中国东部部分地区新生代岩石圈地幔的成因-微量元素和Sr-Nd-Os同位素制约

摘要

为了研究华北板块岩石圈地幔的性质,岩石学演化历史以及岩石圈减薄机制,我们对41个来自于华北克拉通女山、方山、盘石山和汉诺坝地区的晚新生代碱性玄武岩携带的橄榄岩捕掳体进行了Sr、Nd和Os同位素的测试。所采样品主要是尖晶石二辉橄榄岩,具有相对富集的玄武质组分(Al2O3=1.16～3.92wt％,Mg＃=89～91),部分橄榄岩捕掳体具有LREE富集的型式反映样品经历了部分熔融过程和随后的次级隐性交代混染作用,并且交代介质很可能为类似中国东部新生代玄武岩的富硅熔体。
　　 四个地区的尖晶石橄榄岩均呈现出亏损的Sr-Nd同位素成分(87Sr/86Sr=0.7022～0.7035;εNd=+6.1～+16.2),说明其母岩浆派生于高度亏损的地幔源区,这一特征与中国东部地幔捕掳体以亏损的同位素成分为主是一致的。幔源捕掳体具有亏损的Sr-Nd同位素成分也证明了它们并非古老太古宙地幔的残留相,而是经过低程度部分熔融过程之后新生成的地幔物质。橄榄岩捕掳体的低。87Sr/86Sr比值和高143Nd/144Nd比值落在MORB区域内或之上,类似于软流圈物质的特征。例外的是,部分样品的εNd(t)值可高达+16.2,说明新生代时期这些地区存在随时间演化极其亏损的地幔区域。
　　 部分橄榄岩捕掳体样品呈现出类似寄主玄武岩的REE型式,然而,REE含量却未见任何相关性。对于地幔捕掳体与其寄主玄武岩之间的Sr-Nd同位素差异(或解耦decoupling)可能与它们来源于DMM的不同部分(different mantie domains)有关,高度放射性成因的Nd同位素组成也反映了它们的地幔源区不相容元素的古老亏损过程。我们认为寄主玄武岩和幔源捕掳体均起源于软流圈,但寄主玄武岩源区中有富集组分的加入,也就是说,它们并不是同源的(cogenetic)。
　　 女山、方山、盘石山和汉诺坝橄榄岩捕掳体的Os同位素成分具有较小的变化范围(分别为0.1246-0.1274、0.1208-0.1256、0.1215-0.1251和0.1205-0.1274),均低于球粒陨石值。而女山样品04NS007的TRD年龄(0.17Ga)可以代表此地区岩石圈地幔的形成时间。来自于盘石山、方山和汉诺坝地区的三个相对难熔的样品(分别为Mg＃=90.59、90.82和90.65),具有新元古代的TRD年龄,为0.92 Ga、0.81 Ga和0.97 Ga,在相应地区也具有最低的187Os/188Os值,新生的岩石圈地幔中还央杂着具有元古代年龄的地幔物质,它们可能是先前拆沉的古老岩石圈地幔物质还未来得及在软流圈中被完全均一化,便被再次捕获增生,也可能是软流圈中原本就存在的古老的地幔物质。本次所采样品也未发现具有太古代模式年龄的橄榄岩捕掳体,也说明了华北板块原始难熔的岩石圈地幔发生了大规模的移走,现今的岩石圈地幔为新形成的。各个地区样品的Os模式年龄从中元古代变化至现代,类似于现代大洋橄榄岩所代表的显生宙对流上地幔的特征。因此,华北克拉通东部现在存在的岩石圈地幔形成于显生宙。
　　 结合我们新的同位素数据与东亚地区新生代玄武岩携带的幔源橄榄岩的已有数据,可以看到用拆沉机制来解释岩石圈的转换过程更合理。对流上地幔与中国东部岩石圈地幔的Os同位素成分的相似性也排除了现今岩石圈为元古宙岩石圈水平转换后形成的这种可能性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

致谢

第一章 引言

第二章 地质背景和捕掳体的岩相学特征

2.1 地质背景

2.2 岩相学特征

第三章 分析方法

第四章 地幔包体的地球化学特征

4.1 主量、微量元素特征

4.2 讨论

4.3 地幔捕掳体的同位素特征

4.3.1 Sr-Nd同位素特征

4.3.2 Re-Os同位素体系的特征

第五章 讨论

5.1 新生代岩石圈地幔年龄的制约

5.2 中国东部新生代岩石圈地幔的性质和区域变化

5.3 中国东部新生代岩石圈地幔的成因

5.4 中国东部岩石圈的演化

第六章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表论文