苏皖地区幔源橄榄岩捕瞄虏体的锇同位素组成、模式年龄及其意义

苏皖地区发育的新生代玄武岩中富含地幔橄榄岩捕虏体，测定了25个橄榄岩全岩的锇同位素组成。结果表明大部分样品呈亏损特征,187Os/188Os=0.119～0.129.Os同位素比值与主量成分之间有显著的相关性.采用187Os/188Os-Al2O3代用等时线方法,由截距得到初始值(187Os/188Os)0=0.109,在对流地幔的187Os/188Os比值演化线上获得模式年龄t=2.5(±0.1)Ga,为晚太古-早元古代。用样品组中最低的锇同位素组成,即187Os/188Os=0.119,计算Re亏损模式年龄,t=1.2Ga,为中元古代。表明苏皖地区新生代玄武岩中的地幔橄榄岩捕虏体具有古老的形成年龄,它们是经过显生宙减薄作用后的残余地幔的碎片。大陆岩石圈地幔的古老形成年龄与上覆地壳克拉通的古老稳定年龄相耦合。     

华南显生宙时期岩石圈地幔的性质与形成时代

火山岩携带的橄榄岩捕虏体是研究深部岩石圈地幔成分特征与热结构状态的最直接样品。湖北大洪山早奥陶世钾镁煌斑岩携带的石榴二辉橄榄岩具有富集的地球化学特征,指示当时的岩石圈厚度可达110 km。华南内陆地区宁远和道县早侏罗世玄武岩所携带的地幔包体具有饱满的成分特征,代表遭受了较低程度部分熔融的地幔残留。宁远地幔包体的全岩Re-Os同位素特征显示该地区中生代大陆岩石圈地幔为从软流圈新增生而形成的新生地幔。这表明内陆地区古生代存在的富集地幔被完全拆沉,并被新生地幔所取代;中生代内陆地区的岩石圈拆沉作用可能与该地区自225 Ma以来大规模的岩石圈伸展作用有关。华南新生代地幔包体主要分布在沿海地区。通过地幔包体矿物成分估算获得的温度与压力资料揭示新生代沿海地区岩石圈厚度约为80～90 km,并具有热的地温梯度。无论是全岩还是硫化物的Re-Os同位素特征都表明沿海地区在新生代仍残留有古元古代岩石圈地幔,表明新生代沿海地区的拉张作用仅导致了岩石圈地幔的部分拆沉和减薄。     

地幔置换作用:华北两类橄榄岩及其透辉石微量元素对比证据

在华北地块东部，河南鹤壁新生代玄武岩中的耐熔橄榄岩捕虏体被认为是克拉通地幔的残留；山东山旺饱满橄榄岩捕虏体被认为是新生代玄武岩所捕获的新生地幔物质，对它们全岩的常量、微量元素，组成单矿物的常量元素和透辉石微量元素进行了对比．结果显示代表古老岩石圈的鹤壁克拉通型地幔和代表新生岩石圈的山旺“大洋型”地幔分别相当于原始地幔经历15％一25％和1％一5％熔融的产物．它们在熔融之后又都遭受了硅酸盐质碳酸岩熔体的交代改造作用，但前者明显强于后者．古老岩石圈橄榄岩的固相线温度受地幔熔／流体的长期交代而降低．由于早中生代时华北地块受扬子地块碰撞的地幔热扰动和软流圈上涌影响，促使橄榄岩熔融．所融出的基性岩浆主要垫托在地壳底部，形成壳-幔过渡带并实现大规模的壳-幔物质和热交换．第三纪以后的热沉降使抬升的软流圈物质冷却垫托在岩石圈底部构成新增生的岩石圈．因此，发生于东部的中、新生代(相对于古生代)岩石圈减薄不是软流圈抬升所引起的简单岩石圈厚度变小，而是伴随着新生地幔物质对古老地幔的置换过程．     

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。     

汉诺坝幔源橄榄岩包体的微量元素和Re-Os同位素地球化学：SCLM的性质和形成时代

本文报道了汉诺坝新生代碱性玄武岩中地幔橄榄岩包体的主量、微量元素和Re-Os同位素。14个尖晶石橄榄岩Re、Os含量分别为0.022～0.193ng/g和1.237～4.304ng/g，^187Os/^188Os比值为0.1183～0.1244，与^187Os/^188Os比值相关性不好，但与熔体亏损指标如重稀土元素Yb的含量、全岩Al2O3的百分含量有很好的线性关系，可能反映了地幔熔融后的Re或/和Os的活动。全岩Al2O3、CaO、TiO2含量均与MgO有很好的负相关性，全岩原始地幔标准化REE丰度模式呈现了LREE亏损，表明该区橄榄岩包体是由软流圈地幔经过部分熔融，亏损了玄武质组分后形成的。由Os同位素代理等时线得到该区陆下岩石圈地幔的形成年龄为1.7～2.0Ga，表明尖晶石相橄榄岩所代表的岩石圈地幔是中元古代的陆下岩石圈地幔减薄后的残留体。     

Fe同位素体系及其在地幔地球化学中的应用

在简要介绍Fe同位素体系的基础上,对Fe同位素在地幔地球化学研究中的应用进行了较为系统的评述。根据华北克拉通新生代玄武岩及其携带的地幔捕虏体Fe同位素研究最新进展和国际上已发表的有关数据,总结了Fe同位素在大洋玄武岩,地幔捕虏体及其单矿物中的分布特征。统计结果表明,来自世界不同地区的大洋玄武岩的Fe同位素组成比较均一,并且相对地幔橄榄岩Fe同位素组成总体偏重,表明地幔部分熔融过程导致Fe同位素分馏。而地幔捕虏体及其单矿物的Fe同位素组成明显不均一。没有受到地幔交代作用影响的橄榄岩,Fe同素组成变化范围小,而经受不同类型地幔交代作用影响的地幔橄榄岩,Fe同位素组成存在明显的差异,这说明地幔交代作用是导致地幔Fe同位素组成不均一的重要机制。     

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。     

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?     

华北东部大陆地幔橄榄岩组成、年龄与岩石圈减薄

对比分析了华北东部地块陆下岩石圈地幔橄榄石Mg#值和单斜辉石的REE配分形式。报道了汉诺坝和鹤壁橄榄岩中不同产状硫化物的激光MC-ICPMS原位Re-Os年龄和信阳橄榄岩中锆石的U-Pb年龄和信阳橄榄岩锆石的U-Pb年龄。在这些资料基础上,进一步讨论了华北东部岩石圈中、新生代时的减薄机制。原位分析在揭示岩石圈深部过程的细节上,有比全岩分析更大的优越性,并揭示出了在华北深部有中元古代(14亿年)和新元古代(7～8亿年)热活动的记录。岩石圈拆沉作用不能很好地解释古老难熔地幔、过渡型地幔和新生饱满地幔并存的事实;同时,单纯的熔体-橄榄岩相互作用也难以解释中、新生代岩石圈的减薄过程和新生地幔单斜辉石中出现强烈LREE亏损现象,即历史复杂的克拉通岩石圈向历史明显简单的“大洋型”地幔的转换。因此,华北东部岩石圈减薄包括地幔伸展、熔-岩作用、侵蚀置换等复杂过程。这些过程可能包括:(1)早中生代时,扬子地块向北俯冲碰撞所引起华北岩石圈的熔/流体交代富集作用、地幔伸展和受扰动软流圈物质上涌并侵蚀被改造了的岩石圈;(2)晚中生代—古近纪,因太平洋俯冲的热扰动致使软流圈物质进一步的强烈侵蚀作用引起岩石圈的巨大减薄;(3)晚第三纪以来的软流圈热沉降作用所带来的小幅度岩石圈增厚过程。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的减薄过程。喷发时代为100Ma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曾有过地幔置换作用。     

辽宁宽甸黄椅山玄武岩中地幔岩捕虏体的REE 及 Sr、Nd 同位素地球化学

报道了黄椅山玄武岩中三类地幔岩捕虏体的 REE 丰度和 Sr、Nd 同位素组成。研究分析认为:尖晶石二辉橄榄岩是地幔岩经不同程度部分熔融的残留体;角闪石二辉橄榄岩系地幔交代作用的结果;石榴石二辉岩是在地幔条件下基性岩浆的分凝体。上述捕虏体均与寄主玄武岩无成因关系。地幔岩捕虏体的 Sm-Nd 计时获得741Ma 和78Ma 两条参考等时线,它们分别相当于晚元古代和晚中生代的地幔事件。     

Evolution of subcontinental lithospheric mantle beneath eastern China: Re–Os isotopic evidence from mantle xenoliths in Paleozoic kimberlites and Mesozoic basalts

The ages of subcontinental lithospheric mantle beneath the North China and South China cratons are less well-constrained than the overlying crust. We report Re–Os isotope systematics of mantle xenoliths entrained in Paleozoic kimberlites and Mesozoic basalts from eastern China. Peridotite xenoliths from the Fuxian and Mengyin Paleozoic diamondiferous kimberlites in the North China Craton give Archean Re depletion ages of 2.6–3.2 Ga and melt depletion ages of 2.9–3.4 Ga. No obvious differences in Re and Os abundances, Os isotopic ratios and model ages are observed between spinel-facies and garnet-facies peridotites from both kimberlite localities. The Re–Os isotopic data, together with the PGE concentrations, demonstrate that beneath the Archean continental crust of the eastern North China Craton, Archean lithospheric mantle of spinel- to diamond-facies existed without apparent compositional stratification during the Paleozoic. The Mesozoic and Cenozoic basalt-borne peridotite and pyroxenite xenoliths, on the other hand, show geochemical features indicating metasomatic enrichment, along with a large range of the Re–Os isotopic model ages from Proterozoic to Phanerozoic. These features indicate that lithospheric transformation or refertilization through melt-peridotite interaction could be the primary mechanism for compositional changes during the Phanerozoic, rather than delamination or thermal-mechanical erosion, despite the potential of these latter processes to play an important role for the loss of garnet-facies mantle. A fresh garnet lherzolite xenolith from the Yangtze Block has a Re depletion age of ∼1.04 Ga, much younger than overlying Archean crustal rocks but the same Re depletion ages as spinel lherzolite xenoliths from adjacent Mesozoic basalts, indicating Neoproterozoic resetting of the Re–Os system in the South China Craton.     

Mechanism and timing of lithospheric modification and replacement beneath the eastern North China Craton: Peridotitic xenoliths from the 100 Ma Fuxin basalts and a regional synthesis

Lithospheric thinning beneath the eastern North China Craton is widely recognized, but the mechanism and timing of the thinning are contentious. New data on peridotitic xenoliths from the Cretaceous (∼100 Ma) Fuxin basalts at the northern edge of the craton have been integrated with data from other localities across the craton, to provide an overview of the processes involved. The Fuxin peridotite xenoliths can be subdivided into three types, which can also be recognized in other xenolith suites across the craton. The dominant Type 1, lherzolites with olivine Mg^# ∼90, represents fertile mantle (5-12% partial-melt extraction) that makes up much of the Late Mesozoic-Cenozoic lithosphere beneath the craton. Type 2 consists of magnesian (olivine Mg^# >92) harzburgites, interpreted as shallow relics of the Archean cratonic mantle. Type 3, minor lherzolite xenoliths with olivine Mg^# ∼86 reflect the interaction of the lithosphere with magmas similar to the host basalts. In-situ Re-Os data on sulfides in xenoliths from Hebi (4 Ma, interior of the craton) and Hannuoba (22 Ma, northern edge of the Trans-North China Orogen within the craton) basalts give model ages of 3.1-3.0, 2.5, 2.2-2.1, 1.4 and 0.8 Ga, These correspond to the U-Pb ages of zircons from early Mesozoic (178 Ma) peridotitic xenoliths at the southern margin of the craton, and record events during which the Archean lithospheric mantle was modified. The dominance of fertile peridotite xenoliths in the 100 Ma Fuxin basalts indicates that the mantle replacement beneath the eastern North China Craton at least partly took place before that time. The regional synthesis suggests that Mesozoic-Cenozoic lithospheric thinning and mantle replacement was heterogeneously distributed across the North China Craton in space and time. Lateral spreading of the lithosphere, accompanied by asthenospheric upwelling and melt-peridotite interaction, is the most probable mechanism for the lithospheric thinning beneath the eastern part of the craton. Subsequent cooling of the upwelled asthenosphere caused some re-thickening of the lithosphere; this overall more fertile and hence denser lithosphere resulted in widespread basin formation.     

辉南新生代玄武岩中捕虏体橄榄岩矿物化学与华北岩石圈地幔演化

内容提要：在对吉林辉南新生代玄武岩中捕虏体橄榄岩详细的岩相学和矿物主量元素研究基础上,重点分析了单斜辉石激光原位微量元素,并讨论了辉南陆下岩石圈地幔的性质及其在华北克拉通破坏过程中的意义。橄榄石、单斜辉石和尖晶石的Mg#和Cr#均表明该区陆下岩石圈地幔主体是饱满的,同时也存在少量过渡和难熔型地幔。单斜辉石REE配分形式包括LREE亏损、倒U字型REE和LREE富集等不同类型。这些橄榄岩是地幔经历不同程度的部分熔融作用(低于10%)和复杂地幔交代作用的产物。交代介质主体是硅酸盐熔体,但个别样品有碳酸岩熔体交代的残留。橄榄石Mg#和平衡温度无相关性,说明辉南陆下岩石圈地幔不存在明显的分层而是交叉的。这些地幔特征和华北东部其他地区新生代的主体地幔性质相似,是熔-岩反应、侵蚀作用和上涌软流圈物质冷却转变置换的综合结果。     

太行山重力梯度带的形成与华北岩石圈减薄的时空差异性有关

通过对比华北太行山重力梯度带两侧新生代玄武岩及其中幔源包体的成分, 发现: (1)华北东、西部新生代玄武岩具有相反的演化趋势, 说明新生代以来西部岩石圈逐渐减薄, 而东部岩石圈逐渐加厚; (2)西部岩石圈地幔组成相对复杂, 年龄多为晚太古代-元古代; 而东部岩石圈地幔组成相对单一, 年龄多为现代值, 少数为元古代; (3)西部壳幔过渡带较厚而东部较薄, 反映两地不同的岩浆底侵作用程度.华北岩石圈组成的空间不均一性可能与岩石圈减薄过程的时空差异有关. 岩相古地理分析说明太行山重力梯度带的雏形形成于早白垩世, 与华北中生代岩浆活动的高峰相吻合.由于岩浆作用与岩石圈减薄作用密切相关, 因此认为华北岩石圈减薄的时空不均一性是形成太行山重力梯度带的重要机制.      

河北阳原新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体矿物化学:华北岩石圈地幔演化

橄榄岩及其中矿物的组成, 特别是单斜辉石的微量元素, 可以很好的揭示岩石圈地幔性质.在对河北阳原新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体详细岩相学和矿物化学研究基础上, 重点分析了单斜辉石的激光原位微量元素, 讨论了新生代华北内部山带岩石圈地幔特征及其演化机制.阳原地区陆下岩石圈, 除个别样品的部分熔融程度为15%~20%外, 多数样品<5%, 显示该区的地幔演化是不均一的, 并表现为饱满与难熔-过渡型地幔的交叉并存.这种共存现象可以用软流圈物质对古老地幔进行不均匀侵蚀、改造和置换作用来解释.      

湖南宁远早侏罗世玄武岩中橄榄岩包体的含水性和元素地球化学特征

运用电子探针(EMP)和激光熔蚀等离子体质谱(LA-ICPMS)对湖南宁远早侏罗世玄武岩中的橄榄岩包体矿物进行了主要元素和微量元素的系统分析,结果表明这些橄榄岩是经历了小程度部分熔融的原始地幔残留,并经历了后期交代作用的影响,硅酸盐熔体可能是重要的交代介质。运用显微傅立叶变换红外光谱技术(Micro-FTIR)对宁远橄榄岩中的单斜辉石和斜方辉石进行了详细的观察,结果显示两种辉石均含有以OH缺陷形式存在的结构水,其含量(H2O的质量分数,下同)分别为147×10-6～461×10-6和40×10-6～126×10-6。根据矿物百分含量计算的全岩水含量为34×10-6～108×10-6,除1个样品外,其余样品的水含量均50×10-6。结合文献中的资料看来,由橄榄岩包体所代表的宁远中生代岩石圈地幔的含水量要明显高于华北克拉通新生代岩石圈地幔的含水量(多30×10-6)。宁远中生代岩石圈地幔和华北新生代岩石圈地幔之间的差异反映的可能是中国东部岩石圈地幔含水性的时代演化,即伴随着岩石圈减薄的进行,上涌软流圈的热烘烤使得岩石圈地幔的水含量不断降低。     

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。