华南岩石圈地幔性质、含水性及其演化

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:kollisjordan
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大陆岩石圈地幔是岩石圈的重要组成部分,在对软流圈地幔-岩石圈地幔-地壳系统的相互作用和演化中起重要作用,是浅部地壳与深部地幔联系的纽带。岩石圈地幔的成分、结构、形成和演化已成为当今固体地球科学研究的前沿热点。在对大陆岩石圈地幔的研究中,被碱性岩浆携带至地表的橄榄岩捕虏体被认为是大陆岩石圈的最直接样品,是地球深部的“探针”。橄榄岩作为上地幔的主要组成部分,它不仅是研究地幔性质的直接样品,还与大陆岩石圈地幔的组成、地壳的年龄和/或构造环境相关联,对讨论岩石圈地幔物质组成特征、属性及其演化过程具有重要意义。一般认为,橄榄岩捕虏体的主要组成矿物(橄榄石、辉石及石榴石)的理想化学式中不含H,但在晶格缺陷中有微量的结构水。虽然这些矿物中结构水的绝对含量并不高,但是如果考虑到它们的体积和重量分数,就构成了岩石圈地幔中最大的水储库,对岩石圈地幔中水含量的研究为我们探究岩石圈地幔的性质和演化提供了新的思路。本论文选取华南中生代(151-132Ma)位于断裂带上的道县及新生代远离断裂带的新昌(5Ma)、西垄(26-24Ma)、安远(37Ma)和平南(50Ma)的橄榄岩捕虏体作为研究对象。因此,本文结合地幔属性和含水性的这一视角来探索华南岩石圈地幔的属性和演化过程等关键问题。研究区道县、新昌、西垄、安远和平南的橄榄岩捕虏体主要为(尖晶石)二辉橄榄岩,仅有少量样品为(尖晶石)方辉橄榄岩。捕虏体中的橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、尖晶石以及全岩组成主量元素均具有相似的特征,其中道县地区所有样品具有饱满的地幔特征(橄榄石Mg#=88.0-89.3);新昌、西垄、安远和平南的样品主体上具有饱满的特征,有少量样品具有适度难熔的特征(橄榄石Mg#=88.9-91.7)。道县和平南橄榄岩捕虏体中的单斜辉石的REE配分曲线均为LREE亏损型,Nb、Ti的负异常;新昌、西垄和安远的单斜辉石微量元素显示了从LREE亏损型、REE平坦型到LREE富集型的多重特征,通常具有Ti的负异常。具有饱满特征的橄榄岩捕虏体主要经历了低程度的部分熔融作用(如道县地区);主体为饱满并有少量适度难熔-难熔特征的主要经历了低-中程度的部分熔融作用,仅有部分样品经历了较高程度的部分熔融作用。在演化过程中还记录了多期的熔体-橄榄岩相互作用,并受到硅酸盐交代作用的影响,且交代介质可能来源于软流圈。研究区橄榄岩捕虏体中单斜辉石和斜方辉石均以OH形式存在结构水且有明显的特征峰。橄榄石的结构水仅在安远样品中测出,其他四个地区(道县、新昌、西垄和平南)的橄榄石水含量均低于检测限(2ppm)。对于未检测到的上述四个地区橄榄石水含量按照前人研究使用Dcpx/ol=10来模拟计算。全岩的水含量通过橄榄石、斜方辉石和单斜辉石三种矿物的水含量及矿物模式含量计算得道县、新昌、西垄、安远和平南的全岩水含量分别为35-75ppm、12-21ppm、15-28ppm、63-120ppm和14-85ppm,其中新昌和西垄水含量较低。研究区大部分样品与MORB源区水含量的下限(50-200ppm)相似。就总体而言,研究区地幔水含量变化范围大,其中道县岩石圈地幔含水量的不均一性可能是部分熔融、地幔交代以及氧逸度综合作用的结果;而其他四个地区可能与部分熔融作用有关。使用Wells二辉石温度计给出的道县、新昌、西垄、安远和平南橄榄岩捕虏体的平衡温度分别为877-973℃、879-1023℃、927-1048℃、903-948℃和971-1063℃。研究区平衡温度与橄榄石的Mg#无相关性,不同性质的岩石圈地幔在垂向上并没有明显的分层,在同一深度适度难熔和饱满的橄榄岩交叉共存,与华南其他地区研究结果相似,说明研究区甚至于整个华南主体为年轻饱满的岩石圈地幔但仍有古老难熔的岩石圈地幔的残余。华南岩石圈地幔也存在明显的不均一性,在断裂带控制的区域地幔置换作用明显(如道县地区),岩石圈地幔全部(或大部分)被新生地幔所替代,而其他区域则是新老地幔共存。华南岩石圈地幔的伸展和置换作用早在三叠纪就已经发生。结合华南中新生代水含量的研究发现中生代(白垩纪)和新生代水含量并没有明显的差别,说明华南岩石圈减薄/地幔置换作用发生早于白垩纪。且华南自早侏罗纪开始受东侧太平洋俯冲的影响并伴随大规模的岩浆活动,导致华南处于岩石圈伸展和下部软流圈上涌的背景下,使得古老的富集交代的岩石圈地幔发生部分熔融。华南水含量相对较高主要是在白垩纪之前发生大规模饱满地幔增生基础上,叠加软流圈来源熔/流体的结果。因此,华南岩石圈地幔是相对难熔岩石圈地幔在经历了软流圈物质不规则上涌、侵蚀、置换而残留的古老难熔的岩石圈地幔,随后这些上涌的软流圈物质冷却形成新生饱满岩石圈地幔,使新老地幔共存。
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