（地球化学专业论文）中国东部早白垩世基性岩pbsrnd同位素特征：下地壳对其地幔源区的贡献.pdf

中国科学技术大学博上学位论文 摘要 本论文通过对中国东部各构造单元，包括华北的鲁西地区、大别造山带和扬 予东北缘的长江中下游地区的早白垩世基性岩以及华北东南缘的胶：f i 大西庄晚 白垩世玄武岩中的辉石巨晶的年代学和s f - n d p b 同位素研究，反演自垩世中国 东部各构造单元的陆下岩石圈地幔的同位素地球化学特征。 作为讨论壳幔相互作用的基础，本论文根据文献资料对华北克拉通、扬子地 块和大别造山带的上、下地壳的同位素特征进行了制约。以迁西群麻粒岩相变质 岩作为华北下地壳的代表，以泰山群花岗质片麻岩作为华北中、上地壳的代表， 以华北古生代金伯利岩包体代表减薄发生前的古生代华北岩石圈地幔。以崆岭群 花岗质片麻岩的s r n d 同位素组成代表扬子下地壳的s r n d 同位素变化范围，以 扬子东段中生代铜陵地区花岗岩的p b 同位素组成近似为扬子下地壳的p b 同位 素变化范围；以董岭群斜长角闪片岩和皖南浅变质岩及沉积岩的s r n d 同位素组 成代表扬子中、上地壳的s r n d 同位素范固，以安徽沿江沉积岩和板溪群千枚岩 p b 同位素组成代表扬子中、上地壳的p b 同位素变化范围。以北大别片麻岩代表 大别下地壳，以南大别片麻岩代表大别上地壳。 华北鲁西地区的济南和邹平样品包括辉长岩和辉长辉绿岩，其中邹平辉长辉 绿岩中的锆石给出1 2 8 2 a ：2 0m a 的s h r i m pu p b 年龄，代表岩体的形成时代。 济南和邹平两岩体的辉长岩均属于拉斑系列，微量元素表现出r b 、b a 等大离子 亲石元素( l i l e ) 富集和p b 、s r 正异常而n b 、t a 和n 等高场强元素( h f s e ) 亏损的特征，稀土元素均表现出轻稀土( l r e e ) 富集和不同程度的e u 正异常。 元素、同位素判别和锆石年代学研究结果表明，其初始岩浆在上升侵位过程中， 没有受到地壳物质的显著混染，其圆位素组成能够用来示踪地幔源区的性质。济 南和邹平辉长岩的初始同位素组成为”s 扩6 s r ( t ) = o 7 0 4 1 o 7 0 5 5 ，8n d ( t ) = 6 1 8 7 ，2 d 6 p b 2 0 4 p b ( t ) = 1 6 5 5 1 7 0 0 ，2 0 7 p b 2 明p b ( t ) = 1 5 2 2 1 5 3 5 ， 2 0 8 p b 2 0 4 p b ( t ) = 3 6 2 9 3 6 9 5 ，表明其地幔源区具有同位素富集特征。虽然类 似于e mi 的特征，但与典型的由大洋玄武岩定义的e mi 地幔端元相比，n d 和 p b 同位素比值较低，反映了显著的地壳物质贡献。华北古生代金伯利岩包体的 s r - n d p b 同位素组成表明华北古生代岩石圈地幔具有e m1 1 型的富集地幔特征。 中国科学技术大学博e 学位论文 太古代迁西群变质杂岩是华北克拉通代表性的古老下地壳物质，济南和邹平辉长 岩的源区物质可能由古老岩石圈地缦和华北下地壳混合而成的。 庐枞火山岩出露于扬子地块东北缘的长江中下游地区，是一套包括粗玄岩一 玄武粗安岩一粗面岩的富碱钾玄质岩石系列。本论文所研究的双庙旋回玄武岩和 浮山旋回粗面岩均表现出富碱富钾、富a 1 2 0 3 ，高f e 2 0 3 ，低m g o 、t i 0 2 的特征， 微量元素表现出t h 、u 、k 等大离子亲石元素富集特征，稀土元素表现出l r e e 富集和没有e u 负异常等特征。双庙组火山岩的锆石给出t 2 9 5 士2 ，3m a 的s h r i m p u p b 年龄，代表其形成时代。根据元素、同位素判别和锆石年代学的研究结果， 其初始岩浆在上升侵位过程中也没有受到地壳物质显著混染。庐枞双庙旋回玄武 岩和浮山旋回租面岩的初始同位素组成为”s r 耶s r ( t ) = 0 7 0 5 7 - 0 7 0 6 5 ，n d ( t ) = 3 9 - - 6 2 ，2 0 6 p b 2 0 4 p b ( t ) = 1 7 8 8 - - 1 8 0 8 ，2 0 7 p b 2 0 4 p b ( t ) = 1 5 5 0 1 5 5 5 ， 2 0 8 p b 2 0 4 p b ( t ) = 3 7 9 3 3 8 1 8 ，介于d m m 和e mi i 型端元之间。s r - n d 和p b 同位 素特征均显示扬子下地壳对庐枞火山岩的地幔源区有一定的贡献。 大别造山带中北大别基性岩以椒子岩和沙村岩体为代表，岩性包括辉长岩 和辉石岩，大部分属于拉斑系列，少数落在碱性系列范围。具有n b 、z r 、t i 亏 损、r b ，1 3 a ，p b 富集和l r e e 富集、轻微的e u 负异常等特征。北大别基性岩 的初始岩浆在上升侵位过程中也没有受到地壳物质的显著混染，其初始同位素组 成为8 7 s r ：6 s r ( t ) = o 7 0 6 7 0 7 0 8 5 ，8b i d ( t ) = 6 5 1 9 1 ，2 0 6 p b 2 0 4 p b ( t ) = 1 6 3 7 1 7 ，4 0 ，2 0 t p b 2 0 4 p b ( t ) = 1 5 3 1 1 5 4 5 ，2 0 8 p 醚2 舛p b ( t ) - - - - - 3 7 1 l 3 7 ，9 8 。 与华北克拉通基性岩( 以济南和邹平辉长岩为代表) 相比，有较高的8 7 s r ：6 s r ( t ) 而较低的n d ( t ) ，较高的2 0 7 p b 2 0 4 p b 和2 0 8 p b 2 0 4 p b 而基本一致的2 0 6 p b z 0 4 p b ，反 映其源区较华北基性岩的源区有较高的耻值和似j 比值。这些北大别基性岩的 p b 同位素表现出类似于e mi 的特征，而s r - n d 同位素特征介于e mi 和e m i i 之间。在s r - n d 和p b p b 同位素图解中，北大别基性岩源区与大别造山带花岗岩 的区域重合，并且两者都落在北大别片麻岩的范围内，暗示了以北大别片麻岩为 代表的大别下地壳对北大别基性岩的源区有显著贡献。 华北克拉通、大别造山带和扬子东北缘的长江中下游地区的早白垩世地幔的 同位素特征均暗示地幔源区中有对应的下魄壳物质的贡献。不同下地壳物质的加 入，是导致不同地质单元早白垩世岩石圈地幔地球化学差异的重要原因之一。在 中国科学技术大学博士学位论文 排除了岩石形成过程中地壳混染的可能性后，壳幔物质的源区混合是最主要的过 程。本论文倾向认为岩石圈拆沉是下地壳参与基性岩地幔源区的可能的动力学模 式，但由于不能为下地壳参与源区的机制提供直接的制约，所以地幔交代作用也 不能排除。 根据主量元素分析结果，胶州大西庄玄武岩( 7 3m a ) 中的辉石巨晶可能包 括两类：单斜辉石巨晶和斜方辉石巨晶。虽然它们的化学组成差别很大，但同位 素组成没有差别。辉石巨晶与寄主玄武岩具有几乎完全相同的同位素组成，其 8 7 s r s 6 s r ( t ) 和8n d ( t ) 分别为0 7 0 3 3 0 7 0 4 1 、+ 4 5 + 6 5 和o 7 0 3 5 0 7 0 3 8 、 + 7 1 + 7 6 ，暗示辉石臣晶和寄主岩具有相同的地幔源区，即辉石巨晶是玄武岩 浆在高压下结晶的产物。亏损的同位素特征表明，在白垩世末期( 7 3m a ) 。胶 东地区的岩石圈地幔已经由富集转变为亏损，表现出类似于中国东部新生代地幔 的同位素特征，即表明当时岩石圈减薄( 或置换) 已经完成。 中国科学挫术大学博上学位硷史 a b s t r a c t t h eg e o c h r o n o l o g ya n ds r - n d p bi s o t o p i cc o m p o s i t i o n so ft h ee a r l yc r e t a c e o u s m a r i er o c k sf r o md i f f e r e n tt e c t o n i cu n i t so ft h ee a s t e r nc h i n o i n c l u d i n gw e s t e r n s h a n d o n gp r o v i n c ei nn o r t hc h i n a d a b i eo r o g e n i cb e l ta n dn o r t h e a s tm a r g i no ft h e l o w e ry a n g t z er e g i o n ，t o g e t h e rw i t ht h ep y r o x e n em e g a c r y s t sw i t h i nl a t ec r e t a c e o u s b a s a h sf r o mj i a o z h o t t , a r es t u d i e dt od e d u c et h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ee a r l y c r e t a c e o u ss u b c o n t i n e n t a ll i t h o s p h e r i cm a n t l e ( s c l m ) o f e a s t e r nc h i n a t h ei s o t o p i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h eu p p e ra n dl o w e rc r u s t so ft h e s et e c t o n i cu n i t s a l ec o n s t r a i n e db a s e do nt h ed a t af r o mt h el i t e r a t u r e s t h ei s o t o p i cc o m p o s i t i o n so f t h eg r a n u l i t e sf r o mt h eq i a n x ig r o u pa n dt h eg r a n i t i cg n e i s s e sf r o mt h et a i s h a n g r o u p a r eu s e dt or e p r e s e n tt h o s eo ft h el o w e ra n dm i d u p p e rc r x l s t so fn o r t hc h i n a , r e s p e c t i v e l y t h ei s o t o p i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h ep a l e o z o i cm a n t l eo fn o r t hc h i n a b e f o r et h i n n i n ga r er e p r e s e n t e db yt h o s eo fp a l e o z o i ck i m b e r l i t ei n c l u s i o n s f o rt h e y a n g t z eb l o c k ，s r - n di s o t o p i cc o m p o s i t i o n so fi t sl o w e rc r u s ta r er e p r e s e n t e db yt h o s e o ft h eg r a n i t i cg n e i s s e so ft h ek o n g l i n gg r o u p ，a n dp bi s o t o p i cc o m p o s i t i o n sa r e a p p r o x i m a t e db yt h o s eo fm e s o z o i cg r a n i t e sf r o mt h et o n g l i n gd i s t r i c t w h i l es r - n d i s o t o p i cc o m p o s i t i o n so ft h ey a n g t z em i d - u p p e rc r u s ta r er e p r e s e n t e db yt h o s eo f t h e g n e i s s e so ft h ed o n g l i n gg r o u pa n dp r o t e r o z o i cm e t a m o r p h i cr o c k sf r o ms o u t h e r n a n h u i ，p bi s o t o p i cc o m p o s i t i o n sa r er e p r e s e n t e db yt h o s eo fp h a n e r o z o i cs e d i m e n t a r y r o c k sa l o n gt h ey a n g t z er i v e ri na n h u ip r o v i n c ea n dt h o s eo ft h eb a n x ig r o u p t h e i s o t o p i cc h a r a c t e r i s t i c so fd a b i el o w e r c r u s ta r er e p r e s e n t e db yt h o s eo ft h eg n e i s s e s f r o mt h en o r t hd a b i e ，a n dt h o s eo ft h eu p p e rc l q 1 s ta r er e p r e s e n t e db yt h o s eo ft h e g n e i s sf r o mt h es o u t h d a b i e t h es a m p l e sf r o mj i n a na n d z o u p i n g i n t r u s i o n sc o n t a i n g a b b r o a n d g a b b r o i c d i o r i t e z i r c o n ss e p a r a t e d f r o mt h eg a b b r o i c d i o r i t ea t z o u p i n gy i e l da s h r i m pu p ba g eo f1 2 8 2 士2 0m a , w h i c hi si n t e r p r e t e da si t sf o r m a t i o nt i m e g a b b r o so fb o t hl o c a l i t i e sb e l o n gt ot h o l e i i t i es e r i e s ，m o s to fg a b b r o i cs a m p l e ss h o w s i g n i f i c a n tp o s i t i v er b ，b a , p bm a ds ra n o m a l i e sa n dn e g a t i v en b ，t aa n dt i a n o m a l i e sa n da r eh i 曲l ye n r i c h e di nl l e e sw i t hp o s i t i v ee ua n o m a l i e s t h ei n i t i a l 4 中国科学技术大学博l 学位论立 m a g m ao ft h eg a b b r o sf r o mj i n a na n dz o u p i n gh a sb e e nl i t t l ec o n t a m i n a t e db yc u r s t a l m a t e r i a l sd u r i n gt h e m a g m a sa s c e n d i n gb a s e d 0 ng e o c h e m i c a l 。i s o t o p i ca n d g e o c h r o n o l o g i c a le v i d e n c e s t h e r e f o r e t h ei s o t o p i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h eg a b b r o s f r o mt h et w ol o c a t i o n sc a nb eu s e dt oa p p r o x i m a t et h o s eo ft h e i rm a n t l es o u r c e g a b b r o sf r o mj i n a na n dz o u p i n gs h o wt h er a n g eo ft h ei n i t i a li s o t o p i cr a t i o sa s f o l l o w s ：8 7 s r 8 6 s r ( t ) = 0 7 0 41 0 7 0 5 5 ，g n d ( t ) = 6 - 18 7 ，2 0 6 p b 2 0 4 p b ( t ) = 16 5 5 17 0 0 。 2 0 7 p b 2 0 4 p b ( t ) = l5 2 2 l5 3 5a n d2 0 8 p b 2 0 4 p b ( t ) = 3 6 2 9 - 3 6 9 5 s u g g e s t i n gt h a tt h e m a n t l es o u r c e o ft h eg a b b r o sp o s s e s s e sa l le n r i c h e di s o t o p i cc h a r a c t e r i s t i c s ，a l t h o u g h i ti sg e n e r a lc o n s i d e r e dt h a tt h em e s o z o i cs u b c o n t i n e n t a lm a n t l eo ft h en o r t hc h i n a s h o w sa 1 1 i s o t o p i cc h a r a c t e r i s t i cw h i c hi ss i m i l a rt ot h ee m ie n dm e m b e r , i s o t o p i c c h a r a c t e ro ft h em e s o z o i cm a n t l eo fn o r t hc h i n ai sd i f f e r e n tf r o mt h et y p i c a le m i e n dm e m b e rd e f i n e db yo c e a n i cb a s a l t s t h el o w e rn da n dp bi s o t o p i cr a t i o ss u g g e s ta c o n t r i b u t i o no ft h el o w e rc r u s t i ti si n f e r r e dt h a tt h em a n t l es o u r c eo ft h eg a b b r o s f r o mj i n a na n dz o u p i n gm a yh eam i x t u r eo ft h ep a l e o z o i cl i t h o s p h e r i cm a n t l ew i t h a l li s o t o p i cc h a r a c t e rs i m i l a rt ot h a to ft h ee m i le n dm e m b e ra n dt h el o w e rc r u s to f n o r t hc h i n a t h el u z o n gv o l c a n o i cr o c k s ，l o c a t e da tl o w e ry a n g t z er e g i o n s t h en o r t h e a s t e r n m a r g i n o ft h ey a n g t z eb l o c k ，a r eas u i t eo fs h o s h o n i t i cr o c k s ，w h i c hi n c l u d e t r a c h y b a s a l t b a s a l t i ct r a c h y a n d e s i t ea n dt r a c h y t e b o t hb a s a l t so ft h es h u a n g m i a o f o r m a t i o na n dt r a c h y t e so ft h ef u s h a nf o r m a t i o ns h o wh i g hk 2 0 ，a 1 2 0 3a n df e 2 0 3 ， b u tl o wm g oa n dt i 0 2 ，a r ee n r i c h e di nl i l e s ，s u c ha st h ，u ，ka n dl r e e s ，b u tw i t h n on e g a t i v ee ua n o m a l i e s t h ez i r c o n ss e p a r a t e df r o mt h eb a s a l ty i e l da nu p ba g eo f 1 2 9 5 士2 3m a , w h i c hi si n t e r p r e t e da st h ef o r m a t i o na g eo f t h el u z o n gv o l c a n i cr o c k s t h ei n i t i a lm a g m ao ft h el u z o n gv o l c a n i cr o c k sh a sb e e nl i t t l ec o n t a m i n a t e db y c u r s t a lm a t e r i a l sd u r i n ga s c e n d i n gb a s e do nt h er e s u l t so fg e o c h e m i s t r y ，i s o t o p ea n d c h r o n o l o g y t h u s ，t h ei s o t o p i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h ev o l c a n i cr o c k sc a nb er e a s o n a b l y u s e dt oi n d i c a t et h e i rm a n t l es o a r c e l u z o n gv o l c a n i cr o c k ss h o wt h er a n g eo ft h e i n i t i a li s o t o p i cr a t i o sa sf o l l o w s ：8 7 s r 8 6 s r ( t ) = 0 7 0 5 7 - 0 7 0 6 5 ，n d ( t ) = - 3 9 6 2 ， 2 0 6 p b 2 0 4 p b ( t ) = 1 7 8 8 1 8 0 8 2 0 t p b f l 0 4 p b ( t ) = 1 5 5 0 一1 5 5 5 a n d2 0 8 p b 2 0 4 p b ( t ) = 3 7 9 3 3 8 1 8 t h e s ev a l u e sa r el o c a t e db e t w e e nt h ed m ma n de m l le n dm e m b e r s e 中国科学技术大学博1 - 9 位沦文 f u r t h e r m o r e t h ei s o t o p i cc o m p o s i t i o n sa l s os u g g e s tt h ec o n t r i b u t i o no ft h ey a n g t z e l o w e rc r u s tt ot h em a n t l es o u r c e t h em a f i cr o c k sf r o mj i a o z i y a na n ds h a c u n ，i n c l u d i n gg a b b r oa n dp y r o x e n i t e m o s t l yb e l o n gt ot h et h o l e i i t i cs e r i e s 。w h i l eaf e wa r ep l o t t e di nt h ef i e l do ft h ea l k a l i s e r i e s t h es a m p l e sa l eh i g h l ye n r i c h e di nl r e e s ，w i t hs m a l ln e g a t i v ee ua n o m a l i e s a n ds h o wd i s t i n c tn e g a t i v ea n o m a l i e si nn b ，t ia n dz r , a n dp o s i t i v ea n o m a l i e si nr b b aa n dp b s i m i l a rt ot h eg a b b r o sf r o mj i n a na n dz o u p i n ga n dt h el u z o n gv o l c a n i c r o c k s ，t h ei n i t i a lm a r i em a g m ah a sa l s ob e e nl i t t l ec o n t a m i n a t e db yt h ec u r s t a l m a t e r i a l sd u r i n gi n t r u s i o n t h ei n i t i a ls r - n d p bi s o t o p ec o m p o s i t i o n so ft h en o r t h d a b i em a r i er o c k sa l ei nt h er a n g e sa sf o l l o w s ：8 7 s r 8 6 s r ( t ) = 0 7 0 6 7 - - 0 7 0 8 5 g n d ( t ) = 6 5 1 9 1 2 0 6 p 酐矾p b ( t ) = 1 6 3 7 1 7 4 0 2 0 7 p b f l 舛p b ( t ) = 1 5 3 1 1 5 4 5a n d2 0 8 p b ，2 0 4 p b ( t ) = 3 7 11 3 7 9 8 c o m p a r i n gw i t ht h em a r i er o c k sf r o mt h en o r t hc h i n a , t h o s ef r o mt h e n o r t hd a b i es h o wh i g h e r8 7 s r 8 6 s r ( d ，b u tl o w e r n d ( t ) ；h i g h e r2 0 7 p b 2 0 4 p b ( t ) a n d 2 0 8 p w 搿p b ( t ) a tt h es a m e2 0 6 p b f l 。4 p b ，w h i c hs u g g e s tt h a tt h em a n t l es o u r c eo fn o r t h d a b i eh a sh i g h e rpv a l u ea n dt h ur a t i ot h a nt h a to ft h en o r t hc h i n ab l o c k i nt h ep b i s o t o p i ce v o l u t i o nd i a g r a m ，d a t ao ft h em a r i ei n t r u s i o n sf r o mt h en o r t h d a b i el o c a t e d c l o s et oe m i 。w h i l ei n3 7 s r s 6 s r ( t ) v s 8 n d ( t ) p l o t ，t h e s es a m p l e sl i eb e t w e e ne m la n d e m i le n dm e m b e r s o nt h eo t h e rh a n d ，i nb o t hi s o t o p i cd i a g r a m s ，t h em a r i ei n t r u s i o n s a n dt h eg n e i s s e sf r o mt h en o r t h d a b i es h a r et h es a m er a n g e ，s u g g e s t i n gt h a tt h el o w e r c r u s td e f i n e db yt h eg n e i s s e so f t h en o r t hd a b i eh a st h es i g n i f i c a n tc o n t r i b u t i o nt ot h e m a n t l es o u r c e i ns u m m a r y ，t h ei s o t o p i cc h a r a c t e r i s t i c so fe a r l yc r e t a c e o u ss u b c o n t i n e n t a l l i t h o s p h e r i cm a n t l eo fe a s t e r nc h i n a , i n c l u d i n gn o r t hc h i n ab l o c k ，d a b i eo r o g e n i c b e l ta n dt h el o w e ry a n g t z er e g i o n ，s u g g e s tt h ec o n t r i b u t i o no ft h ec o r r e s p o n d i n g l o w e rc r u s t a lm a t e r i a it ot h em a n t l es o u r c e t h ei n v o l v e m e n to f d i f f e r e n tl o w e rc r u s t a l m a t e r i a li so n eo ft h em a i np r o c e s s e sw h i c hr e s u l t e di n d i f f e r e n t i s o t o p i c c h a r a c t e r i s t i c si nt h em a n t l es o u r c e so fd i f f e r e n tt e c t o n i cu n i t si ne a s t e r nc h i n aa tt h e l a t em e s o z o i c w h e nt h ec o n t a m i n a t i o no ft h em a n t l e - d e r i v e dm a g m ab yt h ec u r s t a l m a t e r i a ld u r i n gi n t r u s i o ni se l i m i n a t e d ，t h es o u r c em i x i n gb e t w e e nt h ec r u s t a la n d m a n t l em a t e r i a l si st h ep r i m a r yp r o c e s s t h el i t h o s p h e r ed e l a m i n a t i o nm a yb ea 6 中国科学技术大学博b 学位论文 p o s s i b l ed y n a m i c m o d e lf o re x p l a i n i n gt h ei n c o o p e r a t i o no ft h el o w e rc r u s t a l m a t e d a l si n t ot h em a n t l es o u r c e b u tm e t a s o m a t i s mm o d e lc a n n o tb er u l e do u t t h ep y r o x e n em e g a c r y s t sh o s t e db yb a s a l t ( 7 3m a ) a td a x i z h u a n g ，j i a o z h o u c o n t a i nt w ot y p e s ：c l i n o p y r o x e n em e g a c r y s t sa n do r t h o p y r o x e n em e g a c r y s t sb a s e do n m a j o re l e m e n ta n a l y s e s a l t h o u g ht h e i rm a j o re l e m e n tc o m p o s i t i o n sa r ed i f f e r e n t t h e i ri s o t o p i cc o m p o s i t i o n sa r eh i g h l yh o m o g e n e o u s m e g a c r y s t sa n dh o s tb a s a l t s s h o wu n i f o r m i s o t o p i cc o m p o s i t i o n s ，8 7 s r ，8 6 s t ( t ) = 0 7 0 3 3 - - - 0 7 0 4 1 a n d g n d ( t ) = + 4 5 + 7 6 r e s p e c t i v e l y , w h i c hs u g g e s tt h a tt h e yw e r ed e r i v e df r o mt h es a m em a n t l e s o u r c e ，a n dt h em e g a c r y s t sw e r ec r y s t a l l i z e df r o mt h eh o s tb a s a l t i cm a g m au n d e rh i g h p r e s s u r e m o r e o v e r , t h e7 3m ad a x i z h u a n gb a s a l t sa n dh o s t e dm e g a c r y s t ss h o wt h e s i m i l a rd e p l e t e di s o t o p i cc h a r a c t e r i s t i c sw i t hc e n o z o i cb a s a l t sf r o me a s t e r nc h i n a ， i m p l y i n gt h a tt h et r a n s f o r m a t i o no ft h ei s o t o p i cc h a r a c t e r so ft h el i t h o s p h e r i cm a n t l e f r o me n r i c h m e n tt o d e p l e t i o ni nj i a o z h o u ，a n da l s ot h el i t h o s p h e r et h i n n i n g w a s c o m p l e t e di nl a t ec r e t a c e o u sp e r i o d ( 7 3m a ) - 7 中国科学技术人学搏卜学位论文 第一章前言 地幔地球化学及壳幔相互作用是地球化学和化学地球动力学研究的重要课 题。幔源基性岩及其包体携带了大量的地幔信息，是研究地幔地球化学的载体， 尤其是同位素示踪，成为反演地幔性质及壳幔相互作用的必不可少的工具。 中国东部新生代地幔地球化学研究较多并获得了丰硕的成果( 鄂莫岚和赵大 升，1 9 8 7 ；陈道公等，1 9 9 4 ；支霞臣等，1 9 9 6 ；黄小龙等，1 9 9 8 ：c h u n g ，1 9 9 9 ； z h ie ta 1 ，1 9 9 0 ；t a t s u m o t oe ta 1 ，1 9 9 2 ：x uxse ta 1 ，1 9 9 8 ，2 0 0 0 ；x uyg e ta 1 ， 1 9 9 8 ：x u ，2 0 0 2 ) ，认识到中国东部新生代地幔具有亏损的同位素特征且高度不 均一，与表现出富集特征的古生代地幔显著不同：并且揭示了中国东部富集岩石 圈地幔特征的差异：华北克拉通以e mi 为主，华南地块以e mi i 为主。 由于中国东部中生代基性岩出露较少，新鲜样品更难以找到，所以中国东部 中生代地幔地球化学研究较少( 邓晋福等，1 9 9 6 ，2 0 0 0 ，2 0 0 3 ；2 0 0 6 ；徐贵忠等， 2 0 0 l ；谢智等，2 0 0 3 ；g r i f f i ne ta 1 ，1 9 9 8 ：g u oa ta 1 ，2 0 0 1 ，2 0 0 3 ；x u ，2 0 0 1 ； x ua ta 1 ，2 0 0 4 ；h ua ta 1 ，2 0 0 0 ；g a oa ta 1 ，2 0 0 2 ，2 0 0 4 ；z h a n ga ta 1 ，2 0 0 4 ) 。 近十年来的研究表明，中国东部的大陆岩石圈，可能在古生代至新生代期间减薄 了1 2 0k m 以上( 池际尚和路凤香，1 9 9 6 ：路风香等，1 9 9 1 ，1 9 9 5 ，2 0 0 0 ，2 0 0 6 1 徐义刚，1 9 9 8 ，1 9 9 9 ，2 0 0 4 ，2 0 0 6 ；周新华，2 0 0 6 ；许文良，2 0 0 6 ：g r i f f i ne t a l ， 1 9 9 8 ；m e n z i e se t a l ，1 9 9 3 ；x u ，2 0 0 1 ：z h e n gjp e t a l ，2 0 0 3 ：g u o e t a l ，2 0 0 4 1 d e n ge t a l ，2 0 0 4 a ，b ) 。岩石圈减薄的研究刺激和促进了中国东部中生代地幔地 球化学的研究。 1 岩石圈地幔和玄武质岩浆起源 在上地幔顶部，可以看作刚性的岩石圈悬浮于塑性对流的软流圈之上，岩石 圈由地壳和岩石圈地幔构成。m c k e n z i ca n db i c k l e ( 1 9 8 8 ) 将岩石圈分为力学边 界层( m b l ) 和热边界层( t b l ) 。力学边界层的地温为热传导地温，而在软流 圈内地温梯度近似于垂向绝热。热边界层介于力学边界层和软流圈之间。力学边 界层可长期孤立于地幔对流体系之外( 可达3 5 亿年) ，而热边界层中的地幔物质 中国科学技术丈学博仁学位论文 只有相对较短的停留时间( 2 3 亿年) ，它们会在更长的时间尺度上同下伏软流 圈发生混合而最终重新返回到对流的软流圈地幔中。 同大洋岩石圈地幔相比，大陆岩石圈的形成时代要古老的多，可能与地壳年 龄相当。在化学成分上，岩石圈地幔是原始地幔或亏损地幔部分熔融后的残余， 在漫长的地质演化过程中，又受到来自深部软流圈或俯冲岩石圈释放的熔体或流 体的不断改造。这些流体或熔体的加入不仅改变了岩石圈地幔的元素组成，而且 随着时间的推移，大陆岩石圈地幔形成了与地壳同样复杂的同位素组成。岩石圈 常表现出富集的同位素特征；相反，软流圈则表现出亏损的同位素特征。 玄武质岩浆由上地幔部分熔融而形成，它既可以来源于软流圈地幔，又可以 来自岩石圈地幔。由于岩石圈地幔是部分熔融残留的难熔相，又较“冷”，一般情 况下很难发生部分熔融。但受到交代或水的加入可降低其熔点，特别在热的上涌 软流圈地幔提供额外热量的情况下，受交代的或水化的岩石圈地幔也可能发生部 分熔融，形成玄武质岩浆。玄武质岩浆的形成还可能与来自核幔边界或上、下地 幔边界的地幔柱作用有关。因此，大陆玄武质岩浆可能包含来自地幔柱、软流圈、 岩石圈地幔和地壳等端元的贡献( s u na n dm c d o n o u g h ，1 9 8 9 ) 。 玄武岩、辉长岩等幔源岩石以及其中的幔源包体( 包括地幔橄榄岩包体