华北中生代玄武岩的地球化学特征与岩石成因:以辽宁阜新为例

辽宁阜新白垩纪玄武岩的出现为了解中生代时期华北北缘地幔过程提供了可能. 阜新碱锅玄武岩为火山通道相, 柱状节理发育, 并含少量的尖晶石二辉橄榄岩和辉石岩捕虏体. 其化学组成贫硅、富碱、高钛和铝, 属碱性玄武岩. 在微量元素组成上, 碱锅玄武岩中等程度地富集轻稀土元素和大离子亲石元素, 但不亏损高场强元素. 其Sr同位素比值低, Nd和Pb同位素比值高. 这表明碱锅玄武岩起源于亏损的软流圈地幔, 代表未分异无混染的原始岩浆. 该玄武岩的出现暗示华北北缘此时的岩石圈厚度小于65 km, 岩石圈地幔主要由“富集”的含韭闪石尖晶石二辉橄榄岩和斜长石辉石岩组成. 早侏罗~晚白垩大量且持续的中基-中酸性岩浆活动表明华北北缘岩石圈减薄作用的开始和结束时间较华北南缘的早, 因为鲁西南地区大量的中基性火山活动仅出现于白垩纪, 而且具软流圈同位素特征的玄武岩出现在第三纪, 显示华北岩石圈演化的时空不均一性.     

南秦岭新元古代基性侵入岩的岩石成因及其构造背景:锆石U-Pb年代学和Hf-O同位素地球化学制约

秦岭造山带是一条由多期次不同构造运动叠加改造形成的复合造山带,其中,南秦岭是其重要的组成部分。文中冷水沟辉长岩及碾盘沟辉长闪长岩具有一致的U-Pb谐和年龄(~621 Ma),该年龄代表岩浆冷却结晶年龄。冷水沟辉长岩具有亏损地幔模式年龄(1.1~1.35 Ga),表明其原岩形成于中元古代。其较为亏损的Hf-O同位素特征(ε_(Hf)(t)=-3.3~+5.3;δ~(18)Ο=3.48~5.09),表明其来源于亏损地幔的部分熔融。碾盘沟辉长闪长岩具有更为亏损的Hf-O同位素特征(ε_(Hf)(t)=5.8~11.1;δ~(18)Ο=-3.72~-2.58),其负的δ~(18)Ο值是岩浆与低δ~(18)Ο流体发生高温水岩作用的结果。研究结果表明这些基性岩石形成于弧后伸展环境。对比新元古代早期(>735 Ma)南秦岭及扬子北缘广泛发育的岛弧岩浆作用,南秦岭与扬子北缘在新元古代晚期发生了由岛弧环境向弧后伸展环境的转变。其中本文辉长质岩石为南秦岭新元古代最晚一期岩浆活动的产物,代表了南秦岭与扬子北缘新元古代俯冲-碰撞作用的结束,标志着南秦岭基底的最终形成。     

华北北缘早中生代岩浆底侵作用的年代学记录: 来自辽西晚中生代安山岩锆石U-Pb定年结果

通过对辽西晚中生代义县组顶部玻基方辉安山岩中锆石的阴极发光光谱和LA-ICP-MS定年,发现这些火山岩中锆石常具有环带结构．其中心为残留锆石,边缘部分为从寄主岩浆中结晶的锆石．边缘部分锆石的U-Pb年龄为116 Ma,与寄主火山岩的Ar-Ar年龄完全一致;而中心部分锆石的U-Pb年龄为254 Ma,与该区早中生代底侵麻粒岩中锆石的U-Pb年龄251 Ma一致．玻基方辉安山岩中单斜辉石捕虏晶与底侵麻粒岩中单斜辉石的组成类似．说明早中生代新增生下地壳的麻粒岩在晚中生代软流圈底辟上涌背景下遭到了改造和破坏,并且参与了晚中生代的玻基方辉安山岩的形成．     

石榴石的成分环带与地幔交代及变形作用

南非金伯利地区白垩纪金伯利岩携带的复合橄榄岩捕掳体中含有部分具环带结构的石榴石。通过对这些环带状石榴石的电子探针、离子探针和激光氟化法释氧分析，揭示从中心到边缘石榴石存在系统的主、微量元素和氧同位素组成的变化，通常边部比中心富集Ｃａ，Ｔｉ，Ｃｒ，ＬＲＥＥ，Ｓｒ和Ｎｂ，而亏损Ｍｇ，Ａｌ和＾１８Ｏ，反映这些石榴石曾受到过熔／流体的改造，即为流体参与下地幔变形作用非平衡的产物。     

华北中生代玄武岩中地幔橄榄石捕虏晶: 对岩石圈地幔置换过程的启示

山东方城玄武岩(125 Ma)中发现罕见的具有明显环带结构的橄榄石. 橄榄石中心部分的组成(Mg# = 87.2~90.7)类似于华北新生代玄武岩携带的橄榄岩捕虏体中橄榄石的组成, 其边缘部分(Mg# = 76.8~ 83.9)接近于玄武岩中斑晶橄榄石的组成(75.7~79.0). 橄榄石的这种化学成分特征及其浑圆的晶体形态和较小的颗粒(300~800 μm)皆说明这些橄榄石是地幔矿物捕虏晶, 即地幔橄榄岩的解体矿物. 其中心部分能够代表地幔橄榄岩的组成. 橄榄石的环带结构是橄榄石捕虏晶与寄主玄武岩快速反应造成的. 这种橄榄石与玄武质岩浆的相互反应可能在华北中生代岩石圈地幔中普遍存在, 即为岩石圈地幔置换作用的重要方式. 从而使古生代主量元素亏损的高镁橄榄岩转变为中生代晚期的主量元素饱满同位素富集的低镁橄榄岩, 造成古老岩石圈地幔的消失.     

汉诺坝地区下地壳与壳-幔过渡带岩石波速实验研究

通过对汉诺坝新生代玄武岩中镁铁质麻粒岩相斜长辉石岩、榴辉岩相石榴辉石岩和辉石岩捕虏体,以及普通的太古代地体麻粒岩,进行高温高压下的波速测定和研究表明:高V p (7.0～8.0km/s)镁铁质捕虏体揭示现今下地壳和壳-幔过渡带组成特征,为幔源岩浆底侵导致地壳垂向增生和壳-幔过渡带形成提供了新证据;低V p (<7.0km/s)太古代地体麻粒岩,乃早期下地壳或上部下地壳的特点.     

西秦岭宕昌好梯新生代火山岩中橄榄石捕虏晶的特征及其地质意义

西秦岭宕昌好梯新生代火山岩中含有少许具有明显环带结构的橄榄石. 这些橄榄石颗粒较大，且常出现裂纹或破碎现象，其中心部分的组成（Mg#为90.4-91.0；［Mg#=100Mg/（Mg+Fe²⁺）］）与火山岩中橄榄岩捕虏体中橄榄石的组成相近，其边缘与火山岩中橄榄石斑晶的组成相近（Mg#为85.5-81.9）；而且，这些橄榄石的CaO含量小于0.1%. 这些特征表明这些具有环带结构的橄榄石是捕虏晶，为地幔橄榄岩的解体矿物. 橄榄石捕虏晶的环带结构是橄榄石与寄主岩浆相互作用的结果. 对比已有的研究资料发现寄主岩浆很可能来源于古老的俯冲蚀变洋壳交代富集的地幔源区. 这些新生代火山岩的形成可能与青藏高原的隆升密切相关.     

橄榄岩-熔体相互作用: 克拉通型岩石圈地幔能够被破坏之关键

对近年来华北克拉通不同时代地幔橄榄岩捕虏体和捕虏晶的研究结果进行了系统的归纳和总结, 旨在为华北克拉通破坏过程的进一步研究提供新的思路. Re-Os同位素研究结果证明华北岩石圈减薄前岩石圈地幔的确形成于太古代. 这种密度低、难熔程度高的古老岩石圈地幔能够被破坏和减薄的关键是由橄榄岩与多来源熔体的相互作用造成岩石圈地幔的组成和物理性质的改变引起的. 华北克拉通周边板块的俯冲-碰撞作用不仅提供了克拉通破坏的动力来源, 而且俯冲下去的大陆壳或大洋壳物质熔融还为岩石圈地幔组成的改变提供了源源不断的熔体. 120 Ma左右的区域性热异常的存在导致已经被改造的岩石圈地幔熔融, 此时或随后岩石圈的伸展作用以及软流圈上涌进一步加剧了地幔的熔融和岩石圈的减薄. 因此, 华北岩石圈的破坏和减薄是橄榄岩-熔体相互作用(加挥发分)、区域热异常的升高(增温)和岩石圈伸展(减压)联合作用的结果. 这一复杂的地质过程最终形成了华北中生代、新生代高度化学不均一的“混合”岩石圈地幔, 并导致了不同地区不同时代地幔橄榄岩捕虏体组成的巨大差异.     

山东临朐新生代玄武岩携带的单斜辉石晶体中玻璃质熔体包裹体

山东临朐新生代玄武岩携带有较多的单斜辉石晶体, 这些单斜辉石中发现存在大量玻璃质熔体包裹体. 玻璃质熔体包裹体形状极不规则, 大小多在10~50 μm之间, 并与低镁橄榄石、拉长石和富钙钾长石共生. 原位主、微量元素分析表明玻璃质熔体包裹体富碱(Na₂O+K₂O > 10%), 高硅(>54%)、钙、铁(>4%, 质量分数, 下同), 贫镁(Mg# < 20), 富集轻稀土元素((Ce/Yb)_cn = 11.6~16.4), 并具有明显的Eu正异常(Eu/Eu* > 2), 即为类似响岩质组成. 单斜辉石晶体和玻璃质熔体包裹体及其共生矿物的组成特征说明这些熔体包裹体是寄主玄武岩携带前捕获的外来熔体. 该熔体包裹体的发现为进一步探讨华北东南部中生代岩石圈地幔的演化过程提供了另一个新的途径.     

橄榄岩-熔体反应过程中微量元素和同位素组成的转变

地幔橄榄岩-熔体反应不仅能使主量元素亏损的高镁橄榄岩转变为主量元素饱满的低镁橄榄岩,而且能够引起橄榄岩的微量元素和同位素组成的明显变化.由于参与反应的熔体的来源和性质的差异,反应所产生的结果亦截然不同.模拟计算表明,来自再循环的地壳物质部分熔融所产生的熔体能够造成橄榄岩微量元素和同位素组成的明显富集,而来自软流圈的玄武质熔体则可造成橄榄岩微量元素和同位素组成的相对亏损.橄榄岩-熔体反应过程能够合理地解释目前所发现的岩石圈地幔样品的主、微量元素和同位素组成的巨大变化,所以,存在于岩石圈地幔中的橄榄岩-熔体的相互反应可能是岩石圈演化的重要方式之一.