一个残留的地幔楔: 来自华北早第三纪火山岩的证据

对华北早第三纪火山岩（由K－Ar年龄确定）进行了系统的主元素、微量元素和Sr,Nd,Pb同位素分析。这些资料显示,早第三纪火山岩主要是钙碱质,其次是碱质的,并且与晚第三纪和第四纪火山岩在地球化学上明显差异。特别是,华北南部的早第三纪火山岩来源于富集的岩石圈地幔（EMⅡ）,这一富集地幔可能是印支期扬子大陆向华北大陆俯冲形成的地幔楔的残留。     

太行山中南段早白垩世岩石圈地幔的水含量:对华北克拉通破坏的动力因素的制约

已有的研究表明,华北克拉通东部的岩石圈地幔在克拉通破坏峰期(早白垩世)时是高度富水的,水化造成的岩石圈强度的显著降低为克拉通破坏提供了前提.古生代以来华北克拉通经历的大洋板块南向、北向和西向的俯冲都可能造成其水化.为了查明造成水化的主导过程,本文对太行山中南段符山早白垩世高镁闪长岩中的橄榄岩包体进行了水含量的测定.数据显示,太行山早白垩世岩石圈地幔的含水量(~40 ppm)远低于华北东部同期的岩石圈地幔(1000ppm).这些结果直观地表明,华北东部早白垩世岩石圈地幔的高水含量主要是由西向俯冲的太平洋板块造成的.从这个角度来说,华北克拉通破坏的主要动力因素可能是太平洋板块俯冲.     

山东昌乐-临朐玄武岩中单斜辉石巨晶及地幔捕掳体的He-Ar同位素地球化学

对华北东部昌乐-临朐新生代玄武岩中的单斜辉石巨晶及其所携带的橄榄岩-辉石岩捕掳体进行了系统的岩石地球化学和稀有气体同位素研究, 旨在为华北东部岩石圈地幔的演化提供制约. 稀有气体同位素研究结果显示, 与寄主玄武岩有成因联系的单斜辉石巨晶、二辉石岩和纯橄岩都具有比MORB略低的He同位素比值（分别为7.0~7.7, 7.4和7.0~7.7 Ra）和接近大气特征的Ar同位素比值; 来自岩石圈地幔碎片的二辉橄榄岩和异剥橄榄岩的橄榄石也具有同样特征的He （7.0~7.6 Ra）和Ar同位素比值, 并且与其部分熔融程度无关, 指示这个地区的岩石圈地幔受到过来自地壳衍生熔体的交代. 二辉橄榄岩和异剥橄榄岩中单斜辉石和斜方辉石具有较低的He含量、³He/⁴He比值（2.3~7.1 Ra）, 结合样品岩石学及前人地球化学研究成果, 推测交代华北克拉通之下新生代岩石圈地幔的熔体可能来自于太平洋板块的俯冲.     

大陆俯冲带壳幔相互作用的碰撞后镁铁质岩浆岩记录

对大别-苏鲁造山带和华北陆块东南缘中生代碰撞后镁铁质岩浆岩进行详细的同位素年代学和地球化学研究,结果显示出弧型微量元素分布特征、富集的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成和异常的锆石18O值.尤其特别的是,大别造山带部分镁铁质岩浆岩具有低的锆石18O值并含有新元古代和三叠纪U-Pb年龄的残留锆石,这是区分俯冲华南陆块与上覆华北陆块的鉴定性特征.这些特征指示它们来源于造山带岩石圈地幔的部分熔融.在三叠纪大陆碰撞过程中,来源于俯冲华南陆壳的长英质熔体与上覆华北岩石圈地幔橄榄岩反应,形成了富集的造山带岩石圈地幔.根据某些特定的微量元素比值如Ba/Th,Sr/Rb和(La/Yb)N等,可以厘定出卷入大陆俯冲隧道壳幔相互作用的陆壳物质既有俯冲陆壳基底,也有上覆沉积盖层.因此,碰撞造山带以及上覆陆块边缘的碰撞后镁铁质岩浆岩为大陆俯冲带壳幔相互作用提供了岩石学和地球化学记录.     

大陆深俯冲作用对邻区岩石圈地幔影响的时空范围:以华北陆块东南部为例

大陆深俯冲作用对邻区岩石圈地幔影响的时空范围是大陆动力学研究的核心问题之一,来源于大陆岩石圈地幔的火成岩为探索这一科学问题提供了重要资料.我们对华北陆块东南部朝鲜-辽东半岛以及辽南-吉南地区晚三叠世花岗质-镁铁质火成岩进行了详细的岩石学、同位素年代学和地球化学研究,结果表明它们是由华南与华北陆块俯冲碰撞后伸展过程中多元岩浆混合形成;相对亏损和富集地幔组分的识别标志着晚三叠世期间华北陆块东南部表现为亏损与富集岩石圈地幔共存的属性.鲁西-辽南-吉南地区早白垩世镁铁质火成岩Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成表现出与郯庐断裂距离有关的空间变化,结合吉南地区三叠纪变质锆石和新元古代岩浆锆石的发现,推测起源于深俯冲华南陆块部分熔融的熔体改造了靠近郯庐断裂带的鲁西一侧(如方城、费县、上峪)和辽南地区的岩石圈地幔,而起源于华北陆块加厚地壳部分熔融的熔体则主要改造远离郯庐断裂带的鲁西西北部(如济南、金岭)和吉南地区的岩石圈地幔.因此,华南大陆深俯冲作用对邻区华北岩石圈地幔影响的时间为晚三叠世-早白垩世,影响的空间范围约为200 km.     

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.     

华北克拉通上地幔顶部构造特征: 来自台站间Pn 波到时差成像的约束

上地幔顶部是地壳和岩石圈地幔能量传递和物质交换的关键区域, 华北克拉通破坏与岩石圈减薄在空间分布和破坏机制上的差异势必会造成克拉通不同区域在岩石圈地幔顶部地震波速度的不同. 使用华北及周边地区固定地震台站记录的Pn 波到时数据, 采用台站间Pn 波到时差成像方法, 反演得到了华北克拉通及周边地区上地幔顶部Pn 波速度结构. 结果显示: 华北克拉通东部、中部和西部块体上地幔顶部表现出明显不同的速度异常结构, 暗示着克拉通不同块体岩石圈在古生代以来可能经历了不同的构造演化和深部动力学过程, 并在现今上地幔顶部留下作用的痕迹. 华北克拉通东部块体渤海湾盆地地区上地幔顶部的明显高速异常可能代表了太古代岩石圈地幔的残留; 郯庐断裂带和渤海海域上地幔顶部的低速异常可能归因于岩石圈的强烈减薄和软流圈热物质的上涌; 而燕山地区下地壳和岩石圈地幔拆沉后形成的新生岩石圈地幔可能是这里上地幔顶部低速异常的原因. 华北克拉通中部块体的太行山一带上地幔顶部显示为显著的低速异常, 这一低速异常特征一直延伸到鄂尔多斯地块北缘的银川-河套裂陷和阴山造山带, 可能与软流圈热物质沿克拉通西部块体周缘岩石圈构造薄弱带上涌有关, 上涌形成的岩浆底侵或热侵蚀作用造成了岩石圈的减薄, 并显著降低了上地幔顶部的速度. 华北克拉通西部块体上地幔顶部为明显的高速异常, 反映出尚未破坏的太古代克拉通古老岩石圈的性质.     

中国东部新生代玄武岩中锆石巨晶的Hf同位素组成

中国东部广泛分布着新生代玄武岩, 其中部分地区含有锆石巨晶, 它们可视为岩石圈地幔的组成矿物, 与由地壳物质加入而导致的地幔交代作用有关. 运用配有激光器的多接收等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS), 对山东昌乐、福建明溪和海南蓬莱地区的锆石巨晶进行了Hf同位素测定. 除海南地区的个别情况外, 每一地点不同锆石样品的Hf同位素差别并不明显. 其中山东昌乐地区的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值为0.28302~0.28308, 福建明溪为0.28297~0.28300, 海南蓬莱为0.28288~0.28293, 所对应的e Hf值分别为8.7~10.8, 7.0~7.9和3.9~5.7, 显示不同地区间存在一定的差别, 其Hf同位素模式年龄均集中在显生宙范围内. 根据上述Hf同位素特征, 提出中国东部岩石圈地幔的交代作用发生在显生宙, 并极有可能发生在中新生代, 但对岩石圈地幔本身的形成时代, 目前还不能得出确切的结论.     

新疆喀拉通克和黄山东含铜镍矿镁铁-超镁铁杂岩体的SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地质意义

用SHRIMP锆石U-Pb定年方法确定喀拉通克1号岩体和黄山东岩体分别形成于287 ± 5 Ma (MSWD = 0.34)和274 ± 3 Ma (MSWD = 1.35), 精度明显优于全岩和矿石Rb-Sr, Sm-Nd和Re-Os等时线年龄, 对岩体形成时代提供了更严格的制约, 也限定了赋存在镁铁质-超镁铁质杂岩体之中岩浆型铜镍硫化物矿床的成矿时代, 同时表明非常有必要重新评价以前获得的某些同位素年代学资料. 含铜镍矿镁铁质-超镁铁质杂岩与邻近的后碰撞A型花岗岩的形成时代相近, 在中亚造山带显生宙地壳生长过程中可能具有普遍意义, 与后碰撞伸展背景下岩石圈地幔拆沉和软流圈地幔上涌、熔融作用可能密切相 关, 可作为幔源岩浆侵入地壳导致地壳垂向生长的最直接的标志.     

大别山北部饶拔寨超镁铁岩体的形成时代: Re-Os同位素法定年

沿饶拔寨岩体北西-南东向的中轴线,从5个钻孔中采集了15个岩芯样品.分析了常量和微量元素成分,样品的Al2O3与MgO和Yb之间有很好的相关性,反映了该岩体经过了部分熔融作用,形成了从饱满到亏损玄武质成分的特征.选择了9个样品分析:Re-Os同位素,Re含量为0.004—0.376 ng/g-1,Os含量为0.695～3.761ng/g-1,187Re/188Os为0.022-2.564,187Os/188Os为0.1165-0.1306,具有亏损地幔的特征.187Os/188Os-Yb和187Os/188Os-Al2O3都有很好的正相关性,由Os同位素代用等时线法获得饶拔寨超镁铁岩体的形成年龄为1.8±0.1 Ga,为古老的大陆岩石圈地幔的残片.在扬子板块向华北板块俯冲过程中,大陆岩石圈地幔楔以固态形式侵入俯冲带,在印支期伴随经超高压变质的俯冲地壳板片折返到地壳,成为造山带橄榄岩.     

中生代火山岩源区特征的多元同位素制约——以华北北缘为例

应用多元同位素体系对以辽西地区为代表的华北北缘两侧中生代火山 开展了初步的同位素填图研究,揭示了以华北地块北缘为界南,北两侧地体具鲜明对比的源区特征,并给出了南区内部东西向规则变化的因素。为探讨华北地区中生代火山岩及岩石圈地幔深部过程提供了重要的制约条件。     

大洋岩石圈地幔中的古老克拉通碎片

<正>根据板块构造理论,地球的外壳是由一系列大小不一的刚性板块构成.这些刚性板块又称为岩石圈,包括上部的地壳和下部的岩石圈地幔.对于具体的板块而言,其岩石圈地幔的年龄是否与上覆地壳的年龄严格耦合,是固体地球科学领域的一个非常关键的基础问题.这事关对于同一地区的地壳是否与其下方的地幔同时形成、能否用地幔橄榄岩的模式年龄来判断岩石圈地幔属性等一系列问题的回答,     

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.     

Re-Os同位素体系和大陆岩石圈地幔定年

陆下岩石圈地幔（ＳＣＬＭ）定年一直是地幔研究中的一个倍受关注的问题,因为利用常用的亲石元素同位素体系,如Ｒｂ－Ｓｒ,Ｓｍ－Ｎｄ,Ｕ－Ｔｈ－Ｐｂ等很难获得岩石圈的形成年龄。Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系作为亲铁元素,是ＳＣＬＭ定年的理想方法。这里综述了利用Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系进行ＳＣＬＭ定年研究的最新进展。     

河北阳原幔源包体的Sr-Nd同位素特征指示华北克拉通中部存在EMI型古老富集地幔

位于太行山重力梯度带西侧的河北阳原第三纪碱性玄武岩中产有大量幔源包体, 包括二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和辉石岩. 在橄榄石含量-橄榄石成分图解上, 阳原橄榄岩偏离大洋趋势线, 多数落在太古宙和元古宙地幔范围; 部分富集LREE的样品具有EMI型的Sr-Nd同位素特征(ε_Nd = -6.9 ~ -10.6, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = 0.7044~0.7047), 而另一些富集LREE的样品的ε_Nd值(+5.7)与亏损LREE的样品相类似. 这说明阳原上地幔经历了多期地幔交代作用. 由于EM1型同位素组成常见于典型古老克拉通下岩石圈地幔, 因此阳原包体为华北西部存在古老岩石圈地幔提供了新的证据.     

克拉通岩石圈的生长和再造

华北克拉通岩石圈减薄研究已经成为近一个时期中国乃至世界固体地球科学研究的热点. 本文在讨论大陆地壳形成和演化的基础上, 概括了岩石圈地幔形成机制, 提出克拉通岩石圈减薄主要以两种方式发生在大陆岩石圈地幔下部, 一种是俯冲侵蚀(例如华北), 另一种是俯冲侵蚀与底垫消融相结合(例如扬子).     

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.     

鲁东晚白垩世玄武岩中的幔源捕虏体: 对中国东部岩石圈减薄时间制约的新证据

⁴⁰Ar-³⁹Ar定年结果表明, 胶莱盆地大西庄碱性玄武岩的形成年龄为73.5±0.3 Ma. 玄武岩的ε _Nd (t)值为+7.5~+7.6, 表明原始岩浆来源于亏损的软流圈地幔, 形成深度在65~95 km之间. 该玄武岩中含有尖晶石二辉橄榄岩捕虏体, 橄榄石的Fo值为88~89, 平衡温压估算为T = 1010~1140℃, P = 2.0 GPa, 稳定深度在65 km左右. 山东晚中生代(110~125 Ma)幔源岩石的地球化学特征反映了华北地块南缘富集性质的岩石圈地幔的普遍存在, 而大西庄玄武岩的地球化学性质和幔源捕虏体的平衡温压显示, 该地区73 Ma时期的岩石圈厚度和中国东部新生代的一致, 捕虏体矿物的化学成分显示岩石圈地幔具有新生的性质, 说明中国中东部岩石圈的减薄发生在约120 ~ 73 Ma之间.     

透辉石的激光探针ICP质谱分析及其深部地质意义

第三纪汉诺坝玄武岩中含有大量的橄榄岩类捕虏体,通过激光探针ICP质谱对其组成矿物透辉石的分析,揭示了华北克拉通北缘岩石圈地幔的总体亏损特征和不均一性,指出岩石的部分熔融程度对透辉石的稀土元素组成特征的影响,提出复合捕虏体形成于上地幔内部的应力作用,而非后期地幔流体的交代作用。     

西昆仑中带两个花岗岩体的年龄和可能的源区

对西昆仑中带２个重要岩体进行了年代学和同位素示踪方面的研究,单颗粒锆石Ｕ－Ｐｂ测年结果表明,库地北岩体（４０４Ｍａ）形成于加里东末期的一次岩浆活动;而阿卡阿孜山岩体中二长花岗岩２１５Ｍａ的年龄测表明原被整个划入海西期的岩体实际上至少包括一部分印支期的岩浆活动。Ｓｍ／Ｎｄ同位素数据表明这２个花岗岩的源区并不均一,有地壳物质和加入且不排除壳幔混合成因的可能性。