地幔柱活动对克拉通岩石圈地幔的影响:西伯利亚克拉通地幔橄榄岩包体Sr-Nd-Hf同位素制约.pdf
《地幔柱活动对克拉通岩石圈地幔的影响:西伯利亚克拉通地幔橄榄岩包体Sr-Nd-Hf同位素制约.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《地幔柱活动对克拉通岩石圈地幔的影响:西伯利亚克拉通地幔橄榄岩包体Sr-Nd-Hf同位素制约.pdf(15页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、第 卷 第 期 年 月 世 界 地 质 文章编号:()地幔柱活动对克拉通岩石圈地幔的影响:西伯利亚克拉通地幔橄榄岩包体 同位素制约程哲 孙晶中国石油大学(北京)地球科学学院 北京 摘要:利用单矿物溶液法分析了 金伯利岩中橄榄岩包体单矿物的 同位素组成并且与 金伯利岩中橄榄岩包体单矿物的 同位素组成进行了对比 结果显示 金伯利岩中橄榄岩包体单斜辉石具有亏损的 同位素组成和富集的、同位素组成橄榄岩包体石榴子石的 同位素组成表现出原始的特征 没有受到交代作用的影响 通过对比 和 金伯利岩中地幔包体的特征和单斜辉石的二元混合模拟发现 金伯利岩中的地幔包体的 同位素组成更偏向于金伯利岩的特征 而与之相反
2、 金伯利岩中的地幔包体的 同位素组成则位于金伯利岩和地幔柱溢流玄武岩之间 且更加偏向于溢流玄武岩的同位素特征 因此 地幔柱活动对西伯利亚克拉通岩石圈产生了影响 改变了其岩石圈地幔的同位素组成关键词:同位素 地幔柱 橄榄岩包体 西伯利亚岩克拉通中图分类号:文献标识码:/收稿日期:修订日期:基金项目:国家自然科学青年基金项目()第一作者:程哲()男 硕士研究生 主要从事岩石地球化学研究:通信作者:孙晶()女 博士 副教授 主要从事岩石学与地球化学研究:.:引言由于难熔地幔根的存在 克拉通能够保持长期的稳定 但是来自克拉通岩石圈地幔下部的地幔柱在上涌时会穿透岩石圈地幔 在此过程中地幔柱是否改造克拉通
3、岩石圈地幔一直是国内外研究的热点问题 要了解地幔柱活动对克拉通岩石圈地幔的影响 就需要研究地幔柱活动前后克拉通岩石圈地幔的变化 金伯利岩岩浆喷发为研究岩石圈地幔提供了有效的途径 它们将地幔橄榄岩包体从位于克拉通下部的岩石圈地幔带到地球表面 由于这些地幔橄榄岩包体是岩石圈地幔(主要是尖晶石和石榴子石橄榄岩)的直接样本 可以提供有关岩石圈地幔的组成、结构、热状态和地幔过程的直接信息 特别是地幔柱活动后喷发的金伯利岩 其携带的橄榄岩包体的主微量元素和同位素地球化学组成能够反映地幔柱活动后克拉通岩石圈地幔的地球化学特征西伯利亚克拉通在 发生了一次超级地幔柱活动 形成了著名的西伯利亚大火成岩省目前利用二
4、次离子质谱法()研究金伯利岩中钙钛矿 地质年龄 确定了西伯利亚克拉通两个著名的 和 金伯利岩筒的喷发时间 两个金伯利岩筒分别喷发于 和 即在时间上处于超级地幔柱活动发生之前和结束之后 是研究地幔柱活动对克拉通影响的理想地点 前人对地幔柱活动前后两个金伯利岩筒中地幔橄榄岩包体的主微量元素进行了研究 认为 地幔包体中石榴子石被金伯利岩熔体所交代而 地幔包体中石榴子石被玄武岩质熔体交代 并且认为由于地幔柱引起的热扰动造成了西伯利亚克拉通岩石圈地幔产生了近 的厚度差异 即 下方的岩石圈地幔()比 下方的岩石圈地幔()厚 西伯利亚克拉通岩石圈地幔厚度变化的原因至今仍有争议 有研究认为西伯利亚岩石圈地幔是
5、在碰撞拼合之前或碰撞拼合时导致克拉通不同地区厚度的不同 因此厚度的变化并不能证明地幔柱活动对岩石圈地幔产生了影响 前人对西伯利亚地幔橄榄岩包体的研究表明 在地幔柱活动之前的 地幔包体具有非放射成因(相对于 球粒陨石)的 同位素组成和较低的/这些都是经历过熔体抽提的古代亏损克拉通地幔的特征 而在地幔柱活动后的 地幔包体存在被硅酸盐熔体渗透过的 同位素特征 同时也存在“原始”残留的证据(和较低的/)现有的研究没有系统统计和对比过地幔柱活动前后 和 地幔橄榄岩的地球化学特征 缺少对地幔柱活动前后岩石圈地幔性质的对比 前人对 地幔橄榄岩包体的单斜辉石和石榴子石的、和 同位素进行了研究 但是缺乏地幔柱活
6、动后 地幔橄榄岩包体的矿物、和 同位素的研究 研究地幔包体中石榴子石和单斜辉石的、和 同位素组成 能够更有效地约束岩石圈地幔的特征笔者对 地区收集的二辉橄榄岩和纯橄岩包体中分离出来的单斜辉石和石榴子石进行了、同位素研究 进一步了解西伯利亚地幔柱活动中西伯利亚克拉通岩石圈地幔的演化过程 约束地幔柱活动对克拉通岩石圈地幔的影响 地质背景及样品描述 地质背景西伯利亚克拉通位于亚洲北部 是地球上最大的太古代至古元古代大陆区域之一 总面积约 西伯利亚克拉通主要被古生代沉积物和二叠纪溢流玄武岩所覆盖 地壳基底岩石主要暴露在 和 地盾上 西伯利亚克拉通在大约 时期克拉通化并且稳定 有超过 个金伯利岩筒分布在
7、西伯利亚克拉通上 研究发现该克拉通至少经历了 期金伯利岩浆喷发:、和 在 西伯利亚克拉通发生大规模玄武岩溢流 形成了目前地球上最大的显生宙大陆溢流玄武岩省 即所谓的西伯利亚暗色岩系 其岩浆喷发面积约 这一时期的地幔柱事件也称为超级地幔柱 世 界 地 质 第 卷 金伯利岩岩筒位于西伯利亚克拉通中部()(图)是 金伯利岩矿区的一部分 它切穿新元古代至古生代沉积岩 由东、西两个筒组成 金伯利岩中钙钛矿的 测年得出 东筒的喷发时间为()西筒喷发时间为()位于西伯利亚克拉通的东北部的 金伯利岩岩筒()(图)侵入震旦系的白云岩 并且在 河与 河汇合处附近的岸边存在露头 其喷发时间为 图 西伯利亚克拉通地质
8、简图 样品描述本次研究主要分析了 个 金伯利岩筒中收集的橄榄岩包体样品 包括 个尖晶石二辉橄榄岩、个尖晶石石榴子石二辉橄榄岩和 个尖晶石纯橄岩 直径为 所有样品均是尖晶石相橄榄岩 显示出粒状结构 主要含有橄榄石、单斜辉石、斜方辉石和尖晶石等矿物 部分样品中含有石榴子石、金云母和角闪石 从这些岩石样品中分离出纯净的单斜辉石和石榴子石进行矿物分析 样品 中发现橄榄石、单斜辉石和斜方辉石矿物之间存在三边平衡结构 这意味着 个矿物之间的元素达到平衡(图)这些矿物经历过高温固态流动而发生塑性变形 样品 的斜方辉石表面可见细小的单斜辉石出溶体(图)出溶现象表明包体在上升过程中 由于温压条件的变化而产生固溶
9、体的分离 在样品 和样品 的矿物晶体(橄榄石、斜方辉石和单斜辉石)边缘发现了随机分布的 质熔体 同时发现金云母和角闪石出现在含有 质熔体的样品 中(图)尖晶石在 橄榄岩包体中普遍存在 通常与单斜辉石共生 并且以他形晶、蠕虫状(图)、自形晶出现 不同结构的尖晶石可能代表着它们形成于不同的环境和温压条件 石榴子石少量存在于方辉橄榄岩和二辉橄榄岩中 主要为圆形或者椭圆形颗粒状 分析方法单斜辉石和石榴子石的 同位素的测定是使用中国地质大学(北京)同位素地球化学实验室的多接收电感耦合质谱仪()完成 实验方法是在前人研究的基础上由中国地质大学(北 京)同 位 素 地 球 化 学 实 验 室 改 进 而来从
10、橄榄岩包体中分离出来的单斜辉石和石榴子石颗粒用超纯水清洗 之后使用玛瑙研钵将淋洗干净的样品研磨至)其中 部分熔融程度低的 橄榄岩包体和 橄榄岩包体具有较低的橄榄石()和较低含量的 说明 和 地区的高橄榄石 橄榄岩包体是古老难熔岩石圈地幔的残余物 地幔柱活动对西伯利亚克拉通岩石圈地幔的影响 通过对比发现 大多数 地区地幔橄榄岩包体样品的 这是广泛熔体抽提后的结果 但是 橄榄岩包体中矿物的微量元素表明地幔包体在形成过程中存在一定程度的交代作用 由图 和图 可见 地图 和 橄榄岩包体的橄榄石 值频率分布图 区的地幔橄榄岩包体的橄榄石 值相较于 具有更加广泛的分布范围 研究认为在溢流玄武岩喷发期间高温
11、流体广泛的交代作用发生在低 含量的橄榄岩 使得 橄榄岩包体的 值提升 研究发现 地区下部的大陆岩石圈地幔受到了多种交代熔体的影响 包括碳酸盐熔体、玄武岩熔体和金伯利岩熔体 微量元素的变化特征反映了不同类型的交代熔体与地幔橄榄岩的相互作用 地幔柱活动前后西伯利亚克拉通岩石圈地幔的微量元素特征发生了改变 与 橄榄岩包体中单斜辉石的微量元素的特征相似 并且与西伯利亚大火成岩省玄武岩、和 金伯利岩的稀土配分模式相似(图、)和 橄榄岩包体的单斜辉石显示出较为单一的稀土元素组成模式 即从重稀土元素到中稀土元素到轻稀土元素的逐渐富集(图)大多数 橄榄岩包体中的单斜辉石显示出大离子亲石元素富集(如、等)高场强
12、元素亏损的特征(如、和 等)(图)这在交代地幔橄榄岩中十分常见 是属于熔体耗尽后熔体交代的结果 除了样品 的单斜辉石的稀土配分模式与 寄主金伯利岩相似外(图)大部分样品的单斜辉石稀土配分模式与西伯利亚大火成岩省玄武岩相似 另外样品 表现出独特的稀土元素配分模式 世 界 地 质 第 卷即轻稀土元素亏损 重稀土元素富集(图)除了 少 数 样 品 具 有 较 高 的(/)值 外 和 地幔包体中大部分单斜辉石的/值较高 与碳酸盐交代作用不吻合这种特征表明单斜辉石的轻稀土元素富集可能是晚期金伯利岩交代作用形成的 橄榄岩和 橄榄岩的数据来源同图 西伯利亚大火成岩省数据来自文献 和 金伯利岩数据来自文献 原
13、始地幔和球粒陨石标准值来自文献 图 和 地幔橄榄岩包体单斜辉石(、)和石榴子石(、)稀土元素球粒陨石标准化配分模式和微量元素原始地幔标准化蛛网图 ()()在克拉通环境下 熔体抽提后的橄榄岩通常显示出重稀土平坦型和正弦型的石榴子石稀土元素配分模式(图)正弦型表现为轻稀土元素相对亏损 中稀土元素逐渐富集 到重稀土元素又相对亏损 重稀土富集型主要为轻稀土元素亏损向中稀土元素逐渐变富集 重稀土元素相对原始地幔富集这两种模式在 地幔橄榄岩包体中十分常见 大部分 粗粒橄榄岩包体和方辉橄榄岩包体中 石榴子石稀土元素呈正弦型 中稀土元素和重稀土元素亏损几乎与轻稀土元素持平 而 过渡型和剪切变形橄榄岩包体的石榴
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 地幔 活动 克拉通 岩石圈 影响 西伯利亚 橄榄 岩包体 Sr Nd Hf 同位素 制约
链接地址:https://www.wenkunet.com/p-21721567.html