基于聚类分析的Dupal异常指标遴选及其在印度洋的应用

Dupal异常是一种广泛分布于南半球的大尺度地幔地球化学不均一现象,其成因机制和分布范围一直是地球科学研究的热点。由于Dupal异常概念提出时间较早,仅基于少量岩石样品,其概念存在模糊性和不确定性,目前仍缺乏统一的异常判别指标,影响了对异常分布范围和成因的认识,进而制约了对全球Dupal异常的进一步研究。本文选取印度洋洋底(包括洋中脊轴部和离轴区域)玄武岩的铅同位素数据,结合西南印度洋中脊和东南印度洋中脊的已知地球化学边界,采用K-means++聚类分析方法突出大尺度地球化学特征,初步遴选Δ7/4>2.5,Δ8/4>35作为Dupal异常的铅同位素判别标准。基于这一标准,识别出西北印度洋中脊欧文断裂带为Dupal异常边界,边界以南洋中脊区域显示较明显的异常。就其分布而言,整个印度洋洋中脊的Dupal异常分布于安德鲁-贝恩断裂带、澳大利亚-南极错乱带以及欧文断裂带所围限的区域;离轴区域的凯尔盖朗海底高原、Broken海脊、东经90度海岭、圣诞群岛、莫桑比克海底高原、厄加勒斯海底高原等也具有明显的Dupal异常;整体上印度洋Dupal异常呈现东西分带特征。基于印度洋洋底玄武岩数据识别的Dupal异常指标将为全球Dupal异常的研究提供参考。印度洋Dupal异常分布范围的厘定将为揭示其异常成因提供关键基础。

滇西古特提斯构造带玄武岩Dupal异常

滇西古特提斯构造带某些玄武岩的Ｓｒ、Ｎｄ、Ｐｂ同位素资料显示存在富集放射成因Ｐｂ同位素的Ｄｕｐａｌ异常。五素玄武岩的：８７Ｓｒ／８６Ｓｒ＝０．７０６３，εＮｄ（Ｔ）＝５．４─６．５；铜厂街洋岛玄武岩的８７Ｓｒ／８６Ｓｒ＝０．７０３６─０．７０８３，εＮｄ（Ｔ）＝０．６５─６；双沟、德钦、铜厂街、勐连蛇绿岩玄武岩的８７Ｓｒ／８６Ｓｒ＝０．７０３８─０．７０７３，εＮｄ（Ｔ）＝８．２─１０．９．Ｓｒ、Ｎｄ同位素资料表明这些玄武岩来源于地幔源区，未受壳源物质的混杂，而个别８７Ｓｒ／８６Ｓｒ异常高值与其形成之后的海水蚀变作用有关，并不影响其Ｎｄ、Ｐｂ同位素组成。Ｐｂ同位素组成表明它们具有异常高的放射成因Ｐｂ，显示其地幔源区具Ｄｕｐａｌ异常特征，而Ｄｕｐａｌ异常源区的形成与古代洋壳俯冲带入深部地幔的壳源物质参加到地幔重新循环有关。

Dupal异常研究的现状与趋势

Dupal异常是迄今为止在地球表面出现并反映地幔地球化学特征的最大同位素异常域.首先是在南半球现代大洋玄武岩中发现了以南纬30°为中心近环球分布的Dupal异常域,近年又在北半球的中国东部、日本海等非大洋玄武岩中发现了Dupal异常.现在认为Dupal异常源区既可赋存于岩石层地幔,亦可源自深部软流层地幔或更深,但对Dupal异常源形成机制仍无定论,对北半球的Dupal异常其源区是否来自南半球地幔还有不同认识.Dupal异常源可能是多成因的,不能排除星外物质冲击的可能性.南半球大洋地幔大规模同位素异常的存在对模拟地幔对流提出了制约,也为探索地幔地球化学特征提供了新途径.

特提斯地幔域DUPAL异常成因及地球动力学意义

地幔化学组成不均一性揭示了在空间尺度上位于南半球的印度洋-南大西洋地幔和北半球的太平洋-北大西洋地幔Pb同位素组成呈现规律性的差异,这一大规模的南半球地幔同位素差异被称为DUPAL异常,但其成因存在争议.通过系统总结特提斯地幔域Nd-Pb同位素演化特征,从时间尺度上揭示了特提斯地幔域自早古生代以来长期具有DUPAL异常,即地幔长时间的高Th/U演化特征.对比泛太平洋地幔域(古亚洲洋、古太平洋和现代太平洋)的Nd-Pb同位素组成,揭示了地球早期的壳-幔分异过程造成了地幔具有低Th/U特征而地壳具有高Th/U特征,因此地幔开始时具有统一的低Th/U特征,这一特征被整个泛太平洋地幔域继承.然而特提斯域大陆碰撞型的板块构造机制改造了其地幔特征,从而形成了特提斯地幔域长时间大规模的DUPAL异常,即特提斯洋域在洋盆打开和俯冲消减过程中,冈瓦纳大陆的裂解和频繁的陆-陆碰撞过程,造成了特提斯域长期且广泛的壳-幔相互作用和高Th/U特征的壳源物质不断加入而改造了地幔,这一过程不仅形成了独特的特提斯地幔域DUPAL异常,而且形成了以大陆碰撞型为主的特提斯构造域.另外,原、古特提斯地幔呈现极高DUPAL异常揭示了LLSVP(大型剪切波低速省)深部物质上涌的地幔柱作用对特提斯域地幔的影响,这一作用可能主要发生在特提斯域演化早期超大陆裂解和原、古特提斯洋扩张过程中.因此,地幔域属性与构造域板块构造机制存在内在的耦合成因联系,为理解特提斯域板块构造和地球动力学机制提供了重要的启示.

Dupal同位素异常的概念、成因及其地质意义

Dupal异常最初发现于南半球并被认为仅局限于南半球，且主要是古老地幔成因；近年来在北半球等地也陆续发现了Dupal异常，且与南半球Dupal异常既相似又有区别，成因也不尽相同。本文回顾了Dupal异常的研究历史．讨论了它与地幔端员之间的关系，并结合实例解剖探讨了其可能成因及地质意义。

青藏高原中部中生代OIB型玄武岩的识别:年代学、地球化学及其构造环境

目前对青藏高中部的蛇绿岩类型、形成环境及其深部地幔源区特征还缺乏很好的约束。在区域地质调查基础上,本文展示了青藏高原中部龙木错—双湖缝合带嘎错玄武岩、班公湖—怒江缝合带多玛、塔仁本玄武岩及那曲盆地西侧中生代玄武岩的单斜辉石Ar-Ar测年、锆石SHRIMP定年和地球化学及Sr,Nd,Pb同位素数据,以约束形成这些玄武岩的时代、构造环境和地幔源区特征。目前的数据表明:1羌塘双湖嘎错枕状玄武岩单斜辉石的中温坪年龄为232.5±2.4Ma,可能指示嘎错玄武岩浆活动发生于中三叠世晚期,班公湖—怒江缝合带多玛枕状玄武岩、塔仁本玄武岩浆活动时代大约在早白垩世中晚期(110Ma左右);2在这些蛇绿混杂岩带中的玄武岩显示OIB而不是MORB型地球化学特征,双湖嘎错玄武岩的地球化学特征介于峨眉山高Ti玄武岩与夏威夷碱性玄武岩之间;中晚三叠世那曲嘎加组玄武岩的地球化学特征非常类似于夏威夷碱性玄武岩;班公湖—怒江缝合带内的早白垩世多玛玄武岩和塔仁本玄武岩的地球化学特征在很大程度上可比于夏威夷碱性玄武岩;3双湖嘎错OIB型玄武岩可能形成于以增生楔为基底的裂谷环境而不是以洋壳为基底的大洋板内环境,那曲嘎加组OIB型玄武岩很可能形成于以弧内—弧前沉积物为基底的陆棚—陆坡环境下的裂谷背景,塔仁本和多玛OIB型玄武岩形成于以洋壳为基底的洋岛环境,这表明班公湖—怒江洋壳在大约110Ma时尚未彻底消亡,可能暗示班公湖—怒江洋盆的关闭时间明显晚于晚侏罗世—早白垩世早期闭合的早期认识;4地球化学指标显示青藏高原中部中生代玄武岩未受到地壳物质或很少受到陆下岩石圈物质改造,一些相对新鲜样品的Nd,Pb组成似乎可以用来代表其地幔源区的成分特点,其高206Pb/204Pb比值(>18.5)指示羌塘双湖中晚三叠世嘎错玄武岩、班公湖—怒江缝合带早白垩世洋岛玄武岩所代表的中生代特提斯地幔很可能不具“Dupal”异常。然而,由于研究程度的限制和缺乏更多的可靠数据,这种观察还需要进一步确认。

云南双沟蛇绿岩的特征和成因

双沟蛇绿岩产于古特提斯小洋盆中（石炭－叠纪）。蛇绿岩的洋壳很薄，未见层序，岩石组合简单，仅由玄武岩、辉长－辉绿岩两个单元组成，是板块慢速扩张、岩浆供给不充分条件下形成的。辉绿岩和玄武岩存在Ｎ－ＭＯＲＢ和Ｅ－ＭＯＲＢ两种类型，它们的微量元素丰度和比值不同，指示来自不同的地幔源区。双沟洋壳岩石的εＮｄ（ｔ）变化较大（＋１３．５～＋７．９，ｔ＝３４０Ｍａ），（８７Ｓｒ／８６Ｓｒ）ｉ（０．７０３９～０．７０５４）和（２０８Ｐｈ／２０４Ｐｈ）ｉ（３７．４～３７．６）比值高，（２０６Ｐｈ／２０４Ｐｈ）ｉ比值低（１７．４～１７．８），表明存在ＤＵＰＡＬ异常的印记，与现今印度洋ＭＯＲＢ的同位素组成相似，而不同于北大西洋和太平洋ＭＯＲＢ的特征，可以用亏损地幔端元（ＤＭ）与第２类富集地幔端元（ＥＭ２）之间的混合来解释。

青海省共和盆地周缘晚古生代镁铁质火山岩Sr-Nd-Pb同位素地球化学及其地质意义

青海省共和盆地周缘晚古生代镁铁质火山岩分属阿尼玛卿蛇绿混杂带,宗务隆构造带和苦海-赛什塘带。阿尼玛卿带正常洋中脊玄武岩(N-MORB)样品具有较高的^(87)Sr/^(86)Sr(t)比值(0.7066～0.7084)、高的ε_(Nd)(t)(12.2～12.8)和较低的^(206)Pb/^(204)Pb初始值(17.72～17.79)。这些同位素特征类似于秦岭勉略蛇绿岩带的N-MORB以及印度洋低^(206)Pb/^(204)Pb高^(143)Nd/^(144)Nd N-MORB。该带中的洋岛玄武岩(OIB)的^(87)Sr/^(86)Sr比值为0.7036～0.7044,ε_(Nd)(t)=4.4～4.8,^(206)Pb/^(204)Pb=17.45～17.62。其Sr和Nd同位素比值可与印度洋代表热点构造的洋岛玄武岩对比,但^(206)Pb/^(204)Pb低于印度洋的热点构造玄武岩,因此,具有类似印度洋低^(143)Nd/^(144)Nd比值MORB同位素特征。宗务隆构造带的N-MORB的Sr同位素比值在0.7041～0.7058,ε_(Nd)(t)=6.1～8.4,^(206)Pb/^(204)Pb=17.51～17.90,划归高^(143)Nd/^(144)Nd比值的N-MORB。苦海大陆裂谷玄武岩显示了高的^(87)Sr/^(86)Sr同位素比值(0.7115和0.7104)和低的ε_(Nd)(t)值(-1.7和-2.5),其^(206)Pb/^(204)Pb(17.64和17.46)与上述大洋玄武质岩石无显著区别。上述各岩类的同位素特征反映了它们生成的构造环境和陆壳组分混染的程度。阿尼玛卿带的N-MORB代表了典型的来自亏损地幔源区的洋中脊产物。与勉略带同类岩石可能来自同一源区。OIB可能属于热点构造成因的洋岛产物并与MORB一起构成了阿尼玛卿洋洋壳。宗务隆带MORB同样代表了主要源自相对亏损地幔的洋脊产物并指示宗务隆带曾开裂成洋。苦海大陆裂谷玄武岩极高的Sr和低的Nd同位素比值是陆壳物质组分的强烈印记,这与该类火山岩发育在前寒武纪基底之上不无关系。结合本区大洋玄武岩普遍低的Nb/U和Ce/Pb比值,推测它们可能源自EMII与DMM物质的交代混合。按照习惯的想法,明显的Dupal异常(△^(208)Pb/^(204)Pb值=46～103和△^(207)Pb/^(204)Pb值=4～18;大多样品^(87)Sr/^(86)Sr>0.704)指示这些岩石在空间上代表了来自南半球印度洋位置的古洋壳残余。但是,北半球愈来愈多的Dupal异常的发现有可能指示它们是类似现今东南亚多洋岛构造历经"汇聚式(focused)俯冲"的产物。此外,宗务隆带MORB的Dupal异常指示本区古特提斯域的北界较先前所定还要北推200km。

西昆仑奥依塔格石炭-二叠纪岩浆岩:弧后盆地的产物?

目前对西昆仑石炭-二叠纪火山岩分带性、形成环境、深部地幔源区特征还缺乏较好的约束。在区域地质填图、综合研究的基础上,将西昆仑石炭-二叠纪岩浆岩空间上分为南带、北带。本文展示了北带岩浆岩集中出露的奥依塔格地区玄武岩、辉绿岩、辉长岩的地球化学和Sr、Nd、Pb同位素以及与辉长岩共生的斜长花岗岩的锆石LA-ICP-MS测年数据,以约束该区基性岩形成的时代、构造环境和地幔源区特征,同时与库地玄武岩、阿羌基性火山岩进行了比较。目前的数据表明:(1)斜长花岗岩单颗粒锆石LA-ICP-MS测年得到313.6±1.6Ma、291.6±1.7Ma两组年龄,后者代表斜长花岗岩和辉长岩的侵位时代,前者可能代表玄武岩的年龄。(2)球粒陨石标准化稀土元素配分模式图中,玄武岩显示轻稀土略富集的向右缓倾模式,辉绿岩、辉长岩均为轻稀土略亏损的近平坦型;原始地幔标准化微量元素值均表现为大离子亲石元素相对富集,Nb、Ta谷明显,高场强元素中后半部分呈平坦型模式。(3)地球化学指标显示奥依塔格一带基性岩未受到或很少受到地壳物质混染,样品的Nd、Pb组成可以用来代表地幔源区的成分特点,Nd-Pb、Pb-Pb图解显示其代表的地幔源区具有"Dupal"异常,并于金沙江蛇绿岩中玄武岩代表的地幔源区有较高的一致性。(4)综合岩石地球化学、沉积组合认为奥依塔格基性岩形成于弧后盆地构造环境,区域对比,指出它与库地一些克沟组玄武岩、于田县阿羌组火山岩同为康西瓦-麻扎混杂岩带代表的洋盆向北俯冲,引发弧后盆地扩展的结果。

罗布莎蛇绿岩地幔橄榄岩同位素特征及其成因

罗布莎蛇绿岩岩石单元出露齐全,以地幔橄榄岩为主,构造变形强烈;在堆积杂岩中上部产出有仰冲型斜长花岗岩小岩块;辉绿岩以脉状形式产出于地幔橄榄岩的方辉橄榄岩中;壳层岩石相对很薄且比较复杂。Sr、Nd和Pb同位素组成研究表明:罗布莎地幔橄榄岩绝大多数样品具有高ISr值(0.705489～0.714625);低INd值(0.511796～0.512605),其Pb同位素组成具有高Δ7/4Pb、Δ8/4Pb值,大部分样品接近或大于典型Dupal端员的Pb同位素标准(Δ8/4Pb>60),结合罗布莎地幔橄榄岩具有高的ΔSr值(81.54～154.01),认为罗布莎地幔橄榄岩存在明显的Dupal异常。同时结合罗布莎地区的构造演化,认为罗布莎地区富集的、具有Dupal异常的地幔橄榄岩应当是在特提斯洋形成过程中的同化了俯冲板片携带的沉积物的深地幔柱交代影响下形成的。

全球幔源岩Pb-Sr-Nd同位素体系

根据各种同位素数据库得到的3万多个晚古生代以来的幔源岩(包括洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩、岛弧火山岩、大陆与大洋溢流玄武岩以及大陆板内玄武岩)Pb-Sr-Nd同位素资料和图解分析,对各类火山岩的源区以及地幔的垂向与横向不均一性问题作了进一步讨论。笔者认为不存在具有公共性质的EM1、EM2和HIMU地幔端员,它们的源区可能来自上、下地幔过渡带,只在局部地区出现,独一无二。PREMA(FOZO)则是洋岛玄武岩和溢流玄武岩公共端员。DUAPAL异常现象不只是在洋中脊玄武岩中出现,在洋岛玄武岩、岛弧火山岩和大洋溢流玄武岩中也存在同步的地球化学分区现象。溢流玄武岩的同位素体系特征表明它们的源区涉及再循环地幔的壳幔混合、岩石圈减压熔融、上—下地幔过渡带和似原始-略亏损的下地幔。Pb同位素体系为鉴别俯冲带的存在提供了更严格的证据,这种鉴别表明,安第斯弧火山作用不是洋陆俯冲带产生的。

地球化学边界(过渡带)对全球与东亚海上油气资源的制约

根据全球和中国大陆铅同位素填图资料表明,全球近96%的原油和90%的天然气分布于DUPAL异常和北半球参考线(NHRL)之间的过渡带(Δ8/4在20～45之间)。根据这一分布规律,全球还有大约2/3的过渡带油气资源还没有被发现和开发。海陆相连的华北克拉通地球化学边界则是中国大陆与渤海湾油气资源分布的重要制约因素。东海油气田则受华夏-扬子地球化学边界向海上和日本岛弧延伸线控制。南海油气田既位于DUPAL异常和北半球参考线(NHRL)之间的过渡带上,同时受华夏-印支地球化学边界在海上多变的走向所控制,因此具有找到大型油气田的条件。

会昌早白垩世橄榄玄粗岩(shoshonite)成因的元素及Sr-O-Nd-Pb同位素地球化学证据

根据赣南会昌地区中基性火山岩高碱、富钾、低钛、贫铁,岩石中斜长石斑晶具钾长石环边,基质中存在大量钾长石微晶,以及富集轻稀土元素和大离子亲石元素等矿物-岩石地球化学特征,确切厘定会昌地区的中-基性火山岩为橄榄玄粗岩-安粗岩组合,属典型的大陆板内橄榄玄粗岩系列火山岩。对会昌橄榄玄粗岩进行了Rb-Sr同位素定年研究,确定其全岩Rb-Sr等时线年龄为107.3±2.3Ma。会昌橄榄玄粗岩系火山岩Sr-O-Nd-Pb同位素组成的特征为:偏高的ISr(0.7098~0.7115);较低的δ18O值(5.3‰~7.0‰);中等的εNd(t)(-0.61^-3.60);富放射性成因铅((206Pb/204Pb)i=17.32~18.29,(207Pb/204Pb)i=15.34~15.65,(208Pb/204Pb)i=37.51~38.60)。会昌橄榄玄粗岩的Δ7/4Pb值为-7.8^+16.8(平均值为+5.42),Δ8/4Pb值为27.3~97.3(平均值为68.04),ΔSr值为96.2~114.1(平均值为104.3),这表明存在典型的Dupal同位素异常。根据Sr-O,Sr-Nd,Sr-Pb,Nd-Pb,Pb-Pb同位素相关特征,判明会昌橄榄玄粗岩是由亏损地幔端元(DM)和岩石圈富集地幔端元(EM)在源区混合形成的。按Sr-Nd双变量二元混合模型计算得出源区物质中亏损地幔端元和富集地幔端元所占份额各占50%左右。会昌早白垩世橄榄玄粗岩系火山岩带的形成反映了华南板块内部在燕山晚期发生的一起重要的伸展构造事件。

赣南中侏罗世玄武岩的Pb-Nd-Sr同位素地球化学研究:中生代地幔源区特征及构造意义

赣南龙南—寻邬地区余田群菖蒲组底部的玄武岩形成于中侏罗世 (172 .6～ 175 .6Ma) ,其Pb ,Nd ,Sr同位素组成的特征为 :富放射性成因铅 ((2 0 6 Pb/ 2 0 4 Pb) i=17.872～ 18.6 5 3,(2 0 7Pb/ 2 0 4 Pb) i=15 .4 34～ 16 .131,(2 0 8Pb/ 2 0 4 Pb) i=37.837～ 39.194 ) ,中等的εNd(t) (- 0 .4～ + 1.1,平均值为 0 .1)及较高的ISr(0 .70 835～ 0 .71115 )。玄武岩在Pb -Pb图解上均投影于NHRL上方 ,Δ7/ 4Pb值为 0 .19～ 6 1.7(平均值为 2 2 .1) ,Δ8/ 4Pb值为 5 9.2～ 10 1.5 (平均值为 71.0 3) ,ΔSr值为 80 .0～ 111.5 (平均值为 91.5 ) ,表明存在典型的Dupal同位素异常。根据Sr-Nd ,Sr-Pb ,Nd -Pb和Pb -Pb相关特征 ,判明赣南玄武岩是由亏损地幔端元 (DMM)和EMⅡ型富集地幔端元在源区混合形成的。按Sr Nd双变量二元混合模型计算得出源区物质中亏损地幔端元和EMⅡ富集地幔端元所占份额分别为5 8%～ 6 4%和 4 2 %～ 36 %。赣南地区呈东西向展布的中侏罗世双峰式火山岩带反映了华南板块内部在燕山早期发生的一起重要伸展构造事件。根据Pb -Nd -Sr同位素地球化学及构造特征 ,推测赣南中生代地幔源区中的EMⅡ富集地幔端元组分可能源自冈瓦纳古陆。

藏南罗布莎蛇绿岩成因:壳层熔岩的Sr-Nd-Pb同位素制约

罗布莎蛇绿岩是雅鲁藏布江蛇绿岩带东段出露较好，也是研究程度较高的（蛇绿岩片之一，其壳层熔岩的Sr，Nd，Pb同位素组成具有较高的ISr值，较低的Isd值，大的εNd（f）值和富集放射性成因铅的特征。ISr值偏高可能是存在富集型地幔源区和蛇绿岩形成过程中经受了地幔流体的交代作用引起的。Nd同位素及Sr-Nd同位素图解表明罗布莎蛇绿岩壳层玄武岩源区有N-MORB的特征，又有EMⅡ型富集地幔组分的贡献。Pb-Pb图解上样品均投影在NHRL上方，ASr为47．4～73．0（平均为58．4），△7／4Pb为0．69～12．20（平均为5．87），A8／4Pb为12．78～58．39（平均为35．23），表明存在Dupal同位素异常。根据Sr-Nd，PhPb和Nd-Pb同位素相关特征，判明罗布莎蛇绿岩壳层熔岩是由具亏损地幔端员（DMM）性质的岩浆和具EMⅡ型富集地幔端员性质的岩浆在源区混合形成的。

冲绳海槽火山岩地球化学特征及岩浆源区地幔性质探讨

冲绳海槽是因菲律宾海板块俯冲于欧亚板块之下,在陆壳上发育起来的一个初始的弧后盆地,是研究弧后扩张作用早期盆地演化、岩浆作用和壳幔过程的天然实验室。尽管迄今对冲绳海槽已经做了大量的调查研究工作,但仍存在一些颇有争议或亟待解决的科学问题,如:冲绳海槽酸性浮岩与基性玄武岩之间的成因联系,冲绳海槽不同区段构造背景对岩浆作用的控制,冲绳海槽岩浆源区地幔的特征,俯冲板块组分(流体+熔体)对地幔楔部分熔融的贡献等。本文在系统收集和整理(剔除了一些存疑数据)了迄今已有冲绳海槽火山岩主量元素、微量元素(包括稀土元素)与Sr-Nd-Pb同位素数据的基础上,通过对资料的系统分析,进一步确认了酸性浮岩与基性玄武岩的岩浆同源性;认为在冲绳海槽北段与中段主要分布有酸性浮岩和中性安山岩,应该是两段区域目前正处于裂谷阶段的反映,而南段广泛分布的基性玄武岩说明在构造性质上已接近成熟性弧后盆地;冲绳海槽的火山岩岩浆源区具有Ⅱ型富集地幔(EMⅡ型)Dupal异常特征,岩浆源于流行地幔(PREMA)和EMⅡ型地幔端元混合的源区地幔,其中EMⅡ约占比15%,PREMA贡献率在85%左右;源于俯冲的菲律宾海板块(俯冲洋壳或沉积物)的流/熔体的加入是导致冲绳海槽下伏地幔具有EMⅡ型特征的原因,这一点不同于Dupal异常源于壳幔相互作用的观点。

南海新生代碱性玄武岩主量、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素研究

南海海盆玄武质岩石的全岩K-Ar年龄为7.9～3.8Ma,为南海扩张停止(15.5Ma)后、晚中新世以来的板内火山作用的产物,可与其周边地区(如雷琼半岛、南海北缘及中南半岛等)同期火山作用的岩石成因和源区性质进行对比研究.在详细的岩相学研究基础上,从中挑选出了新鲜的玄武质岩石,并进行了主量、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素分析研究.结果表明,该区玄武岩属于碱性玄武岩浆系列,具有OIB型的稀土及微量元素特点,形成岩浆的部分熔融作用程度较低,岩浆在上升期间或在高位岩浆房中经历了结晶分异作用和堆晶作用.Sr-Nd-Pb同位素地球化学研究表明,南海地幔存在不均一性,岩浆源区性质为EM2与DMM的二端员混合模式,其中EM2为来自地幔柱物质的富集端员,DMM端员为大洋软流圈或岩石圈亏损地幔;Pb同位素特征显示本区存在Dupal异常,结合北冰洋Gakkel脊新发现的Dupal异常,表明此异常并非只限于南半球.从Sr-Nd-Pb同位素变异图解中可见,南海与雷琼半岛、南海北缘以及中南半岛地区可能具有相似的地幔源区特征,与中国华北及东北地区存在一定差异.南海海盆晚中新世以来的玄武岩为海南地幔柱提供了地球化学制约.

碧口火山岩系地球化学特征及Sr-Nd-Pb同位素组成——晋宁期扬子北缘裂解的证据

碧口火山岩系的形成环境及构造属性是解决扬子板块前寒武纪构造格局与演化的关键问题之一.最新的研究发现,碧口火山岩系含有洋中脊玄武岩、洋岛碱性玄武岩、洋岛拉斑玄武岩等几种残余洋壳的组成单元以及与大洋俯冲有关的弧火山岩体系.总体上各岩石组成单元之间呈构造接触,表明碧口火山岩系为一蛇绿混杂岩带,结合已有研究资料,暗示新元古代晋宁造山运动晚期扬子陆块北缘曾经发育并存在过一个古洋盆.同时,其同位素地球化学显示Dupal异常,表明洋盆可能发育于南半球位置,并且火山岩地幔源区可能受俯冲板片相变脱水作用而具有EMⅠ和EMⅡ富集端员成分.综合现有岩石地球化学资料,新元古代晋宁期碧口蛇绿混杂岩系代表了当时扬子板块北缘一个局部裂解事件.

古特提斯蛇绿岩的综合对比及其动力学意义——以德尔尼蛇绿岩为例

获得的德尔尼蛇绿岩变基性火山岩的Nd-Pb同位素特征表明地幔源区由混合了第2类富集地幔(EMⅡ)的亏损地幔(DMM)组成,同位素组成与印度洋和南太平洋MORB类似,具备DUPAL异常.在此基础上进行的综合对比显示德尔尼蛇绿岩在物质组成、形成时代和源区特征方面均与三江地区的古特提斯蛇绿岩一致,阿尼玛卿古特提斯洋盆的演化也与三江和秦岭地区的多个古特提斯洋盆在裂解、扩张、萎缩和碰撞的时代上基本保持同步.结合前人工作及区域资料,这为东古特提斯域洋盆的演化受控于下地幔组分积极参与的深部过程提供了进一步证据,这一过程影响了中生代的东亚大地构造格局.