地幔榴辉岩和石榴辉石岩 Sm-Nd和Lu-Hf封闭温度以及克拉通地幔冷却

1、小组成员：李瑞瑛、薛琦琪、孟旭男、卢文宁小组成员：李瑞瑛、薛琦琪、孟旭男、卢文宁目录目录 前言（李瑞瑛）前言（李瑞瑛） 分析方法及样品信息（李瑞瑛）分析方法及样品信息（李瑞瑛） 数据分析（薛琦琪）数据分析（薛琦琪） 讨论（薛琦琪、孟旭男、卢文宁）讨论（薛琦琪、孟旭男、卢文宁） 金伯利岩浆中携带的太古代榴辉岩和石榴辉石岩包体可以金伯利岩浆中携带的太古代榴辉岩和石榴辉石岩包体可以用来反映克拉通的形成和地球的早期演化。用来反映克拉通的形成和地球的早期演化。 榴辉岩和石榴辉石岩包体的化学特征和同位素组成不同。榴辉岩和石榴辉石岩包体的化学特征和同位素组成不同。 地幔成因：从基性岩浆沉淀地幔成因：从基性岩

2、浆沉淀 俯冲成因：俯冲洋壳蚀变俯冲成因：俯冲洋壳蚀变Introduction成因模式成因模式 经历的地质过程复杂，难以获得确切的年龄。经历的地质过程复杂，难以获得确切的年龄。 包体易受金伯利岩的混染，不能有效获得全岩同位素数据，包体易受金伯利岩的混染，不能有效获得全岩同位素数据， 但可以通过但可以通过Grt.和和Cpx.获取。获取。 Grt.和和Cpx.两点等时线：两点等时线： i 记录金伯利岩浆侵位年龄记录金伯利岩浆侵位年龄 ii 记录与地质运动无关的冷却事件记录与地质运动无关的冷却事件 iii榴辉岩成岩年龄榴辉岩成岩年龄 iv矿物混染的假等时线年龄矿物混染的假等时线年龄笔者将平衡温度与两点

3、等时线结合，参考已发表的数据：笔者将平衡温度与两点等时线结合，参考已发表的数据： 限定了限定了Sm-Nd，Lu-Hf体系的封闭温度，并对冷却年龄、体系的封闭温度，并对冷却年龄、 喷发年龄和假等时线年龄进行了区分；喷发年龄和假等时线年龄进行了区分； 通过冷却年龄和封闭温度推演的克拉通地幔的冷却变化。通过冷却年龄和封闭温度推演的克拉通地幔的冷却变化。分析方法：分析方法：EPMA、LA-ICP-MS、MC-ICP-MSSamplesGrt：颗粒新鲜，：颗粒新鲜，仅仅 沿裂隙被富沿裂隙被富K相相交代交代Cpx：新鲜颗粒相：新鲜颗粒相对较少，沿裂隙、对较少，沿裂隙、解理被富解理被富K相交代，相交代，生成

4、此生贫生成此生贫-Na的的Cpx。原生。原生Cpx越越富富Na，蚀变越严重，蚀变越严重A：Grt与低与低Na的的Cpx共存共存石榴辉石岩石榴辉石岩B1：没有蓝晶石和刚玉、：没有蓝晶石和刚玉、Na含量中等含量中等B2：含蓝晶石和刚玉，：含蓝晶石和刚玉，Na2O 9% 榴辉岩榴辉岩 将将Grt和和Cpx的的Fe2+- Mg交换系数与地温梯度（交换系数与地温梯度（38mW/m2）结合：）结合： 温度温度 700-1200 压力压力 3-6GPa 存在的问题存在的问题: Fe3+ （无（无Na体系可以忽略）体系可以忽略） Cpx中有霓石（中有霓石（NaFe3+Si2O6）时，温度会被高估）时，温度会被

5、高估 将将Grt和和Cpx的的Fe2+- Mg交换系数与地温梯度（交换系数与地温梯度（38mW/m2）结合：）结合： 温度温度 700-1200 压力压力 3-6GPa 存在的问题存在的问题: Fe3+ （无（无Na体系可以忽略）体系可以忽略） Cpx中有霓石（中有霓石（NaFe3+Si2O6）时，温度会被高估）时，温度会被高估硬玉（硬玉（NaAlSi2O6）Moessbauer光谱测得光谱测得Grt和和Cpx中中Fe3+ 很低，很低，Cpx中中Al较较高高 金伯利岩将富集高度不相容元素，并且在低压环境下易金伯利岩将富集高度不相容元素，并且在低压环境下易向地幔矿物中扩散，特别是对于富向地幔矿物

6、中扩散，特别是对于富Na的的Cpx； 矿物自扩散比化学扩散快；矿物自扩散比化学扩散快； 金伯利岩的金伯利岩的143Nd/144Nd和和176Hf/177Hf值很低。值很低。岩浆混染：岩浆混染： 含有硬玉的含有硬玉的Cpx仍被保存在榴辉岩中；仍被保存在榴辉岩中； 原生原生Cpx能通过肉眼和显微镜鉴别；能通过肉眼和显微镜鉴别； 原位分析及同位素稀释法数据；原位分析及同位素稀释法数据； 7Li：捕掳晶、巨晶、斑晶不同：捕掳晶、巨晶、斑晶不同综上，本文样品分选干净，没有收到混染，测得的数据综上，本文样品分选干净，没有收到混染，测得的数据以及结论可靠以及结论可靠同位素测试结果同位素测试结果Sm-Nd同位

7、素等时线图同位素等时线图0.54083Lu-Hf同位素等时线图同位素等时线图0.67168 GroupA：低温（：低温（900）BE3、BE8、BE10 高温高温BE9（912）、）、BE7（942） GroupB：BE2、BE4、BE5（957-1070） BE1、BE6、BE11（1085-1173）检测矿物分选情况检测矿物分选情况检测矿物分选情况检测矿物分选情况检测矿物分选情况检测矿物分选情况检测矿物分选情况检测矿物分选情况两点等时线年龄两点等时线年龄-计算温度图计算温度图a.两点等时线年龄两点等时线年龄；b.Lu-Hf、Sm-Nd封闭温封闭温度度5.讨论讨论5.1什么是准克拉通地幔演化

8、？地幔：成因：俯冲or地幔柱地热梯度： 地热梯度不变； 120Ma发生构造岩浆活动，等温线随年龄减小迅速下降冷却速率： 5.2 在地幔两点等时线年龄的意义是什么，哪在地幔两点等时线年龄的意义是什么，哪一个表示达到稳定的地温梯度已有一个表示达到稳定的地温梯度已有2.5Ga？ 1 平衡温度平衡温度封闭温度，仅为金伯利岩喷出年龄封闭温度，仅为金伯利岩喷出年龄 3封闭温度在样品平衡温度范围之间：封闭温度在样品平衡温度范围之间： 平衡温度平衡温度 封闭温度的样品是喷出年龄封闭温度的样品是喷出年龄Sm-Nd体系易被金伯利岩体系易被金伯利岩混染混染，来自接近壳幔边缘的低温样品来自接近壳幔边缘的低温样品少少沿

9、着低温线的样品的年龄只能解释为沿着低温线的样品的年龄只能解释为冷却年龄冷却年龄，不能，不能是生长年龄是生长年龄:因为因为Cpx和和Grt中都有中都有很高很高的放射性成因的的放射性成因的Nd,Hf同位素同位素比值，而比值，而Cpx的的176Lu/177Hf很低。很低。唯一可能的就是在冷却过程中，还没有到达封闭温度唯一可能的就是在冷却过程中，还没有到达封闭温度之前，之前，Cpx和有着高和有着高176Lu/177Hf的的Grt在在进行平衡交换进行平衡交换。 低温线和喷出年龄线之间的等时线数据低温线和喷出年龄线之间的等时线数据是是可能为假年龄可能为假年龄。主要的原因是。主要的原因是Cpx，它的，它的N

10、d和和Hf同位素比值很低，或者是因为被金同位素比值很低，或者是因为被金伯利岩混染或者是样品分离不干净。伯利岩混染或者是样品分离不干净。 由于物理条件的改变，通过内部及矿物由于物理条件的改变，通过内部及矿物边部的扩散，会使得矿物的化学组成发生边部的扩散，会使得矿物的化学组成发生变化。熔体或者流体存在时，矿物颗粒边变化。熔体或者流体存在时，矿物颗粒边界的扩散会增强，无水矿物中界的扩散会增强，无水矿物中H的存在会使的存在会使矿物内部扩散增强。矿物内部扩散增强。 扩散在某一温度时会停止，扩散在某一温度时会停止，Dodson定义定义封闭温度为该温度，封闭温度取决于冷却封闭温度为该温度，封闭温度取决于冷却

11、速率，颗粒大小，扩散速率，初始温度速率，颗粒大小，扩散速率，初始温度 在冷却过程中，当温度达到封闭温度之下时，放在冷却过程中，当温度达到封闭温度之下时，放射性同位素开始计时。封闭温度是未知的。射性同位素开始计时。封闭温度是未知的。 对于对于Grt和和Cpx矿物对，矿物对，Sm-Nd,Lu-Hf同位素的封闭同位素的封闭温度在所有样品的温度范围温度在所有样品的温度范围之内之内，因为：，因为： 1在图在图4存在低温线：随温度降低，年龄增加的关存在低温线：随温度降低，年龄增加的关系；系； 2沿着这条线的年龄合理的解释为冷却年龄沿着这条线的年龄合理的解释为冷却年龄1 平衡温度封闭温度，仅为金伯利岩喷出年

12、龄3封闭温度在样品平衡温度之间： 平衡温度 封闭温度的样品是喷出年龄852 封闭温度封闭温度冷却年龄冷却年龄920 封闭温度封闭温度冷却年龄冷却年龄两个封闭温度之间有两个封闭温度之间有68的差别。可能是由于的差别。可能是由于在一个相里扩散慢的子体同位素的扩散差异。在一个相里扩散慢的子体同位素的扩散差异。该元素应为该元素应为Hf，因为在，因为在Grt和和Cpx中中Hf比比Nd扩散扩散慢。慢。 封闭温度：封闭温度：Lu-Hf Sm-Nd ,和对和对Grt（来自（来自地壳地壳变变质岩）估算的趋势一致，但是我们的数据比前人质岩）估算的趋势一致，但是我们的数据比前人估算的高了估算的高了100。可能的原因

13、：。可能的原因： 1 样品的选择样品的选择,处理处理 2 REE和和Hf元素在元素在Cpx和和Grt中的扩散速率不一样中的扩散速率不一样 3 太古代地幔是干燥的，而地壳经常有一些含水太古代地幔是干燥的，而地壳经常有一些含水相，例如角闪石和黑云母相，例如角闪石和黑云母5.3对克拉通地幔冷却的制约对克拉通地幔冷却的制约SmNd 、 LuHf 前提前提忽略地壳剥蚀对压力的影响忽略地壳剥蚀对压力的影响 RV30： 喷发：喷发：730 、3.1GPa 38 mW/m2 LuHf ：1.95Ga、920 Sm-Nd ：0.96Ga、852 冷却年龄冷却年龄冷却速度：冷却速度：0.07 /MaKaapval

14、l的克拉通地幔的克拉通地幔 2Ga-120Ma、46-38 mW/m2the Slave craton： Diavik样品样品Kaapvall和和Slave craton：冷却：冷却速度和现今的地温梯度相似速度和现今的地温梯度相似冷却速度受封闭温度冷却速度受封闭温度差异的影响：差异的影响：封闭温度差异越小封闭温度差异越小冷却速度越小冷却速度越小Sm-Nd等时线年龄误差等时线年龄误差导致：导致：grt和和cpx的的Sm-Nd相差相差很小很小4个样品：冷却速度个样品：冷却速度0.070.1 /Ma 对两个同位素、不同的时间和深度：对两个同位素、不同的时间和深度：克拉通地幔的冷却速度克拉通地幔的冷却速度0.1 /Ma 与与Michaut and Jaupart (2007), Bedini et al. (2004) and Galer and Mezger (1998)的上限值一致的上限值一致 金刚石包体：与其接触的矿物对