铬铁矿预富集和上地幔部分熔融关系的实验研究

用合成地幔岩为原始材料,在温度1225°C和严格控制氧分压10^(-5)-10^(-12)atm条件下,对上地幔部分熔融作用与铬铁矿预富集关系进行实验研究。实验结果表明:(1)在达到稳态熔融结构时,5％-8％的玄武质硅酸盐熔体主要赋存在矿物三联点之间,它为铬元素从地幔岩中萃取运移和预富集提供了先决条件;(2)在部分熔融过程中原岩的尖晶石和辉石(铬透辉石和顽火辉石)提供的铬元素相结合,形成了富铬尖晶石和铬铁矿(Cr_2O_3可达38％-47％)。上地幔部分熔融作用不仅控制了上地幔岩石类型演化(二辉橄榄岩→方辉橄榄岩→纯橄榄岩),同时它对铬铁矿的预富集起着关键作用。

稀土元素地球化学指数与地幔部分熔融度的关系

探讨了REE配分模式图中的∑(1/REE)_N指数、(La/Yb)_N指数与地幔平衡部分熔融度F、REE总分配系数之间的关系,提出了一个定量计算地幔部分熔融度的有效方法,避免了用单一元素含量法可能出现的偏差,并以汉诺坝地区为例,说明了它的使用。

地幔橄榄岩部分熔融及相转变（尖晶石相→斜长石相）过程中的固相化学成分演化──Ⅰ．实验研究

在温度为ｌｌ３０─ｌ４５０℃，压力为０．４─２．０ＧＰａ条件下，实验研究了地幔橄榄岩部分熔融及相转变（尖晶石相→斜长石相）过程中的固相化学成分演变。在部分熔融中，随熔融度的增大，橄榄石的Ｍｇ／（Ｍｇ＋Ｆｅ）尖晶石和斜方辉石的Ｍｇ／（Ｍｇ＋Ｆｅ）及Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）逐渐增大；而橄榄石中的Ｃａ含量增至单斜辉石消失后逐渐降低；尖晶石中的Ｔｉ以较低的含量（ＴｉＯ２＜０．１５％）保持不变或稍有降低；斜方辉石中的Ｔｉ含量及单斜辉石的Ｎａ和Ｔｉ含量逐渐降低，直至非常小的值。在从尖晶石橄榄岩向斜长石橄榄岩的相转变过程中，尖晶石强烈富Ｔｉ，且其Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）逐渐增大；斜方辉石中的Ｔｉ含量和Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）同时逐渐增大；单斜辉石中的Ｎａ含量降低而Ｔｉ含量升高或保持不变。当斜长石橄榄岩经受了部分熔融（即使很微弱），其在相转变过程中引起的各矿物相的化学成分特征要全部消失，而表现部分熔融作用的特征。这可作为判别橄榄岩在斜长石相域内是否经历了部分熔融的标志。

壳内部分熔融低速层及其研究意义

实验岩石学、岩石地球物理学、地质学及理论分析均表明，至少在具有高热流值的区段，部分熔融作用可能是造成壳内低速带的主要原因．我们将由部分熔融作用所形成的壳内低速层称之为壳内部分熔融低速层．它是许多深部地质作用的发源和汇聚地，并影响和制约着地球物理场特征．因此，研究壳内部分熔融低速带的形成及其地质意义无疑将深化人们对深部地质作用发生和发展过程的认识．

软流层部分熔融岩浆竖向迁移模型分析

针对地幔蠕动过程中 ,软流层部分熔融岩浆上升这一地质背景 ,从力学的基本原理出发 ,将软流层岩石抽象为一类充满液体的多孔介质 ,并假定其以均匀速度上升 ,对岩石中部分熔融岩浆的迁移机理进行了分析 ,得到了一组简化的公式 ,并进行了计算。结果表明在此简化模型下 ,可以得到一个临界速度值的表达式。当岩石上升的速度低于该临界数值时 ,部分熔融岩浆将在一定的界面上形成 ;若大于这个临界数值 ,部分熔融岩浆的形成将滞后到一段竖向区域内完成。同时简单的计算结果也说明部分熔融岩浆的迁移运动是实现热量及成矿物质元素向上迁移的重要原因。其结果和某些岩浆过程的地质分析是一致的 ,这对进一步研究地幔蠕动及其成矿动力学具有重要的意义。

地球上地幔底部的一个全球性熔融层

上地幔410 km不连续面顶部存在一个全球性的地震波低速层,尤其是该低速层显示出横向不连续性。通常,这一地震学观测被认为是由于局部效应导致出现部分熔融,比如俯冲洋壳脱水或与地幔柱有关的含水硅酸盐矿物减压脱水、地幔过渡带滤水器模型等多种推测。但是到目前为止还没有可靠的实验结果来证实这些假说。

俯冲带中辉石岩的熔融

原始弧岩浆一直被认为形成于由板片脱水诱发的地幔楔橄榄岩的部分熔融,然而原始弧岩浆成分的多样性意味着有橄榄岩熔体之外的贡献。由于俯冲带中蚀变洋壳、地幔楔和上覆板块的下地壳广泛均有辉石岩存在,因而可能参与了弧岩浆的形成。同时,由于具有较之橄榄岩更低的固相线温度和更高的熔体产率,辉石岩的优先熔融可能提供了与其本身不成比例的弧岩浆量,这在橄榄岩熔融受到抑制的加厚地壳岛弧区尤为显著。

内蒙古集宁新生代玄武岩的地幔源区特征:元素及Sr-Nd-Pb同位素地球化学证据

内蒙古集宁玄武岩区位于华北克拉通北缘,东邻汉诺坝玄武岩区。由亚碱性的拉斑玄武岩及碱性的橄榄玄武岩、碧玄岩和碱玄岩组成。玄武岩的 SiO_2与 TiO_2含量分别为44.10～52.27wt.%和1.57～2.95wt.%,Mg~#(43-63)及 Ni 含量(27～210ppm)变化范围较大。集宁玄武岩的微量元素原始地幔标准化曲线及 REE 球粒陨石标准化曲线与 OIB 相似,Sr、Nd同位素比值显示了较汉诺坝玄武岩富集的特征。研究表明,虽然集宁玄武岩浆经历了一定程度的橄榄石、单斜辉石的分离结晶作用,但微量元素及 Sr、Nd、Pb 同位素特征排除了幔源岩浆在喷发到地表过程中受到地壳物质显著混染的可能性。^(143)Nd/^(144)Nd、^(87)Sr/^(86)Sr vs.^(206)Pb/^(204)Pb 的线性相关性表明,集宁玄武岩至少来自两个地幔端元组分:EMI 和 PREMA,且端元组分与汉诺坝玄武岩相似。尖晶石二辉橄榄岩的低程度部分熔融(2～5%)熔体与石榴石二辉橄榄岩更低程度部分熔融(<2%)熔体的混合,可以解释集宁玄武岩稀土元素的变化特征。推测 EMI 位于岩石圈地幔之内且源区深度<70km,PREMA 则来自软流圈地幔。集宁碱性玄武岩与亚碱性玄武岩之间的地球化学差异,可能只是来自岩石圈地幔的 EMI 型熔体和来自软流圈地幔的 PREMA 型熔体在形成玄武岩浆时参与混合的比例不同,暗示该地区的岩石圈地幔与软流囤地幔之间经历了强烈的相互作用。集宁玄武岩与汉诺坝玄武岩相似的 Sr、Nd、Pb 同位素比值及相关性,说明它们具有相似的地幔源区,汉诺坝玄武岩的地球化学差异同样可以用 EMI 与 PREMA 组分对岩浆贡献程度的不同来解释。

地幔流体基本特征及成因

与构造环境密切相关的氧逸度是控制地幔流体成分的最根本因素CO2和H2O为大多数地幔流体的主要成分。俯冲板块的脱水脱气作用、地幔原始残留挥发份及地幔部分熔融作用是地幔流体的主要来源。

南秦岭印支期花岗岩带的“地幔印记”

南秦岭印支期花岗岩带的岩石组合包括闪长岩、二长闪长岩、英云闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩等,岩体内广泛存在镁铁质微粒包体和脉体。大量(超过50%)样品具有高Mg#(<0.76),高Cr(>100×10-6,最高为1600×10-6)、Sr(>500×10-6)、Ba(>1000×10-6)的"地幔印记(mantle signature)"。含石榴石基性岩部分重熔模型可以解释部分样品的高LREE、低HREE和高Sr低Y特征,但无法合理解释"地幔印记"的存在。简单的地幔上涌、减压熔融模型虽然可以产生幔源岩浆并解释基性-酸性岩浆混合现象,但与具"地幔印记"样品的Sr、Nd同位素富集(ISr=0.7054～0.7085;εNd(t)=-1.52～-9.17)和区域地质特征相矛盾。具"地幔印记"样品与高Mg埃达克岩和太古宙sanukitoid岩系的相似性表明它们可以由含水富集地幔的直接熔融形成。

华南东部地幔过渡带顶部低速层中的熔体含量估算

地幔过渡带顶部低速层的成因及性质研究,对于认识地球内部物质运移及地幔对流过程等具有非常重要的动力学意义.最新的地震学研究显示,华南陆块东部地幔过渡带顶部的低速层存在着明显的区域性差异.一般认为,该低速层的形成与脱水引起的部分熔融有关.本文利用部分熔融体系的平衡几何模型,重点分析了熔体成分、位温、二面角和玄武质含量等因素对熔体含量的影响,并结合该低速层的分布特征,估算出研究区的南北两个子区域地幔过渡顶部熔体含量分别为～1.18vol.%和～2.02vol.%.这一熔体含量的显著差异可能与太平洋板片多期次俯冲作用的叠加有关。

峨眉山大火成岩省中的苦橄岩:地幔柱活动证据

峨眉山大陆溢流玄武岩省中新发现的苦橄质熔岩中的橄榄石和铬尖晶石分别以富镁和富铬为特征。利用橄榄石-熔体平衡原理恢复得到原生岩浆的MgO含量约为22％,表明该地区既有代表原生岩浆成分的苦橄岩,也有代表演化和堆晶成因的苦橄岩,根据有关实验估算其形成的T=1600℃,P=4.5GPa。如此高的温度指示了苦橄岩的形成与地幔柱作用有关。其稀土和微量元素配分模式以轻稀土富集和高场强元素(HFSE)相对亏损,不存在Nb、Ta负异常,而以P和K负异常为特征。其La／Ta、La／Sm、(La／Nb)PM、(Th／Ta)PM值变化范围小,均指示其地幔柱成因,且上升过程中很少或没有受到岩石圈地慢或地壳物质的混染,是石榴二辉橄揽岩经大约7％的部分熔融的产物。地慢柱的轴部位置可能位于现今云南丽江县城一带。

南公珠错地幔橄榄岩:雅鲁藏布江缝合带西段一个典型的大洋地幔橄榄岩

西藏阿里地区的南公珠错蛇绿岩产在公珠错的南侧,空间上属于雅鲁藏布江缝合带西段之南亚带蛇绿岩。该蛇绿岩主要由地幔橄榄岩和辉长岩等基性岩类组成。地幔橄榄岩中约80%为方辉橄榄岩,20%为二辉橄榄岩,纯橄岩较少。南公珠错地幔橄榄岩矿物化学特征表现为橄榄石具有较低的Fo(89.3~91.4)值、辉石具有较高的Al_2O_3含量(1.89%~6.06%)、尖晶石具有较低的Cr~#(12.7~28.3)值。与原始地幔相比南公珠错地幔橄榄岩的全岩地球化学特征具有较高的MgO含量和较低的Al_2O_3、CaO和TiO_2等易熔元素含量;方辉橄榄岩和二辉橄榄岩的稀土元素总含量分别介于0.66×10-6~1.10×10-6和0.90×10^(-6)~3.78×10^(-6)之间,明显低于原始地幔值,其稀土元素配分模式为轻稀土元素轻微富集型;在原始地幔标准化微量元素蜘蛛图中,南公珠错地幔橄榄岩显示出强烈的U正异常、Nd轻微正异常和强不相容元素Zr的负异常;方辉橄榄岩和二辉橄榄岩的铂族元素总量分别介于15.26×10^(-9)~25.23×10^(-9)和18.74×10^(-9)~26.86×10^(-9)之间,二者含量的变化较小,南公珠错地幔橄榄岩PGEs球粒陨石标准化图解显示其为接近于原始地幔的"平坦型"。南公珠错地幔橄榄岩的矿物化学和全岩地球化学特征与深海橄榄岩相似,指示它们可能形成于大洋扩张脊环境。定量模拟估算表明,南公珠错地幔橄榄岩可能来源于地幔中的尖晶石相二辉橄榄岩源区,系经历了至多16%部分熔融的残余。LREE的微富集和较高的Pd/Ir、Rh/Ir比值指示它们还经历了岩石-熔体反应作用。初步结论认为南公珠错地幔橄榄岩形成于大洋脊环境,为尖晶石相二辉橄榄岩地幔源区较低程度部分熔融的残余,但经历了后期岩石-熔体反应作用。

雅鲁藏布江蛇绿岩带西段错不扎地幔橄榄岩组成特征及岩石成因

错不扎蛇绿岩位于雅鲁藏布江缝合带西段北亚带,岩体呈北西-南东走向带状产出,主要由地幔橄榄岩和辉长岩脉组成。地幔橄榄岩主体为方辉橄榄岩,详细的矿物学及岩石地球化学研究表明,错不扎方辉橄榄岩中橄榄石为镁橄榄石,斜方辉石主要为顽火辉石,而单斜辉石主要为顽透辉石和透辉石,铬尖晶石具有高Al和高Mg（Mg#=60~70）特征。稀土配分图解显示其具有轻稀土亏损而重稀土富集的左倾型亏损地幔源区特征,（La/Yb）N=0.11~0.60,模拟结果显示其为经历了15%~20%部分熔融后的残余,与快速扩张大洋中脊环境下形成的深海橄榄岩的熔融程度（10%~22%）较为一致。此外,错不扎方辉橄榄岩轻稀土含量明显高于部分熔融模型中LREE的含量,而且,在微量元素原始地幔标准化图解中富集大离子亲石元素Rb、Sr和高场强元素Ta、Hf和Ti,这一特征指示错不扎方辉橄榄岩在大洋中脊环境形成后又受到后期俯冲带熔/流体的改造。结合南北两带不同蛇绿岩体构造环境的对比,笔者认为雅鲁藏布江西段南北两带蛇绿岩体具有相似的形成环境,两者在地理位置以及产状方面的差别可能是受到构造侵位的影响。

内蒙古柯单山蛇绿岩地幔橄榄岩铂族元素(PGEs)的分布特征及分异机制探讨

采用Carius管结合MC-ICPMS法分析了内蒙古柯单山蛇绿岩地幔橄榄岩中Ir、Ru、Pt和Pd的含量,与典型的地幔橄榄岩进行对比研究,发现柯单山地幔橄榄岩中Ir和Ru明显亏损,Pt和Pd强烈富集,具有极高的Pd/Ir值,PGEs地幔标准化配分模式具有较陡的正斜率,明显不同于通常观测到的代表部分熔融残留相中铂族元素配分模式(负斜率或平坦型)。柯单山地幔橄榄岩的Ir和Ru与MgO呈正相关关系,表明Ir和Ru的亏损可能与部分熔融过程中硫化物的消耗程度有关,而与PGEs在硫化物/硅酸盐间的能斯特分配系数没有直接关系;Pt、Pd的富集表明本区的地幔橄榄岩不仅仅是经历过部分熔融的残余,而与来自深海的橄榄岩和大陆岩石圈地幔(SCLM)中的方辉橄榄岩相似,因此推测,本区地幔橄榄岩在部分熔融后又经历了富Pd的熔/流体交代,而熔/流体的来源可能是在岩浆分异演化过程中"熔离"出来的硫化物。

地幔捕虏体中的流体-熔体包裹体

地幔流体的研究现已成为国内外前沿课题。地幔岩捕虏体中的流体 熔体包裹体是地幔流体的直接证据 ,通过对它们的研究可以直接获取地幔流体的信息。包裹体按相态特征主要有三类 :二氧化碳流体包裹体、二氧化碳 硅酸盐熔体包裹体、硫化物 熔体流体包裹体。本文总结了地幔岩中流体 熔体包裹体的基本特征、微量元素地球化学、硫化物 熔体包裹体和二氧化碳流体包裹体稳定同位素特征的研究进展状况。讨论认为 :地幔流体是由C、H、O、S等元素的挥发份和硅酸盐熔体组成 ;上地幔流体在化学成分上明显富含CO2 、硫化物、LILE和REE ,它引起地幔交代作用和地幔部分熔融 ;上地幔流体的分布存在不均匀性 。

地幔交代作用研究综述

地幔交代现象广泛发现于各地的碱性玄武岩或金伯利岩中的地幔橄榄岩包体中。地幔交代作用以地幔岩包体中不相容元素的高度富集和(或)出现角闪石、金云母为标志。岩石学、地球化学、同位素资料等显示地幔交代作用与岩板俯冲及部分熔融作用之间存在密切联系。地幔组成、结构、演化与大陆构造演化之间存在紧密的关系。同位素模式年龄暗示地幔交代作用可能是大陆构造活动的深部原园。

郯庐断裂带新生代的上地幔剪切作用与火山活动

沿郯庐断裂带新生代大规模的幔源玄武岩喷发是伴随着上地幔剪切作用而出现的。古近纪(老第三纪)伸展活动期,断裂带在上地幔的伸展剪切及同时的软流圈上涌、岩石圈拆沉是该阶段玄武岩浆活动的主要原因。断裂带内新近纪(新第三纪)至第四纪玄武岩中的幔源包体,不但指示了上地幔韧性剪切带的存在,也反映了断裂切割深度与详细的流变学特征。在新近纪以来的区域挤压背景下,郯庐断裂带压性或压扭性的上地幔剪切→地幔交代→部分熔融是该期玄武岩喷发的主要机制。

地幔Sr-Nd-Pb同位素演化的综合模型与n维同位素空间“地幔面”的地质意义

在 n 维的 Sr-Nd-Pb 同位素空间中,几乎所有的大洋中脊玄武岩(MORB)和洋岛玄武岩(OIB)都落在一个虚拟平面上,被称为"地幔面(mantle plane)"。"地幔面"描述了大部分玄武岩的同位素地球化学特征,是最重要的、也是最早提出的地幔动力学演化特征之一,但是长期以来关于"地幔面"的内涵和意义并不清楚。本文通过一个综合模型,反演受岩浆作用控制的地幔微量元素(包括各种同位素母体元素)分异、Sr-Nd-Pb同位素演化,并推导出地幔 Sr-Nd-Pb 同位素演化的二元参数方程形式。模型表明,通过部分熔融向地壳输出相对富硅、富碱的物质成分,是地幔长期演化的主要特点,这个过程受到两个参数—部分融融程度(F)和岩浆分离的时间(t)—的控制,即 n 维参数可化为2维,因此在 n 维同位素空间出现"地幔面"的特征。壳源物资循环,能够使局部地幔偏离"地幔面",就地幔总体统计特征而言,地壳混染的比例很低,不同的统计数据显示大约1%～6%的系统偏差,即可能的地壳混染程度;进一步模拟,可能作出更加精确的估算。

西藏雅鲁藏布江缝合带泽当地幔橄榄岩的矿物化学和铂族元素特征

泽当蛇绿岩位于雅鲁藏布江缝合带东段,由地幔橄榄岩、辉长辉绿岩、火山岩等组成。地幔橄榄岩主要为方辉橄榄岩和二辉橄榄岩,有少量的铬铁矿化方辉橄榄岩和透镜状纯橄岩。地幔橄榄岩中橄榄石的Fo值为89.6~91.8,属镁橄榄石。斜方辉石为顽火辉石,En端员组分变化于87.8~90.3。单斜辉石En组分变化于44.1~50.0,主要为顽透辉石和透辉石。二辉橄榄岩与方辉橄榄岩铬尖晶石的Cr#为17.0~31.8,为富铝型尖晶石。泽当地幔橄榄岩PGE总量为16.67×10-9~32.59×10-9,与原始地幔相似。矿物化学特征显示泽当二辉橄榄岩属于深海型地幔橄榄岩,方辉橄榄岩属于弧前地幔橄榄岩。尖晶石Cr#、橄榄石Mg#的变化以及高Os含量（3.50×10-9~7.75×10-9）表明泽当地幔橄榄岩经历了部分熔融过程;正斜率的PGE配分模式以及较高的Pd/Ir值（1.09~3.94）表明泽当地幔橄榄岩受到了俯冲带环境下地幔交代作用的改造。泽当地幔橄榄岩矿物学特征与铂族元素地球化学特征显示其形成于MOR环境,后受到SSZ环境的改造。