山东临朐新生代地幔捕虏体中的流体/熔体包裹体：软流圈-岩石圈相互作用的信息

橄榄岩捕虏体中的流体(熔体)包裹体是研究地幔流体的最直接样品. 应用流体包裹体显微测温学和激光拉曼技术, 研究了山东临朐乔山地幔橄榄岩捕虏体中的各类流体(熔体)包裹体(早期富CO₂流体包裹体和碳酸盐熔体包裹体, 晚期富CO₂流体包裹体和硅酸盐熔体包裹体). 其中早期富CO₂流体包裹体多为高密度纯CO₂流体包裹体, 部分含有石墨, CO, N2, 菱镁矿等多种杂质. 两期流体包裹体的最小捕获压力分别为1.42 GPa和0.80 GPa. 由于碳酸盐熔体包裹体的寄主矿物主要是斜方辉石, 据此推测碳酸盐熔体的形成可能与CO₂流体和橄榄石、单斜辉石之间的反应有关. 富CO₂流体包裹体中杂质组分的多样性说明橄榄岩曾经经历与流体/熔体灌入有关的氧化还原反应. 乔山地幔捕虏体的流体(熔体)包裹体证据说明该区陆下岩石圈地幔曾经被软流圈来源的富CO₂流体/熔体所改造.     

我国东南沿海地区地幔流体性质及其意义

地幔流体在研究地幔物质成分、交代作用、部分熔融等深部地球化学过程的重要性,已越来越受到重视.由Roedder定义的地幔流体包括熔体和挥发分两者在内(主要是CO_2、硅酸盐熔体、硫化物熔体).Roedder首先发现地幔岩中原生和次生两类CO_2流体包裹体,彭礼贵报道了阿尔卑斯型橄榄岩中又一类全晶化岩浆包裹体,其成分相当于超镁铁质橄榄岩.     

地幔流体包裹体中多种固相充填物的发现及其意义

地幔岩中流体包裹体带来了地幔流体性质、成分的直接信息,它在地幔交代作用、部分熔融、岩浆演化,以及地幔化学非均一性等地幔演化过程中的重要作用已越来越受到重视,可以说现今研究固体地幔再也不能忽视地幔流体的存在了。近年国内在地幔流体研究方面已发表了一批初步研究成果,主要通过普通光学显微镜对大于几个微米的包裹体进行研究,侧重     

上地幔中的岩浆混合作用: 东太平洋海隆13°N附近玄武岩高Mg# 橄榄石内熔体包裹体证据

洋中脊玄武质岩浆中早期结晶产物: 高Mg#橄榄石常捕获有早期熔体, 从而形成熔体包裹体. 这些熔体包裹体记录了岩浆早期演化的重要信息. 本研究获得的东太平洋海隆(EPR) 13°N附近5个站位玄武岩具有很小的K/Ti (0.07~0.12), Tb/Lu (1.72~1.84), Sm/Nd (0.310~0.332)变化范围和相似的稀土元素配分型式, 说明亏损上地幔源区具有相似的矿物组成. 结合前人的Sr和Nd同位素分析结果表明这些玄武岩未经受明显的洋壳混染作用. 通过对校正橄榄石分异和“铁丢失”作用后获得的65个初始熔体包裹体组成分析, 表明这些熔体包裹体具有较寄主玄武岩高的MgO含量, 因此, 可能是寄主岩浆早期不同演化阶段的产物, 从而能够指示岩浆较早期阶段的演化过程. 寄主玄武岩尚处于橄榄石+斜长石共结结晶阶段, 但熔体包裹体具有较寄主玄武岩更高的CaO/Al₂O₃比值, 且该比值与MgO正相关和Na₂O负相关的事实表明寄主玄武岩经历了较高压下的单斜辉石结晶分异. 同时, 根据单斜辉石结晶和熔体包裹体液相线组成计算其平均结晶压力为(0.83±0.25) GPa, 说明这些熔体包裹体平均捕获于洋底以下~24 km左右的上地幔中. 熔体包裹体的Ca₈/Al₈, Na₈与Fe₈ 之间良好的负相关性, 及其明显高于寄主玄武岩的Ca₈/Al₈, Na₈, Fe₈和K/Ti变化范围, 显示这些熔体包裹体形成于不同熔融程度和深度的岩浆混合作用. 另外, 根据寄主玄武岩和熔体包裹体Ca₈/Al₈, Na₈, Fe₈和K/Ti的变化范围和平均值, 这些玄武质岩浆仍需要在洋壳中经历其他组成端元的岩浆混合作用. 由此可见, 洋中脊玄武岩斑晶内熔体包裹体组成的多样性并不都反映岩浆在洋壳内的混合和结晶作用, 形成于上地幔压力下的橄榄石中熔体包裹体不能直接与其他矿物斑晶中熔体包裹体共同用于指示洋壳内的岩浆过程. 本次高Mg#橄榄石中熔体包裹体研究证明东太平洋海隆下部地幔中的确存在不同来源深度和熔融程度的岩浆混合作用.     

中国东部新生代碱性玄武岩橄榄石斑晶中含CH_4熔体包裹体的发现及其地质意义

碱性玄武质岩浆起源于上地幔或者更深处,是了解地幔物质组成的重要窗户.熔体包裹体是主矿物在结晶过程中被捕获的,不易受到后期地质作用的影响,最早结晶的矿物橄榄石所捕获的熔体可以有效地记录原始岩浆的物理化学信息.在此次研究中,利用激光拉曼光谱(LA-Raman)对华北克拉通东部山东杨庄新生代碱性玄武岩橄榄石中,73个熔体包裹体内的气体组分进行了原位分析,并利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)对寄主橄榄石的主微量元素进行了测试.结果显示,熔体包裹体中含有高含量的CH4等烃类,而且含有石墨和碳酸盐等矿物,这为CH4在上地幔高温高压条件下能够稳定存在提供了直接证据,也表明中国东部地幔存在低氧逸度的区域.橄榄石斑晶具有高Ni,高Fe/Mn比值的特点,指示源区可能存在辉石岩组分.结合其他地球化学和地球物理资料,西太平洋板块对中国东部岩石圈地幔的俯冲效应可以很好地解释玄武岩源区存在辉石岩组分和CH4富集特征的现象.CH4是深部碳的重要存在形式之一,太平洋板块俯冲作用可能是中国东部深部碳循环重要的动力学机制.     

新疆托云地幔单斜辉石微量元素与西南天山岩石圈深部过程

根据新疆西部早白垩世玄武岩中橄榄岩捕虏体单斜辉石的激光探针(LAM-ICPMS)微量元素分析结果, 分析了托云盆地陆下岩石圈地幔的性质及其所经受的部分熔融作用和地幔交代作用等深部过程. 塔里木盆地北缘(西南天山)中生代时的陆下岩石圈具显生宙的 "大洋型" 地幔特征, 经历了低于10%的部分熔融作用和复杂的地幔交代作用影响. 交代介质类似于含水的硅酸盐质碳酸岩熔体, 可能是SiO2不饱和的硅酸盐熔体与碳酸岩熔体叠加结果. 该地幔与中国东部新生代时的主体地幔性质相似, 但岩石的矿物颗粒总体较细、岩石中透辉石的总体含量较高、地幔显交代作用较明显.     

女山和英峰岭地幔巨晶矿物中He和Ar同位素特征及其地质意义

应用真空击碎释气进样和静态同位素比值质谱测量技术, 测定安徽省女山和广东省英峰岭新生代碱性玄武岩中地幔矿物的巨晶捕虏体(单斜辉石、石榴子石和钛铁矿3种巨晶)中He和Ar同位素组成. 结果表明, 中国陆缘上地幔的³He/⁴He值为7.99~8.58Ra, 具有MORB型地幔特征. 而⁴⁰Ar/³⁶Ar值为313~909, 显示地幔氩与大气氩二元混合的特征. 海洋板块的俯冲作用把海洋沉积物带入陆缘地幔, 是造成二元Ar同位素混合的地球动力学因素. 发现在钛铁矿巨晶中含有丰富的地幔流体包体和惰性气体.     

科洛橄榄岩地幔捕虏体中富P,F地幔熔/流体的发现及其交代作用

黑龙江科洛地区响岩质碱玄岩中包含尖晶石二辉橄榄岩地幔捕虏体, 电子探针精细研究发现, 铬尖晶石周围发育有丰富的磷酸盐及交代形成的矿物, 这些磷酸盐为一种特殊富P, F地幔熔/流体的结晶(?)残余物. 激光拉曼光谱分析确定上述磷酸盐绝大部分为玻璃相. 这种地幔熔/流体可以进一步交代原始矿物而形成新的尖晶石、橄榄石和透辉石等. 因此, 科洛地区上地幔的交代作用与富P, F熔/流体有关. 中国东部其他地区的岩石圈地幔可能也存在相似的地幔交代作用, 这项研究对进一步揭示中国东部岩石圈地幔交代熔/流体的类型和复杂性具有重要意义.     

华北克拉通破坏机制与古元古代板块构造体系

在对华北克拉通岩石圈地幔性质发生变化的物理、化学过程和时空范围深入研究的基础上, 探寻其动力学作用, 需要对华北克拉通岩石圈及其周围的地幔状态和构造有整体的认识. 从地震学研究构建的华北克拉通地壳、上地幔速度结构出发, 分析研究了岩石圈厚度、壳-幔边界性质、上地幔结构和变形的构造特征和变化规律; 结合岩石地球化学研究结果, 提出了华北克拉通上地幔流动模型. 我们认为: 主要是太平洋板块俯冲使东亚大陆下方地幔流动呈现快速和不稳定的特点. 这一独特的区域地幔流动体系促进了华北克拉通上地幔中熔流体含量的增加和岩石圈软化, 导致了华北克拉通不同地区分别以拆沉和热侵蚀为主的不同方式被破坏. 同时, 根据华北克拉通地壳记录的东-西块体碰撞拼合、古洋壳消减以及古陆壳残留的证据, 揭示了地球在古元古代已经进入与现今相似的板块构造体系.     

新疆托云地幔单斜辉石微量元素与西南天山岩石圈深部过程

根据新疆西部早白垩世纪玄武岩中橄榄岩捕虏体单斜辉石的激光探针（LAM-ICPMS）微量元素分析了托云盆地陆下岩石圈地幔的性质及其所经受的部分熔融作用和地幔交代作用等深部过程。塔里木盆地北缘（西南天山）中生代时的陆下岩石圈具显生宙的“大洋型”地幔特征,经历了低于10%的部分熔融作用和复杂的地幔交代作用影响。交代介质类似于含水硅酸盐质碳酸岩熔体,可能是SiO2不饱和的硅酸盐溶体与碳酸岩体叠加结果。该地幔与中国东部新生代时的主全地幔性质相似,但岩石的太物颗粒总体较细、岩石中透辉石的总体含量较高、地幔显交代作用较明显。     

幔源包体中富K,Na玻璃体:上地幔流体的证据

作者在吉林省伊通火山群的幔源包体中,发现一种富含K,Na的玻璃体.研究表明,它来自上地幔的流体.1 玻璃体的产状及特征吉林省伊通火山群中的幔源包体主要为尖晶石相的二辉橄榄岩、异剥橄榄岩和辉石岩等.包体的结构显示了由残碎斑状、粒状变晶向糜棱结构的演变.玻璃体主要出现在具糜棱结构的异剥橄榄岩和二辉橄榄岩中.显微镜下观测表明,玻璃体有无色透明和淡黄褐色两     

不同时空背景幔源物质对比与华北深部岩石圈破坏和增生置换过程

华北克拉通地幔破坏作用, 使之成为世界研究大陆形成演化的最理想地区之一. 但有关破坏机制、时限、范围及其动力学背景, 甚至破坏前岩石圈状况等相关联问题都存争议. 华北东部不同时代(如古生代、中生代和新生代)、位置(如地块内部与边缘、郯庐断裂带和重力梯度带)火山岩所携带捕虏体橄榄岩, 及其南侧苏鲁-大别造山带地质体橄榄岩等直接的岩石圈地幔物质对比表明: 华北古老岩石圈是不均一的、存在幔内薄弱带, 中生代、新生代岩石圈减薄作用包括地幔伸展、熔体-岩石作用、不均匀侵蚀减薄与小幅增生增厚, 从而实现难熔克拉通地幔被新生饱满岩石圈地幔置换作用等复杂过程. 早中生代时, 扬子大陆深俯冲碰撞引起华北岩石圈的完整性受影响甚至破坏、边缘受俯冲陆壳释放熔/流体交代改造、岩石圈地幔伸展和构造侵位以及受山根断离扰动软流圈物质上涌侵蚀等; 早白垩世-早第三纪时, 太平洋板块俯冲进一步扰动软流圈并强烈上涌侵蚀上覆岩石圈引起它的巨大减薄作用; 晚第三纪以来上涌软流圈的热沉降作用带来小幅度岩石圈增生增厚过程, 最终实现了已存岩石圈被新生地幔置换和岩石圈整体的减薄作用, 并由此构成了陆内造山和克拉通盆地形成耦合过程的深部驱动力. 郯庐等岩石圈深大断裂带是软流体物质上涌的良好通道, 同时由于在岩石圈内部起通道作用的幔内薄弱带是不规则的, 它们引导着软流圈物质侵蚀岩石圈和岩浆喷出地表的时间存在早、晚不一致现象. 喷发时代为100 Ma的玄武岩所捕获的橄榄岩主体是饱满的, 说明华北东部的一些地区在此之前(如125~100 Ma)曾有过地幔置换作用发生.     

金刚石中流体包裹体的研究

金刚石中包裹体的研究涉及金刚石成因和地幔岩石圈性质及演化等重大问题.前人把在金刚石中找到的矿物包裹体分为橄榄岩型(P型)和榴辉岩型(E型),近年来在金刚石中又相继发现MARID、巨晶组、复杂岩石包裹体组合、石盐和高钾高氯包裹体.Navon等和Martin在博茨瓦纳和扎伊尔的立方体金刚石中及包壳金刚石的包壳中发现了显微流体包裹体,并分析了其流体组分,该流体代表了这种金刚石生长环境中的流体介质性质.流体包裹体的发现,更把金刚石包裹体和地幔流体相物质研究联系起来,引起广大国内外学者的关     

中国东部地幔包体的氦同位素组成及其地幔地球化学演化意义

近来对不同幔源包体,特别是大陆幔源包体的氦同位素组成研究表明,地幔氦同位素组成的变化反映了地幔的演化历史,为我们进一步认识海洋地幔和大陆地幔的地球化学演化提供了独特而又极其重要的线索。本工作首次对中国辽宁宽甸、吉林辉南和河北汉诺坝玄武岩中地幔包体的氦同位素组成进行了研究,结合其他地球化学研究结果,为我们解释中国东部大陆地幔的地球化学演化提供了重要的理论依据。     

北祁连山玉石沟地幔橄榄岩中富CH4流体包裹体及其意义

研究了北祁连山玉石沟蛇绿岩底部地幔橄榄岩橄榄石中早期流体包裹体。激光拉曼探针分析表明它们主要以ＣＨ４为主,次要组分为Ｈ２,Ｎ２,Ｈ２Ｓ,ＣＯ２,Ｃ２Ｈ４,Ｃ２Ｈ６和Ｃ３Ｈ６,不含Ｈ２Ｏ,ＣＯ和ＳＯ２。这些甲烷高度富集的流体可能来源于深部地幔,该发现对全面认识地幔流体,特别是古大洋地幔的流体性质具有重要意义。     

金伯利岩与金刚石

本文简要介绍了自然界分布极少,来源最深的一种火成岩 — 金伯利岩、其中的地幔捕虏体以及金刚石的特征,他们三者有着密切成因联系。金伯利岩岩浆来自深达200 km的地幔,地幔内部在高温、高压及低氧逸度的环境下可以结晶出金刚石,当岩浆快速上升时携带了地幔捕虏体及其解体矿物,金刚石也是被携带的矿物之一。除了碳的微粒通过固体扩散形成金刚石外,流体及熔体对金刚石生长过程所起的作用也不可忽视。     

大别-苏鲁造山带橄榄岩的变质和交代过程

详细的岩石学研究表明,大别-苏鲁造山带橄榄岩和辉石岩记录了俯冲带之上地幔楔的交代和变质信息.在苏鲁芝麻坊石榴二辉橄榄岩中识别了七期变质矿物组合,反映了大陆俯冲-碰撞-折返过程中多期的变质和交代作用.大别毛屋石榴斜方辉石岩同样保存了大量的交代结构,高Ni和富集轻稀土(LREE)的斜方辉石核部包裹了早期原岩橄榄石,表明它是俯冲地壳熔/流体与原岩橄榄石在超高压条件下反应的产物.毛屋石榴斜方辉石岩记录了六期变质作用,对应了岩石从浅部地幔楔沿俯冲隧道进入深部地幔楔,最后随陆壳岩石折返回浅部地壳的全部过程.其中石榴石变斑晶核部包裹了大量的以含水矿物为主的角闪岩相多相包裹体,具有高XMg和Ni含量,并富集大离子亲石元素(LILE)和LREE,表明它们是早期岩石在浅部地幔楔与地壳流体交代的产物.角闪岩进入深部地幔楔经历高压和超高压变质,早期含水矿物完全脱水分解,形成超高压石榴斜方辉石岩,释放LILE和LREE富集的流体进入上覆高温地幔楔,从而导致高温地幔楔发生部分熔融并产生岛弧岩浆.     

板内洋岛玄武岩(OIB)成因的一些基本概念和存在的问题

板内洋岛玄武岩岩浆作用在成因上通常被认为与“热点”或“地幔柱”有关. 因此, 在讨论地幔柱假说时人们不可避免地要讨论为什么洋岛玄武岩(OIB)在地球化学上高度富集. 然而 OIB源区物质的来源至今并不十分清楚, 且颇有争议. 最流行的观点认为OIB源区物质是循环的古洋壳(ROC). ROC模型的诸多问题之一在于, OIB高度富集(如 [La/Sm]_PM >> 1)而洋壳则相当亏损( [La/Sm]_PM <1), 故循环洋壳不可能是OIB的源区物质. 另一个流行的观点认为OIB中富集的组分来自循环陆壳(RCC, 陆源沉积物). 尽管陆壳(CC)和OIB富集很多不相容元素(如[La/Sm]_PM >>1), 但是CC极度富Pb而贫Nb, Ta, P和Ti. CC的这一独特的地球化学性质强度很大, 若的确是OIB源区重要组成的话, 那它一定会在OIB有所显示, 然而OIB并不具有这种CC特征, 因此CC不会是OIB的富集组分. 板块运动和地幔对流允许玄武岩的地幔源区中有ROC和RCC存在, 但它们对洋岛玄武质岩浆作用的贡献微不足道. OIB不仅富集不相容元素, 而且越不相容的元素越富集. 这表明OIB中的富集组分是岩浆起源的, 而且最有可能与熔融程度很低的熔体的交代作用有关. 在地震波低速带(LVZ)中最初可能会形成一些富H2O和CO2熔体. 这些熔体由于浮力作用上升, 聚集在LVZ顶部形成一富熔体层, 交代正在生长的岩石圈, 形成交代脉岩等. 喷发的OIB熔体可能含有3个组分: (a) 占主导地位的来源于深部的“肥沃”易熔OIB源区物质; (b) LVZ顶部的熔体层; (c) 被同化的岩石圈中早期形成的交代脉岩. 很有可能源于深部的“肥沃”易熔物质本身就是(或包含有)循环的古老大洋岩石圈底部的交代橄榄岩. 在解释全球OIB数据所显示的多种地幔同位素端元的成因时, 我们必须牢记: (a) 最初的假设认为地核熔离后的原始地幔(PM)在成分上是均一的, 且地幔同位素不均一性与地核无关; (b) 在正确认识俯冲带变质作用对元素迁移/分异的影响之前不能用OIB同位素来推断源区物质的性质和组成; (c) 确保模型和假设与最基本的岩石学和主量/微量元素特征相吻合.     

桂东北花山-姑婆山侵入杂岩体和暗色包体的锆石微区Hf同位素组成及其成岩指示意义

锆石年代学研究表明花山-姑婆山侵入杂岩体中的主要岩体(牛庙、同安、花山、里松)和里松花岗岩中的暗色包体均形成于160~163 Ma. 花山花岗岩中锆石的ε_Hf(t)值为−2.8~−0.3, 里松花岗岩中锆石的ε_Hf(t)值为−2.3~−0.3, 而里松花岗岩中所包含的闪长质暗色包体中锆石的ε_Hf(t)值为?2.6~?7.4, 明显不同于寄主花岗岩, 表明暗色包体和寄主花岗岩形成于不同来源的岩浆, 为岩浆混合作用提供了直接的证据. 暗色包体中锆石最高的ε_Hf(t)值为?7.4, 显示该基性端元岩浆来自一个相对亏损的地幔源区. 结合对区域地质情况以及同时期基性岩和碱性岩的研究结果, 我们推测该岩浆端元并不是玄武质新生地壳的重熔, 而可能为地幔部分熔融形成的岩浆, 但还有待确定到底是软流圈地幔还是岩石圈地幔的部分熔融. 花山花岗岩和里松花岗岩可能是该幔源岩浆端元与壳源岩浆端元的较完全混合形成, 暗色包体是这种岩浆混合过程中幔源岩浆的残余. 牛庙辉石闪长岩体中锆石的ε_Hf(t)值为−1.1~−2.1, 同安石英二长岩体中锆石的ε_Hf(t)值为−1.7~−1.7, 都明显低于里松花岗岩中的暗色包体, 说明它们并不与里松花岗岩中暗色包体所代表的熔浆具有同源性. 牛庙岩体和同安岩体中锆石的ε_Hf(t)值只是略高于花山花岗岩和里松花岗岩, 并且在岩体中也可以见到大量的暗色包体, 因此它们可能是与花岗岩同源的壳-幔岩浆混合的岩浆经较少程度分离结晶作用和地壳混染作用形成. 在中晚侏罗世之交, 湘东南和桂东北地区发生了一次强烈的地壳拉张减薄事件, 造成了强烈的壳-幔岩浆混合作用并随着分离结晶作用, 形成了该区众多的闪长岩和花岗岩.     

地幔岩中微粒合金和还原气体

众所周知,被玄武岩等岩浆喷溢带到地表的地幔包体储存有相当丰富的深部信息.除了记录地幔熔融、交代、富化、亏损、气体成分等外,还可以提供其它可贵的信息,例如自然元素(金属、非金属)就是一个新的专门研究对象.它们的存在反映了在地幔中曾发生过极强的还原反应和断键事件(从硅酸盐、氧化物中被解离为自然元素).这是地幔岩中的纳米物质.在金伯利岩中不断发现自然元素(等,1981;赵磊、路凤香等,1994).然而在橄榄岩地幔包体中这方面研究现在只有零星的报道(Dawson J B,1980; Nixon P H,1987).臧启家等(1987)在宽甸黄椅山二辉橄榄岩中发现含Si的α自然Fe.