研究揭示郯庐断裂带下部岩石圈地幔的演化特征

2010-10-13 14:01 来源: 中国科学院
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  玄武岩所携带的幔源捕虏体及巨晶是地幔岩石学和地球化学研究的主要对象之一,具有地球深部的“探针”之称,它们为地球深部过程的研究提供了直接样品,且在岩石圈地幔演化的研究中发挥着重要的作用。近几年的研究表明,橄榄岩与熔/流体的反应在大陆地区及大洋地区橄榄岩中普遍存在,这种反应不仅会造成矿物百分含量的变化,还会引起矿物组成的变异。

  中科院地质与地球物理研究所岩石圈演化研究室地幔地球化学学科组博士后肖燕在合作导师张宏福研究员的指导下,对位于郯庐断裂带中段内部的北岩新生代碱性玄武岩所携带的橄榄岩捕虏体进行了详细的岩石学和地球化学分析。研究发现,此地区地幔橄榄岩捕虏体可分为三类:二辉橄榄岩,富单斜辉石的二辉橄榄岩以及异剥橄榄岩。其中,二辉橄榄岩橄榄石的Fo较低(91.0-88.8),大多数二辉橄榄岩全岩和单斜辉石具有“上凸”型轻稀土配分模式,仅有一个具最高Fo(91.0)的二辉橄榄岩具有“勺”型轻稀土配分模式,所有二辉橄榄岩的Sr-Nd组成均落在大洋中脊玄武岩的区域内,这些特征与晚中生代青岛和莒南低Mg#橄榄岩以及大多数新生代玄武岩中的二辉橄榄岩相似,说明北岩二辉橄榄岩代表着新增生岩石圈地幔的碎片。富单斜辉石的二辉橄榄岩的Fo(87.6-82.2)较二辉橄榄岩偏低,轻稀土富集,Sr-Nd同位素亏损,与二辉橄榄岩相似,这些地球化学特征说明了富单斜辉石的二辉橄榄岩是由二辉橄榄岩与熔体反应所形成的。异剥橄榄岩的Fo更低(86.9-81.0),而且含有较多的交代矿物如角闪石、云母、磷灰石等,值得注意的是这些异剥橄榄岩中或多或少的都含有方解石脉,有些含有方解石颗粒。北岩异剥橄榄岩的出现及富集的稀土配分模式显示出新增生的岩石圈地幔在其形成之后经历了改造和重建,这种变化主要是由橄榄岩与熔体的反应引起的。

  由于北岩玄武岩处于郯庐断裂带内部,晚白垩-早第三纪软流圈的上涌及郯庐断裂带的剪切作用为熔岩反应提供了熔体的来源及其上升的通道。结合已有的晚中生代青岛和莒南橄榄岩以及新生代山旺橄榄岩的研究,作者认为,橄榄岩与熔体的反应在华北东部的岩石圈地幔中是普遍存在的,可能是岩石圈地幔组成转变的重要方式。

  该成果近期发表在国际岩石学领域的核心刊物Lithos(《国际矿物学、岩石学与地球化学杂志》)(Xiao et al. Evolution of lithospheric mantle beneath the Tan-Lu fault zone, eastern North China Craton: Evidence from petrology and geochemistry of peridotite xenoliths. Lithos, 2010, 117: 229-246)。

图1 北岩橄榄岩的显微结构照片和背散射照片

图2 郯庐断裂带带内及带外东部的橄榄石Fo与模式矿物含量之间的关系图