地质地球所研究发现熔体/岩石相互作用的锂同位素证据

2010-7-23 00:00 来源: 地质与地球物理研究所
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图注:地幔橄榄岩Li(锂)含量和Li同位素组成的变化特征

  华北克拉通(North China Craton)自中生代以来发生了大规模的岩石圈减薄作用,与此同时,岩石圈地幔的物质组成和性质也发生了巨大变化。古生代金伯利岩中的地幔捕虏体和捕虏晶的Re-Os(铼-锇)同位素研究表明:华北古老的岩石圈地幔形成于太古代;但是,大多数新生代玄武岩中的地幔捕虏体的Re(铼)亏损年龄显示为元古代,几乎没有太古代的年龄,这说明华北太古代岩石圈地幔经过了强烈的熔体改造作用。然而,参与改造作用的熔体的组成和来源等问题仍然悬而未决。

  为了解决上述问题,中科院地质与地球物理研究所岩石圈演化研究室张宏福研究员及其合作者采用国际上新兴的Li(锂)同位素地球化学示踪工具和先进的离子探针(型号:Cameca 1280)原位分析技术,对华北胶东半岛的中生代地幔橄榄岩捕虏体进行了系统的研究,结果表明:(1)低Mg#橄榄岩中单斜辉石与橄榄石的Li含量分配接近平衡;矿物的Li同位素组成比较均一,与洋中脊玄武岩相似;(2)多数高Mg#橄榄岩中的单斜辉石具有较高的Li含量,指示这些橄榄岩经历了铁镁质熔体的交代作用。高Mg#橄榄岩中矿物的Li位素组成变化较大,高d7Li值与岛弧熔岩值相当。

  根据他们的研究成果,得到的主要认识是:(1)胶东半岛的低Mg#橄榄岩具有比较均一的Li含量和同位素组成,代表新增生的岩石圈地幔;高Mg#橄榄岩的Li含量和同位素组成变化范围较大,反映了该区古老的岩石圈地幔经历了俯冲板片来源的熔体/流体-橄榄岩相互作用的广泛改造;(2)进一步证实了橄榄岩-熔体相互作用在华北克拉通东部中生代岩石圈地幔中普遍存在。

  比如,青岛地区地幔橄榄岩中较高的δ7Li与岛弧熔岩和蚀变大洋玄武岩的高δ7Li相似,反映了板片在俯冲过程中所释放的流体/熔体对古老岩石圈地幔的改造作用;部分橄榄岩中的橄榄石具有较低的δ7Li,表明该区岩石圈地幔中存在低δ7Li的组分,其成因可能与俯冲板片熔融所释放的熔体对地幔橄榄岩的改造作用有关;一些辉石具有非常低的δ7Li组成,反映了在近期的熔体/流体-橄榄岩相互作用过程中Li通过扩散的方式进入辉石,这与本区的辉石具有较高的Li含量相一致。

  该成果近期发表在国际地学权威期刊Contributions to Mineralogy and Petrology(《矿物学与岩石学论文集》)(Zhang et al. Melt/rock interaction in remains of refertilized Archean lithospheric mantle in Jiaodong Peninsula, North China Craton: Li isotopic evidence. Contributions to Mineralogy and Petrology, 2010, 160: 261-277)。