【摘 要】
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玄武岩起源于地幔部分熔融作用,其地球化学特征是源区组成、熔融温压条件和演化过程等多种因素的综合反映。相对于起源对流软流圈的正常洋中脊玄武岩(MORB),洋岛玄武岩(OIB)通常形成于热点或地幔柱,在元素-同位素组成上具有多样性和复杂性,反映了再循环地壳物质的贡献。然而,在大陆内部也广泛存在小规模的OIB型板内玄武岩,其岩浆成因和深部动力学背景备受争议,其中最核心的分歧在于岩浆源区中再循环地壳组分的
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
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玄武岩起源于地幔部分熔融作用,其地球化学特征是源区组成、熔融温压条件和演化过程等多种因素的综合反映。相对于起源对流软流圈的正常洋中脊玄武岩(MORB),洋岛玄武岩(OIB)通常形成于热点或地幔柱,在元素-同位素组成上具有多样性和复杂性,反映了再循环地壳物质的贡献。然而,在大陆内部也广泛存在小规模的OIB型板内玄武岩,其岩浆成因和深部动力学背景备受争议,其中最核心的分歧在于岩浆源区中再循环地壳组分的识别和来源。华南内陆地区在中生代广泛发育多期次的小规模OIB型玄武岩浆作用,是识别再循环地壳组分和探讨其物质来源的理想场所。本论文选取了华南中侏罗世具有类似HIMU特征的安塘和宁远玄武岩以及晚白垩世吉安玄武岩为研究对象。具体研究内容包括:(一)全岩主、微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf-Os-Ca同位素分析;(二)橄榄石主、微量元素和氧同位素分析;(三)熔体包裹体主、微量元素和水含量与氢同位素分析。通过对这两期OIB型玄武岩的详细矿物学、岩石学和地球化学的综合研究,我们厘定了其地幔源区特征和主要岩性组成,识别出三类再循环地壳组分,探讨了其可能的来源,为理解华南中生代构造-岩浆演化的深部动力学过程提供了重要依据。论文主要取得以下创新性成果和认识:(1)揭示了安塘OIB型玄武岩初始岩浆的富水特征(?2.65 wt%),很可能来源于地幔转换带中含有古老(>1.0 Ga)再循环洋壳的地幔储库。在安塘玄武岩中发现了异常富水的橄榄石熔体包裹体(水含量高达5.0 wt%)。然而,安塘玄武岩无论是全岩还是熔体包裹体,在原始地幔标准化微量元素蛛网图上相对亏损流体活动性元素,Nb-Ta正异常,在构造位置上远离同期的古太平洋俯冲带,因此不大可能来源于俯冲板片流体交代的地幔源区。同时,全岩和橄榄石具有明显低的CaO含量,表明其源区主要为榴辉岩或辉石岩。基于详细的矿物学观测与元素-同位素模拟计算显示,安塘玄武岩很可能来自于富水的地幔源区(0.16-0.21 wt%),由长期滞留在地幔转换带的古老(>1.0 Ga)再循环洋壳组分组成。我们的研究结果表明地幔转换带物质上涌发生减压熔融作用可能是形成板内富水玄武岩的一种重要机制。(2)提出了具有低δ44/40Ca组成的宁远玄武岩来源于再循环碳酸盐化大洋岩石圈。与安塘玄武岩类似,宁远玄武岩同样具有类似HIMU的地球化学特征。但是宁远玄武岩具有明显高CaO含量和CaO/Al2O3比值,在原始地幔标准化微量元素蛛网图上表现出Sr正异常和Hf-Ti弱负异常。此外,宁远玄武岩低Sr同位素组成,δ44/40Ca与Sr/Pr和Sr/Nb呈负相关性的特征,指示一个古老碳酸盐化地幔源区。宁远玄武岩具有比安塘玄武岩更高的206Pb/204Pb和更低的207Pb/206Pb比值,δ44/40Ca与206Pb/204Pb呈负相关性,与207Pb/206Pb呈正相关性。这些综合地球化学特征表明宁远玄武岩的地幔源区主要由古老再循环碳酸盐化大洋岩石圈组成。(3)揭示了晚白垩世(?90 Ma)吉安玄武岩的熔融源区存在同期俯冲的古太平洋板片组分。吉安玄武岩显示出典型的OIB型微量元素特征和类似于软流圈地幔的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成。橄榄石斑晶总体上表现出低δ18O(低至3.9‰),熔体包裹体具有低水含量和δD值。部分全岩表现出正Sr-Eu异常,表明吉安玄武岩的熔融地幔源区至少包含两种组分:软流圈和脱水蚀变的辉长质洋壳组分。橄榄石的低δ18O特征以及全岩Os-Pb同位素组成反映了年轻(<300Ma)俯冲板片的参与,极有可能来自同期俯冲的古太平洋板片。进一步的数值模拟结果表明脱水洋壳的部分熔融仅局限于被强烈减薄和撕裂的俯冲板片破裂面。我们认为古太平洋俯冲板片在后撤过程中发生撕裂并形成板片窗,来自撕裂板片的熔体与上涌的软流圈发生反应,形成了吉安玄武岩的富集地幔源区。软流圈与俯冲板片的相互作用可能是陆内OIB型玄武岩浆作用的重要动力学机制。(4)结合华南中生代的构造演化,我们认为侏罗纪和白垩纪发生在华南地区的板内玄武岩浆作用,与古太平洋板块俯冲作用存在一定的动力学联系。早-中侏罗世期间,古太平洋板块向东亚陆缘俯冲,在华南内部形成了强烈的地幔角流,诱发了地幔转换带的物质被动上涌和熔融,形成了富水的板内玄武岩浆作用。晚白垩世期间,古太平洋俯冲板片发生回卷后撤,诱发了板片的撕裂甚至断离作用,俯冲板片-软流圈相互作用形成了贫水的富集地幔源区。我们的研究结果表明大洋板片在不同俯冲阶段和俯冲方式对陆内小规模玄武岩浆的形成有重要影响。
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