海南岛新生代玄武质熔岩源区中再循环物质及其年龄的限定:来自Hf-Sr-Nd-Pb同位素的制约

再循环洋壳和沉积物在壳.幔循环过程中扮演着重要的角色。前人研究指出板片俯冲与海南地幔柱形成关系密切,然而地幔柱源区中是否存在再循环沉积物仍然不得而知。本文将首次报导海南岛新生代玄武质熔岩的Hf同位素,并将新的Sr-Nd-Pb同位素与前人数据相结合,限定再循环物质的组成及其年龄。与同位素地幔趋势相比,给定εNd时,海南岛玄武质熔岩的εHf值更低;而且Eu/Eu*>1、Sr/Sr*>1,与Al2O3、MgO都不存在相关性,说明Eu和Sr的正异常是继承了源区的特征,指示源区中存在再循环洋壳物质的参与。海南岛玄武质熔岩的Ce/Pb与εNd、εHf呈正相关关系,Nd/Pb与87Sr/86Sr呈负相关关系,它们都指向了沉积物端元。根据εHf-εNd模型和Pb同位素演化模型,推断源区中再循环洋壳和沉积物相对年轻,其年龄应小于1.0Ga。这些再循环洋壳和沉积物将进入深部地幔,并与地幔中的橄榄岩反应形成二阶段辉石岩,随着海南地幔柱不断上升而发生熔融,最终熔体喷发至地表形成海南岛玄武质熔岩。

大洋地幔化学组成不均一性成因研究回顾及展望

认识地幔组成不均一性及其成因对于揭示固体地球的演化规律具有重要意义。简要论述了全球典型大洋玄武岩(洋岛/海山玄武岩(OIB)、洋中脊玄武岩(MORB))源区组成不均一性的化学特征及成因,并分析了国内外对地幔组成不均一性的认识不足之处和原因。30多年以来,玄武岩地球化学研究主要围绕地幔组成端元成分差异性及其成因,包括HIMU(‘μ’=^(238)U/^(204)Pb)、EMI和EMII及FOZO(同位素组成介于HIMU和MORB之间)富集端元,以及DMM亏损地幔端元(包括印度洋型(Indian-type MORB)和太平洋型(Pacific-type MORB)。富集地幔端元通常被认为与板块构造导致的地球化学循环有关,然而,这些端元的成因存在多解性。尽管过去常将亏损地幔作为一个地幔端元,但全球主要地幔库的亏损端元之间的同位素差别也是长期演化的结果,地幔亏损端元组成差异的研究也是至关重要的。地幔端元成因的多解性主要是由于对板块构造导致物质循环的关键环节了解不够,以及对地球早期熔融导致的上地幔亏损过程的认识不足。在总结研究现状和科学问题的基础上,本文指出地幔不均一性成因研究的潜力方向和方法:(1)深化对玄武质洋壳深部地幔压力下的物理化学相变研究,认识再循环洋壳重返浅部地幔的基本理论前提;(2)利用年轻的大陆裂张海盆玄武岩,有效检验大陆富集物质是否拆离进入地幔软流圈;(3)碳酸岩熔体来源及其对碱性玄武岩富集端元组成的贡献;(4)板块俯冲进入地幔过程中化学分异过程。

海南岛晚新生代石山组橄榄玄武岩的地幔源区组成及动力学机制

南海北部边缘新生代玄武岩广泛分布,分布于海南岛北部的全新世早期石山组玄武岩,岩石组成为碱性橄榄玄武岩,其中可见较大颗粒的橄榄石斑晶,橄榄石斑晶具有较高的Fo值(82.8~83.5)和Ni含量(0.14%~0.20%)。橄榄玄武岩的微量元素及同位素组成与洋岛玄武岩(OIB)高度吻合,富集大离子亲石元素Rb、Ba和轻稀土元素,同时富集高场强元素Nb、Ta、Zr和Hf。矿物组成及主微量元素特征指示其源区为含石榴子石辉石岩源区,经历了较低程度的部分熔融(约5%)。此外,石山组橄榄玄武岩具有基本一致的Sr-Nd-Pb同位素组成,表明岩浆在上升过程中没有明显的地壳物质的混染,但是相比正常洋中脊玄武岩(MORB),石山组橄榄玄武岩具有较高的^(87)Sr/^(86)Sr比值,较低的εNd(t)值,以及较高的^(207)Pb/^(204)Pb(15.639~15.643)和^(208)Pb/^(204)Pb(38.977~38.996)比值,说明其源区为亏损地幔(DM)和富集地幔端元(EMII)的混合。结合地球物理学证据,我们认为亏损地幔来源于软流圈,而EMII端元为含再循环古洋壳及俯冲沉积物的地幔柱,随着海南地幔柱上升,再循环物质熔融并与周围软流圈地幔橄榄岩反应形成含石榴子石辉石岩,随着地幔柱的不断上升,辉石岩首先发生部分熔融,形成的岩浆经历了橄榄石和微弱单斜辉石的分离结晶作用后形成了石山组橄榄玄武岩。华南新生代玄武岩同石山组橄榄玄武岩具有相似的地球化学特征,反映二者具有相同的物质端元组成,但两者岩浆演化上升的动力学机制不同,同时不同端元混合的比例及部分熔融程度也有差异。

海南岛新生代玄武岩成因的PGE与Os同位素地球化学制约

本文对海南岛新生代玄武岩开展了PGE和Re-Os同位素体系的系统研究,结合全岩主量、微量元素和Sr-Nd-Pb同位素数据,取得了如下认识:①海南岛新生代玄武岩根据PGE含量和配分模式可以划分为两类,第一类PGE总量为1.88×10^(−9)~4.54×10^(−9),配分模式为相对平坦型(Pd/Ir<3.5),高Os含量和低^(187)Os/^(188)Os值,代表了来自亏损软流圈地幔的熔体;第二类PGE总量为0.35×10^(−9)~2.67×10^(−9),配分模式为向右上倾型(Pd/Ir>5.0),低Os含量和高^(187)Os/^(188)Os值,反映其熔融地幔源区包含了大量的再循环洋壳;②海南岛新生代玄武岩PGE地球化学特征受控于岩浆演化过程中硫化物的熔离作用;③Os-Pb同位素模拟结果暗示海南岛新生代玄武岩再循环洋壳的年龄在100~300 Ma之间,为近期/同期俯冲的大洋板片。本次研究为进一步理解海南岛新生代玄武岩源区的再循环组分来源、硫化物在岩浆起源与演化的作用以及地幔柱演化动力学方面提供了新的依据。

辽东中—新生代玄武岩的橄榄石斑晶和捕虏晶氧同位素组成及其岩石圈地幔演化启示

华北克拉通东部岩石圈地幔性质在中—新生代时期发生了重大转变,但细节还不清楚。本文对辽东半岛早白垩世(克拉通破坏峰期)小岭组玄武岩和第四纪(克拉通破坏后)宽甸玄武岩中橄榄石斑晶/捕虏晶进行了主量元素和氧同位素组成研究。早白垩世小岭组玄武岩斑晶橄榄石Fo为79~88,CaO>0.1%,具有高Ni/Mg(0.4~1.2)、低Mn/Fe(1.3~1.6)和低Ca/Fe比值(0.2~1.5)的特征,指示岩浆源区是辉石岩和橄榄岩混合的岩石圈地幔;高于正常地幔橄榄石的δ^(18)O(4.77‰~5.96‰,平均值5.4‰)显示低温热液蚀变洋壳熔体/流体组分对地幔源区的影响。第四纪宽甸玄武岩捕虏晶橄榄石Fo值为88~92(平均值90),具有高NiO(0.3%~0.4%)和低CaO(<0.1%)、MnO(0.1%~0.2%)含量,显示主体饱满、与少量过渡型和难熔型并存的地幔组成特征;其δ^(18)O(4.58‰~5.38‰,平均值5.3‰)与正常地幔值接近。结合华北其他地区地幔橄榄石氧同位素数据,发现早白垩世破坏峰期有较多俯冲洋壳来源的熔/流体交代岩石圈地幔,而新生代岩石圈地幔则为破坏后的残余和新增生产物,我们认为古太平洋板块俯冲和后撤—撕裂引起的熔体/流体交代作用对华北克拉通岩石圈地幔的弱化、侵蚀和最终置换起了重要作用。

滇东北昭通地区峨眉山玄武岩钕-锶-铅同位素特征——峨眉山地幔柱源区性质与Rodinia超大陆事件的耦合关系

滇东北昭通地区峨眉山玄武岩Nd-Sr-Pb同位素的最新研究结果表明,该区玄武岩样品普遍具有1000~900 Ma的亏损地幔Nd模式年龄,其源区可能为来自下地幔类似地幔集中带(FOZO)组分(10%~40%)的地幔橄榄岩和来自古老再循环洋壳的类似EM1组分(60%~90%)不同比例混合而成。样品满足Dupal异常边界条件,暗示峨眉山玄武岩岩浆形成及侵位时与目前所处的纬度有较大差异,二者可能有较大的空间距离。据此,提出新的峨眉山地幔柱形成模式:1000~900 Ma,源于Rodinia超大陆事件中衍生的洋壳发生了俯冲消减作用,洋壳经部分熔融后的固态残留物在660 km地幔过渡带中堆积,形成较冷的难熔“巨石体”。晚二叠世(约260 Ma),这些“巨石体”(很可能是榴辉岩相的超高压变质岩)受重力驱动作用进一步下沉到核幔边界“D”层时,发生钙钛矿→后钙钛矿的矿物相转变,这是一个强烈的放热反应,导致下地幔及俯冲板片堆积体自身的部分熔融,引起深部高温富铁、富钛的熔融体上涌进入地幔,形成地幔柱。这些岩浆大规模的上涌、喷发,形成了扬子陆块西缘规模巨大的峨眉山大火成岩省(LIPs)。此时古地理位置还处于南半球的某个位置,古特提斯大洋关闭后,这些携带南半球特有的地球化学烙印(Dupal异常)的玄武岩随着扬子板块一路向北漂移,到达今天的位置。