大陆科学钻探先导孔(CCSD-PP1)橄榄岩地幔属性及动力学意义

早中生代的扬子大陆向华北大陆的深俯冲碰撞作用以及中、新生代的华北东部岩石圈减薄作用是国际大陆动力学问题研究的两个热点。然而,把它们有机联系起来,探讨深部岩石圈演化动力学过程的研究还很少。报道了中国大陆科学钻探先导孔(CCSD-PP1)橄榄岩的矿物岩石化学分析结果。这些橄榄岩亏损玄武质组分(如低w(CaO+Al2O3)、高Mg#等),并经历了中元古代来自软流圈的碳酸岩熔体的交代作用和早中生代的超高压再平衡过程。结合已发表的华北捕虏体橄榄岩资料,对这一橄榄岩的原始地幔属性进行了分析。发现CCSD-PP1橄榄岩与华北古老岩石圈地幔组成相似,是早中生代来自华北岩石圈的构造侵入体。早中生代华北岩石圈的伸展减薄与苏鲁超高压变质岩石的折返提供了早期软流圈物质上涌的构造体制。

东海地区高压-超高压变质带中变质橄榄岩及其原岩和成因类型的判别——以PP1孔和PP3孔为例

本文在总结全球地幔橄榄岩岩石学和地球化学特征的基础上,首次提出了一个用于判别HP-UHP变质带中变质橄榄岩原岩及其成因类型的判别图解。该图主要由镁铁总量MgO+<FeO>(%)和一个参数m+f/si比值构成。另用Al2O3和CaO分别与MgO+<FeO>(%)制成两个辅助图解,以示方辉橄榄岩和二辉橄榄岩之间在Al2O3和CaO含量上的分界。通过原岩判别结果和研究表明,PP3孔和PP1孔两者在变质组合、原岩成因类型、地球化学和变质条件方面存在一系列的重大差异。分别代表来自两种极端的地球化学类型和两种不同大地构造环境的UHP变质体。PP3钻孔以Ol+Gt+Cpx+Opx+Sp为变质矿物共生组合的含石榴石纯橄岩,其原岩系来自地幔残余成因的方辉橄榄岩遭受UHP变质作用的产物,它以成分高度均一,富Mg(Mg’=92),极端亏损不相容元素REE(∑REE<1×10-6可称为超亏损型)为特征。在变质相中仍保留原岩的残余矿物铬尖晶石(Sp),其成分显示蛇绿岩地幔橄榄岩的成分趋势。并出现以Gt和Sp共存相为特征的变质相。据实验结果(klemme,2004)表明该共存相的稳定域的P-T条件Cr-Sp可达7Gpa,T1400℃,即形成于200km的地幔深度。综合研究显示该孔变质橄榄岩原岩(方辉橄榄岩)具有大洋岩石圈地幔残余成因的某些印记,而不是同深度原生地幔岩相转变的产物。PP1孔变质橄榄岩是由无水矿物相(Ol+Opx+Cpx+Gt)+含水矿物相(Phl±Chu)组成的石榴石橄榄岩杂岩,其原岩来自两种不同成因的超镁铁岩系列:一为具地幔成因的方辉橄榄岩-二辉橄榄岩系列(可能相当于地幔楔中的Al型橄榄岩),另一部分(少数)来自具岩浆成因的超镁铁岩系列(纯橄岩—异剥橄榄岩—辉石岩组合,可能相当于A2型橄榄岩)。该套变质橄榄岩,以成分高度不均一,极端富集REE(∑REE平均>20×10-6可称为超富集型)和大离子亲石元素(K、Ba、Rb)为特征。这种异常现象并不反映其原岩原有的地球化学特征,它可能是由于在俯冲过程中受到陆壳物质的污染,或壳-幔相互作用所致。据该孔变质相中缺乏Sp相,而以Gt为标志的变质相的事实,推断其形成的压力条件应>7Gpa,即形成的深度应大于200km。上述研究表明在苏鲁UHP变质带中,不仅有来自大陆地幔楔中的地幔残余的UHP变质体,而且首次提出有可能来自大陆俯冲前锋具大洋岩石圈地幔性质的(蛇绿岩型地幔残片)变质体存在,这对揭示该区UHP变质带的形成和演化过程提供了新的信息。

铬尖晶石和石榴石的相变:大陆科学钻探CCSD-PP3孔超镁铁岩超高压变质作用的证据

PP3超镁铁岩主要岩石类型有纯橄岩和石榴石橄榄岩，两者为渐变，主要矿物为橄榄石、铬尖晶石、石榴石、单斜辉石和斜方辉石．铬尖晶石的Cr^#[Cr／（Cr＋Mg）×100]从51～89变化，TiO2和MnO2值分别低于0．26％和0．46％．铬尖晶石矿物表现为4期次演化的特点，反映了从岩浆期、榴辉岩相、角闪岩相和绿片岩相演化特征．随着超镁铁岩的演化，铬尖晶石表现为Cr^#不断增大，而Mg^#[Mg×100／（Mg＋Fe^2＋）]不断减少、氧逸度不断增加的过程．PP3铬尖晶石反映了地幔来源，为大陆岩石圈超镁铁岩特征，后期随折返而演化．从石榴石与铬尖晶石相互转变过程看出，PP3超镁铁岩经历了深度加大的过程，超镁铁岩曾经到达100km以上的岩石圈地幔深处．在绿片岩相一绿片角闪岩相变质过程中，铬尖晶石中Cr、Mg和～减少，Fe相对增加，产生富cr尖晶石变质作用样式．晚期剪切变形等次生变化影响了铬尖晶石矿物成分。