兴蒙造山带橄榄岩捕掳体中石榴石次变边对地幔组成转变的启示

地幔橄榄岩捕虏体中石榴石次变边的形成过程对理解地幔的构造演化和转变具有非常重要的意义。兴蒙造山带锡林浩特地区新生代玄武岩携带的石榴石橄榄岩捕虏体中的石榴石普遍发育冠冕状次变边结构。本文通过对石榴石及其次变边进行详细的岩相学和电子探针分析,探讨石榴石次变边的成因及其揭示的岩石圈地幔经历的深部过程。根据次变边矿物组成的不同,将其分为原始的次变边(R1和R2)和交代的次变边(MR1和MR2)。原始的次变边中,新鲜的石榴石由内向外依次被放射状且矿物颗粒较细的R1和粒状且矿物颗粒较粗的R2包围,且R1通常比R2宽。R1主要组成矿物为Opx+Sp+Melt1/Pl±Cpx,R2主要组成矿物为Opx+Sp+Cpx。与R2及橄榄岩捕虏体相比,R1的斜方辉石和单斜辉石具有较高的Al 2O 3含量和较低Mg#值及SiO 2含量。与橄榄岩捕虏体相比,R1和R2中的尖晶石均具有较低的Cr#值和较高的Mg#值。R1的斜长石为钙长石,熔体成分与斜长石相比具有偏高的MgO和FeO含量。计算的R1的全岩成分与新鲜的石榴石一致,是石榴石等化学分解的产物。R2的全岩成分比新鲜的石榴石具有偏高的MgO和偏低的SiO 2及Al 2O 3含量,是石榴石和橄榄石反应的产物。交代的次变边是由原始的次变边受到部分或完全的交代作用形成的。完全交代的次变边仍然保留原始次变边的双圈层结构,而未完全交代的次变边则仅在原始次变边的局部出现。交代的次变边中,矿物颗粒较细的核部(MR1)和矿物颗粒较粗的边部(MR2)主要矿物组成一致,皆为Ol+Cpx+Sp+Melt2。与原始的次变边相比,MR1和MR2中的橄榄石和单斜辉石均具有较高的Mg#值,单斜辉石同时具有较高Ca/Al比值(>8),尖晶石具有较高的Cr#值和较低的Mg#值,熔体较富SiO 2、Na 2O和K 2O含量。这些现象说明交代的次变边可能是碳酸盐熔/流体交代原始的次变边消耗斜方辉石生成橄榄石和单斜辉石形成的,这与岩相学观察到的单斜辉石中包裹斜方辉石残余体一致。此外,同一样品中R1的平衡温度略高于R2的平衡温度,且二者均高于橄榄岩的平衡温度。因此,锡林浩特地区石榴石橄榄岩至少经历了两阶段的退变质作用:第一阶段为橄榄岩自石榴石相抬升至尖晶石相,且受到地幔上涌的加热作用,导致石榴石和橄榄石进行缓慢的反应形成R2;第二阶段是在连续减压且加热的背景下,第一阶段残余的石榴石发生快速等化学分解反应,形成R1。退变质作用之后,石榴石原始的次变边又经历了碳酸盐熔/流体的交代作用形成MR1和MR2,最终被寄主玄武岩携带至地表。所以,石榴石次变边的形成记录了新生代时期兴蒙造山带经历的广泛的地幔上涌和多次的地幔隆升,以及地幔交代作用,为研究深部地幔过程提供了重要证据。华北克拉通晚中生代时期经历了强烈的岩石圈伸展运动并伴随着软流圈的上涌,这些过程同样会造成岩石圈地幔的减压和加热,从而导致石榴石相橄榄岩向尖晶石相转变,这可能也是华北克拉通岩石圈地幔转变的机制之一。

斜方辉石筛状反应边的成因机制及其对岩石圈地幔性质转变的意义

本文利用电子背散射衍射(EBSD)技术对河北张家口大麻坪汉诺坝玄武岩橄榄岩捕虏体中斜方辉石与玄武岩反应结构的显微构造进行了详细研究。研究结果表明:1其反应边具有复杂的多层筛状结构特征,包括玄武岩层、富橄榄石层以及橄榄石和单斜辉石交生层;o由外至内,橄榄石的M g值逐渐升高,而单斜辉石的M g值变化不大;反应边结构中的单斜辉石与斜方辉石残斑之间存在很好的结晶学拓扑关系,即(100)opx//(100)cpx、(010)opx//(010)cpx、(001)opx//(001)cpx;橄榄石的结晶学取向无序且与斜方辉石和单斜辉石均无关。这个反应过程可以用贫硅熔体先与斜方辉石反应形成单斜辉石,并导致熔体富硅,从而橄榄石从反应熔体中结晶出来合理地解释。相对富硅熔体与橄榄岩的反应,贫硅熔体与橄榄岩的反应过程由于筛状反应边的存在可能更容易进行,筛状结构反应边可以为熔体在橄榄岩中沿颗粒边界运移提供通道,并使橄榄岩主要组成矿物发生细粒化和岩石结构变得松散,可以有效保证熔体上升过程中对橄榄岩的持续侵蚀和破坏,从而可能导致岩石圈地幔性质的迅速转变。