镁铁质-超镁铁质岩浆岩中单斜辉石的智能分析研究

区分不同构造环境中岩浆作用是认识地幔中岩浆形成过程的基本手段。目前较为成熟的是利用全岩去区分判别，而利用造岩矿物去判别构造环境、演绎岩浆演化的研究还不够深入。本文运用机器学习的方法，以全球新生代大洋中脊、洋岛以及岛弧构造背景中的镁铁质一超镁铁质岩浆岩中单斜辉石的地球化学数据为研究对象，试图区分这3种不同构造环境的单斜辉石。通过机器学习方法中K-邻近（K—Nearest Neighbor，KNN）和随机森林（Random Forest，RF）的计算和比较，认为RF是一种有效的地球化学区分方法，它的结果不仅可用来判别构造环境，同时还能够提取特征元素。同时我们发现，在镁铁质一超镁铁质岩浆岩单斜辉石构造环境判别图解中，Rb、La、Ba、Cr、Sr、Yb、V、Ti、Nd、Eu、Gd等微量元素具有较高的贡献率，而主量元素贡献率较低。在此基础上，我们结合前人的对单斜辉石的构造环境判别图的研究成果，提出几个判别效果较好的判别图解。但是整个研究由于缺少进一步可视化的成果，限制了机器学习方法的推广，这也是今后需要进一步研究的课题。

镁铁质、超镁铁质岩浆岩薄片电子信息档案的建立与在本科教学中的应用

典型薄片是不可复制的教学资源,镁铁质、超镁铁质岩浆岩薄片电子信息档案的建立与应用对实验室以及实验教学均有重要意义,也是十分必要的。镁铁质、超镁铁质岩浆岩是侵入岩的一个分支,可独立呈亚类,而且该亚类的岩石小类多,因此,薄片电子信息档案的建立,不仅能够充分发挥实验室的效能,还能提升教学效果,培养学生的自主学习意识,提高学生的薄片学习能力。

大陆俯冲带壳幔相互作用的碰撞后镁铁质岩浆岩记录

对大别-苏鲁造山带和华北陆块东南缘中生代碰撞后镁铁质岩浆岩进行详细的同位素年代学和地球化学研究,结果显示出弧型微量元素分布特征、富集的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成和异常的锆石18O值.尤其特别的是,大别造山带部分镁铁质岩浆岩具有低的锆石18O值并含有新元古代和三叠纪U-Pb年龄的残留锆石,这是区分俯冲华南陆块与上覆华北陆块的鉴定性特征.这些特征指示它们来源于造山带岩石圈地幔的部分熔融.在三叠纪大陆碰撞过程中,来源于俯冲华南陆壳的长英质熔体与上覆华北岩石圈地幔橄榄岩反应,形成了富集的造山带岩石圈地幔.根据某些特定的微量元素比值如Ba/Th,Sr/Rb和(La/Yb)N等,可以厘定出卷入大陆俯冲隧道壳幔相互作用的陆壳物质既有俯冲陆壳基底,也有上覆沉积盖层.因此,碰撞造山带以及上覆陆块边缘的碰撞后镁铁质岩浆岩为大陆俯冲带壳幔相互作用提供了岩石学和地球化学记录.

辽东-胶东半岛三叠纪镁铁质岩浆岩:记录从洋壳俯冲到大陆碰撞的构造转换

大陆碰撞造山带中出露的镁铁质岩浆岩,特别是形成于洋陆转换和大陆碰撞关键时期的镁铁质岩浆岩,对理解从大洋俯冲到大陆碰撞化学地球动力学过程的转变,以及发展板块构造理论具有重要意义。本文通过对苏鲁造山带和华北东南缘(胶东和辽东地区)三叠纪镁铁质岩浆岩同位素年代学和地球化学的系统总结,概括出从大洋俯冲到大陆碰撞过程中古洋壳和大陆地壳物质再循环的岩石地球化学记录。早-中三叠世洋岛型镁铁质岩浆岩属于同碰撞岩浆岩,具有洋岛型微量元素特征和弱富集的放射成因同位素组成,记录了先前俯冲古特提斯洋壳来源的熔体与上覆地幔楔橄榄岩的相互作用;晚三叠世岛弧型镁铁质岩浆岩属于同折返岩浆岩,具有弧型微量元素特征和相对富集的放射成因同位素组成,记录了随后俯冲的华南陆壳来源的熔体与上覆华北岩石圈地幔之间的相互作用。因此,辽东-胶东半岛三叠纪镁铁质岩浆岩记录了大陆俯冲带不同类型的壳幔相互作用及其形成的化学动力学过程。

大陆碰撞造山带镁铁质岩浆岩记录俯冲古洋壳物质再循环

在大陆碰撞造山带中寻找消失的古洋壳再循环及其壳幔相互作用的证据,对理解从洋壳俯冲到陆壳俯冲化学地球动力学过程的转变,以及板块构造理论的发展具有重要意义.通过对桐柏-红安造山带晚古生代和晚中生代镁铁质岩浆岩的岩石地球化学特征进行总结,可以识别出俯冲古洋壳再循环的岩石学和地球化学记录.晚古生代岛弧型镁铁质岩石具有弧型微量元素特征和相对亏损的放射成因同位素组成,记录了俯冲古洋壳在弧下深度(80~160 km)的流体交代作用;而晚中生代洋岛型镁铁质岩石OIB型微量元素特征和亏损-弱富集的放射成因同位素组成,记录了俯冲古洋壳在弧后深度(>200 km)的熔体交代作用.这一定性的解释也进一步得到了定量计算的证实,其结果表明镁铁质岩浆岩中的不相容元素的含量以及放射性成因同位素的富集程度,主要受控于地幔源区中所加入的地壳组分的性质和比例.因此,碰撞造山带中的岛弧型和洋岛型镁铁质岩浆岩,分别记录了弧下和弧后深度的俯冲古洋壳物质再循环.

小兴安岭构造带早侏罗世两期俯冲事件:镁铁质侵入岩的锆石年代学、元素地球化学及Sr-Nd-Li同位素制约

位于小兴安岭构造带北缘的二龙山橄榄辉长岩及星火角闪辉长岩,锆石LA-ICP-MS定年结果分别为201±1Ma和186±1Ma。两者的矿物组成不同,星火角闪辉长岩角闪石含量较高(可达15%)。主微量元素组成显示在岩浆演化过程中二龙山橄榄辉长岩经历了橄榄石和单斜辉石的分离结晶,而星火角闪辉长岩主要经历了橄榄石的分离结晶,此外,两者显著的Sr正异常及一定程度的Eu正异常(1.07~1.38),表明两者在岩浆演化过程中都存在明显的斜长石堆晶作用。原始岩浆计算表明两者都具有弧形微量元素组成,富集大离子亲石元素和轻稀土元素,而亏损高场强元素(Nb和Ta),二龙山橄榄辉长岩属于钙碱性到高钾钙碱性岩浆岩,而星火角闪辉长岩属于钾玄岩系列。两者地幔源区都经历了俯冲沉积物熔流体交代作用的影响。此外,两者具有较为一致的Li同位素组成,同MORB以及岛弧玄武岩的锂同位素组成较为一致,或者略低于MORB,进一步限定俯冲交代物质来源为陆源沉积物。两者具有明显不同的Sr-Nd同位素组成,表明小兴安岭构造带北缘东西侧具有明显的地幔不均一性。位于小兴安岭构造带北缘西侧的186Ma星火角闪辉长岩,同古太平洋板块俯冲后撤导致的弧后伸展拉张有关;而小兴安岭构造带北缘东侧的201Ma二龙山橄榄辉长岩,与位于南部张广才岭构造带东缘的209~202Ma镁铁质岩浆岩带同期,共同揭示牡丹江洋俯冲事件发生的时限为209~201Ma,整体而言牡丹江洋俯冲事件开始的时间南部略早于北部。

大陆俯冲带两类壳幔相互作用

板块俯冲作用是实现地壳与地幔之间物质和能量转换的重要机制,俯冲带岩浆岩是研究地壳物质再循环及其壳幔相互作用的重要载体.本文通过对红安-大别-苏鲁造山带和华北东南缘碰撞后镁铁质岩浆岩的同位素年代学和地球化学的系统总结,概括出两种类型的大陆俯冲带壳幔相互作用,对应于两类地球化学性质截然不同的镁铁质火成岩.第一类岩石显示弧型微量元素分布特征(富集LILE,LREE和Pb,亏损HFSE)和相对富集的放射成因Sr-Nd同位素组成,而第二类具有OIB型微量元素分布特征(富集LILE和LREE,HFSE不亏损)和相对亏损的放射成因Sr-Nd同位素组成.它们都具有变化的且不同于正常地幔的锆石O同位素组成,含有残留的地壳锆石.这些地球化学特征表明,这两类镁铁质火成岩来源于不同地球化学性质的地幔源区,其中第二类岩石的地幔源区是先前俯冲古洋壳来源的熔体与上覆新生岩石圈地幔反应形成的,而第一类岩石的地幔源区是随后俯冲的华南陆壳来源的长英质熔体与上覆华北古老岩石圈地幔反应形成的.因此,在大陆俯冲带存在两种类型的壳幔相互作用,碰撞后镁铁质岩浆岩为大陆碰撞造山带不同类型的板片-地幔相互作用提供了岩石学和地球化学记录.