中具有环带状结构的橄榄石和辉石捕虏晶,特别是具有环带状结构的地幔橄榄岩捕虏体的发现,暗示这种橄榄岩-熔体的相互作用在华北东南部中生代岩石圈地幔中很可能普遍存在,为岩石圈地幔组成转变和快速富集的重要方式。这是全球首例由橄榄岩-熔体相互反应造成的岩石圈地幔大规模的组成变化。反应熔体来源途径主要有地壳来源和软流圈地幔来源。来源不同的熔体与橄榄岩的反应造成的组成变化完全不同。     

俯冲带壳-幔相互作用的高温高压实验:对地幔不均一性成因的启示

使用活塞-圆筒式高温高压装置进行一系列榴辉岩部分熔融熔体与橄榄岩反应实验,可以为深入了解俯冲带壳-幔相互作用的影响因素及地幔不均一性的成因提供重要信息.实验使用反应偶的方法,并在0.8~3.0 GPa和1 200~1 425℃条件下进行.实验结果表明,榴辉岩部分熔融熔体-橄榄岩反应的动力学和结果受控于熔体主量元素成分、熔体中的H₂O、温度、压力和橄榄岩的物理状态等因素.大陆俯冲带地幔岩石中斜方辉石的富集是再循环陆壳熔体与上覆地幔反应的结果,地幔岩石中斜方辉石岩脉的形成与含水熔体交代有关,地幔岩石中的石榴辉石岩和石榴石岩可能形成于高压、低温条件下的熔体-橄榄岩反应.      

吉林东部汪清新生代玄武岩中地幔包体的矿物化学：对该地区岩石圈地幔形成过程的启示

在对吉林汪清新生代玄武岩中橄榄岩包体进行全岩主、微量元素分析的基础上,重点分析了矿物的主、微量元素含量,讨论了华北克拉通东北缘与兴蒙造山带结合部位陆下岩石圈地幔所经历的部分熔融作用和地幔交代作用。橄榄石的Fo、单斜辉石以及尖晶石的Mg#和Cr#均表明该地区陆下岩石圈地幔相对饱满。对地幔橄榄岩透辉石微量元素模拟计算证实,汪清陆下岩石圈地幔经历了1%~3%的部分熔融作用,并遭受后期硅酸盐熔体交代作用。这些地幔特征与中国东部其他地区新生代主体岩石圈相似。研究结果证明,吉林汪清中、新生代以来岩石圈性质的转变是在汇聚板块构造体制下通过“拆沉作用”实现的。     

华北晚中生代和新生代玄武岩中单斜辉石巨晶来源及其对寄主岩岩浆过程的制约:以莒南和鹤壁为例

本文对华北克拉通晚中生代和新生代碱性玄武质岩石中的单斜辉石巨晶进行了主、微量元素和Sr-Nd同位素的综合研究,发现晚中生代和新生代单斜辉石巨晶存在明显的主、微量元素和同位素组成上的差异.新生代单斜辉石巨晶有Al-普通辉石和次透辉石两类;而中生代单斜辉石巨晶只有Al-普通辉石.新生代单斜辉石SiO2含量高、REE配分型式为上凸型、LILE和放射性元素含量高,并具有比寄主碱性玄武岩更亏损的Sr和Nd同位素组成;而中生代单斜辉石SiO2含量低、REE配分型式为LREE富集型、LILE和部分HFSE以及放射性元素含量低,并具有比寄主碱性玄武岩稍富集的Sr和Nd同位素组成;巨晶的结构、矿物成分和地球化学特征,以及Mg-Fe在熔体与单斜辉石间的分配状况皆说明,新生代碱性玄武岩中单斜辉石巨晶是碱性玄武岩浆在高压下结晶的,因此二者是同源的;而中生代单斜辉石巨晶是被寄主岩浆偶然捕获的捕虏晶,是不同源的.华北新生代单斜辉石巨晶存在于碱性玄武岩和拉斑玄武岩中,它们具有比寄主碱性玄武岩更亏损的Sr和Nd同位素组成,说明即使是碱性玄武岩也不能完全代表软流圈来源的原始岩浆,其在上升过程中或多或少存在同位素组成富集的物质的混入.同时,拉斑玄武岩不是碱性玄武质岩浆直接结晶分异的产物,亦不是完全由部分熔融程度的不同造成的.拉斑玄武岩中存在岩石圈地幔物质的贡献或是岩浆房内碱性玄武质岩浆受地壳混染作用的结果.     

华北地幔橄榄岩锂同位素研究进展

作为非传统稳定同位素的代表,Li同位素已被广泛应用于示踪与熔体和流体相关的地质过程。地幔橄榄岩高度不均一的Li含量和Li同位素组成特征是熔/流体与地幔橄榄岩相互作用过程中同位素分馏作用及温度下降过程中Li在矿物之间扩散分馏的结果,同位素扩散现象通常被矿物颗粒边部的组成特征所记录。由于Li在橄榄石中的扩散速度比在辉石中慢,所以大颗粒橄榄石核部的Li含量和同位素组成更能反映岩石圈地幔的组成,而辉石的组成特征更多地记录了后期的过程。大量地幔捕虏体的锂同位素组成特征研究表明,华北克拉通岩石圈地幔经历了蚀变洋壳在俯冲过程中、残留俯冲板片在深部地幔、以及上涌的软流圈所释放的不同组成的熔/流体的改造过程。由于改造作用的多阶段性和改造程度的不同,华北克拉通东部与中部地幔橄榄岩的组成特征具有系统性的差异。Li同位素与其他地球化学指标的联合示踪是未来地幔地球化学研究的发展趋势。

     

冀北北岔沟门铅锌矿床中辉钼矿的铼-锇同位素年龄

北岔沟门铅锌矿床是华北地台北缘中段最近发现的一个极具成矿远景的新矿床,对矿床成因和成矿规律 的研究刚刚起步。本文介绍了用同位素稀释－等离子质谱法,直接测定了矿床中辉钼矿的Ｒｅ－Ｏｓ等时线年龄,证明成 矿作用发生在燕山中晚期,其等时线年龄为（１５２ ± ３） Ｍａ。这一年龄反映了成矿与浅成花岗岩浆侵入活动有关,并为区内进一步找矿勘探提供了一定的依据。     

华北东部中、新生代岩石圈地幔的不均一性：来自橄榄石的组成填图结果

华北中、新生代玄武质火山岩和基性脉岩携带的地慢橄榄岩捕虏体中橄榄石和／或橄榄石捕虏晶系统的组成填图显示华北东部中、新生代岩石圈地幔存在明显的时空分布规律和不均一性。这与通过岩石圈地幔源基性岩石的地球化学反演获得的华北中生代岩石圈地幔的时空不均一性及其块体特征完全一致。太行山和鲁皖地区新生代岩石圈地慢的差异演化主要反映古老地幔橄榄岩与熔体相互作用时熔体性质和来源的不同。同时,橄榄石Fo填图还揭示了郯庐断裂对华北东部中、新生代基性岩浆活动及其岩石圈地幔演化的重要制约作用。而且,华北东部中生代岩石圈减薄后尚存古老岩石圈地幔残留。因此,华北东部岩石圈减薄的整体拆沉模式很难成立。     

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.     

华北克拉通东部含金刚石金伯利岩的侵位年龄和Sr-Nd-Hf同位素地球化学特征

本文首次报道了我国华北克拉通内部金伯利岩中金云母巨晶的Ar-Ar同位素年龄和含金刚石金伯利岩的Hf同位素组成特征,并结合金伯利岩的Sr-Nd同位素组成特征对华北金伯利岩的岩石成因及其构造背景进行了探讨.金伯利岩中金云母巨晶的年代学分析显示华北克拉通内部的蒙阴和复县金伯利岩具有一致的侵位年龄,约465±2 Ma.这与以前发表的金伯利岩中钙钛矿的U-Pb年龄和金云母的Rb-Sr等时线年龄一致.Sr-Nd同位素结果表明蒙阴和复县金伯利岩皆具有很小的Nd同位素变化范围（εNd分别为-0.4～0.2和-3.4～-2.3）.然而,这些金伯利岩却具有极大的Sr同位素组成范围（ISr分布为-0.2～28.1和0～75）.其中复县比蒙阴金伯利岩具有较低的Nd同位素和更宽的Sr同位素组成.Hf同位素分析结果表明蒙阴和复县两岩区内部各金伯利岩岩管具有非常一致的铪同位素组成,类似于Nd同位素组成特征,其中蒙阴金伯利岩的^176Hf/^177Hf初始值为0.282474～0.282416,相应的εHf值为-2.37～-0.30;复县金伯利岩的^176Hf/^177Hf初始值为0.282305～0.282369;相应的εHf值为-6.29～-4.04.这说明蒙阴金伯利岩与复县金伯利岩相比具有较高的Hf同位素组成.结合Sr-Nd同位素组成,暗示蒙阴和复县金伯利岩的Hf同位素组成的不同可能反映金伯利岩岩浆形成时软流圈、岩石圈地幔以及俯冲的洋壳物质参与比例的不同.Sr-Nd-Hf同位素特征说明我国华北古生代金伯利岩的形成同样与华北周边的古大洋岩石圈向华北内部俯冲作用有关.     

Eastern Ancient Terrane of the North China Craton

Based on the spatial distribution of ancient rocks and zircons, three ancient terranes older than ca. 2.6 Ga have recently been identified in the North China Craton, namely the Eastern, Southern, and Central Ancient Terranes. The Eastern Ancient Terrane is the best studied and understood of the three ancient terranes. It has a long geological history back to ca. 3.8 Ga ago and includes the areas of Anshan-Benxi, eastern Hebei, eastern Shandong and western Shandong. In Anshan-Benxi, several different types of 3.8 Ga rocks were discovered together with 3.1-3.7 Ga rocks, whereas 2.9-3.0 Ga K-rich granites and 2.5 Ga syenogranite occur on larger scales. In eastern Hebei, 3.0-3.4 Ga rocks and older detrital and xenocrystic zircons were identified. In eastern Shandong, there are a large volumes of 2.7 Ga and 2.9 Ga rocks. In western Shandong, early Neoarchean(2.6-2.7 Ga) intrusive and supracrustal rocks are widely distributed. Whole-rock Nd and zircon Hf isotope data suggest that both mantle additions and crustal recycling played important roles within the Eastern Ancient Terrane during almost every tectono-magmatic event. Most BIFs in the North China Craton are late Neoarchean in age and are distributed on continental crust along the western margin of the Eastern Ancient Terrane, probably suggesting that a stable environment was one of the key factors for the formation of large-scale BIFs.     

冀东新太古代晚期界岭口闪长岩成因:U-Pb-Nd-Hf-O同位素研究

本文报道了华北克拉通东部冀东地区界岭口闪长岩及其中基性岩包体的锆石定年结果和地球化学组成。界岭口闪长岩是华北克拉通规模最大的太古宙闪长质侵入体,总面积约650km2。界岭口闪长岩由闪长岩和石英闪长岩组成,两者渐变过渡。在界岭口闪长岩中存在基性岩包体,包括辉绿岩、细粒辉长岩和辉长岩,一些基性岩包体边部存在冷凝边。石英闪长岩和细粒辉长岩包体的岩浆锆石年龄分别为2533±5Ma和2534±8Ma。闪长岩和石英闪长岩元素组成类似(13个样品),主要区别是后者SiO_2相对较高一些。它们稀土总量较高(TREE=93. 0×10~(-6)~234. 2×10~(-6)),轻重稀土分异程度不强((La/Yb)N=10. 4～23. 9),无明显铕异常(Eu/Eu*=0. 80～1. 05)。在MORB标准化的微量元素图解上,大离子亲石元素相对富集,高场强元素相对亏损。全岩εNd(t)和tDM1(Nd)分别为-1. 20～2. 13和2. 73～2. 95Ga(7个样品),岩浆锆石εHf(t)和tDM1(Hf)分别为1. 66～4. 37和2. 60～2. 78Ga(13个数据点),δ~(18)O值为5. 00‰～6. 83‰(13个数据点)。相对于闪长岩-石英闪长岩,基性岩包体(3个样品)的MgO和CaO含量明显增高。岩石稀土总量偏低(TREE=82. 4×10~(-6)～155. 7×10~(-6)),轻重稀土分离不强((La/Yb)N=3. 3～6. 0),出现较弱的负铕异常(Eu/Eu*=0. 71～0. 88),在MORB标准化的微量元素图解上,大离子亲石元素相对富集,高场强元素相对亏损。全岩εNd(t)和tDM1(Nd)分别为-0. 70和2. 97Ga(1个样品),岩浆锆石εHf(t)和tDM1(Hf)分别为0. 52～4. 72和2. 66～2. 82Ga(16个数据点),δ~(18)O值为4. 88‰～6. 72‰(13个数据点)。结合前人研究,可得出如下结论:1)界岭口闪长岩是基性岩浆结晶分异和陆壳物质影响双重作用的产物,而陆壳物质参与可能起了更重要的作用; 2)界岭口闪长岩形成于新太古代晚期总体上仍处于挤压的岛弧构造环境; 3)在华北克拉通,至少一部分具有中太古代晚期-新太古代早期Nd-Hf模式年龄的新太古代晚期TTG岩石形成与新太古代晚期富集地幔添加有关或是新太古代晚期亏损地幔添加与陆壳物质影响共同作用的结果。     

华北克拉通西部陆块北缘新生代岩石圈地幔特征的初步研究

凉城、四子王旗、三义堂和大同的地幔包体的岩石学和矿物的主、微量元素成分显示华北克拉通中、西部北缘总体为过渡型岩石圈地幔,为原始地幔经过不同程度的熔体抽取和后期交代富集作用的残留.凉城岩石圈地幔经历的熔体抽取程度最低,后期交代富集作用比较强烈,这与其橄榄岩中尖晶石的Cr#较低,并且共存的单斜辉石的Mg#较低一致.三义堂岩石圈地幔经历的熔体抽取程度最高,后期交代富集作用最强烈,不同样品甚至同一样品中不同单斜辉石颗粒的La/Yb和LREE配分模式变化范围非常大,且矿物边部比核部更富集微量元素.大同、四子王旗岩石圈地幔经历的熔体抽取程度介于凉城和三义堂之间,但后期的交代富集作用明显不如凉城和三义堂强烈.研究区的岩石圈地幔主要受硅酸盐熔体交代作用的影响,只有三义堂岩石圈地幔还可能也受到了碳酸盐交代作用的影响.     

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。     

鹤壁新生代玄武岩源区及成因: 地球化学和Sr-Nd-Hf同位素证据

大陆碱性玄武岩是研究大陆地幔、软流圈和岩石圈、壳幔相互作用的窗口。鹤壁碱性玄武岩为华北中部新生代玄武岩重要组成部分,其源区和成因对了解新生代期间华北克拉通中部岩石圈地幔改造提供了重要依据。鹤壁新生代玄武岩主要为碱性玄武岩,贫硅(SiO₂=45.0%~47.8%)富镁(MgO=7.3%~8.5%)和全碱(Na₂O+K₂O=4.6%~6.3%),富集轻稀土元素,轻、重稀土元素强烈分馏,无明显Eu异常。富集大离子亲石元素(LILEs)和高场强元素(HFSEs)。在原始地幔标准化蛛网图上,具有明显的Nb、Ta正异常,其中Nb/U=35~48、La/Nb=0.4~0.7、Ba/Nb=3.6~11。 全岩的Sr、Nd、Hf同位素比值分别为⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_i=0.7036~0.7044,ε_Nd(t)=+0.4~+5.4, ε_Hf(t)=+5.0~+9.7,显示鹤壁新生代玄武岩具有洋岛玄武岩(OIB)的地球化学特征和同位素组成。岩相学特征和地球化学特征表明鹤壁新生代玄武岩是软流圈地幔(>80km)小程度部分熔融形成的熔体与富集的岩石圈地幔相互作用后的结果,地壳物质混染和结晶分离作用不显著。