关键词：俯冲通道;;板片脱水;;渗滤熔融;;熔/流体交代;;秦岭造山带;;华北克拉通;;岩石圈减薄;;蛇纹岩;;大陆玄武岩;;埃达克质岩;;大陆地壳形成
摘 要：俯冲带过程对于认识全球尺度物质循环、岛弧岩浆起源、大陆地壳形成和地幔不均一性等科学问题都至关重要。俯冲板片内的不相容元素和流体活动性元素在俯冲通道内通过一系列复杂的变质脱水反应,以流体、熔体和超临界流体为“介质”被转移到地幔楔,并最终富集在岛弧岩浆中。因此,这些熔、流体的性质和行为是理解俯冲带元素分异和物质运移的关键。本文以秦岭勉略带内的两类蛇纹岩为对象,探究了俯冲通道浅部流体的性质和流体活动性元素的迁移规律;以华北地区白垩纪大陆玄武岩和岛弧地区含暗色包体的高镁埃达克质岩为对象,研究了俯冲带熔体对大陆岩石圈地幔的交代和岛弧下地壳的熔体渗滤熔融等过程。我们通过详细的矿物学和地球化学研究,在秦岭勉略缝合带内发现了两类蛇纹岩。煎茶岭蛇纹岩主要由利蛇纹石/纤蛇纹石、菱镁矿和磁铁矿构成,在反射光和背散射图像中,可以发现大量橄榄石和斜方辉石的假象。大多数煎茶岭蛇纹岩(Group 1a)具有低的Al_2O_3/SiO_2,高的MgO/SiO_2和Ir/(Pt+Pd),与熔融残余的橄榄岩相似。这些蛇纹岩还具有“U”型的稀土元素配分模式和明显的Ba、Sr、Eu正异常,表明参与蛇纹石化的流体可能与含斜长石的岩石发生过反应。此外,Group 1a蛇纹岩中的U相对碱金属的富集程度非常有限,所以参与蛇纹石化过程的流体是俯冲板片释放的、与俯冲沉积物发生过再平衡的流体。另一部分煎茶岭蛇纹岩的Eu正异常不明显,且U相对Th和碱金属元素更为富集,表明参与蛇纹石化的流体较为氧化。在这部分蛇纹岩中还观察到了局部变质重结晶现象,即叶蛇纹石沿着一定的通道替代早期的利蛇纹石,并有菱镁矿伴生。亮丫子蛇纹岩由叶蛇纹石、白云石、铬尖晶石和磁铁矿构成。铬尖晶石高的Cr~#(0.65–0.80)、中等的Al_2O_3和低的Ti,指示亮丫子蛇纹岩的原岩为地幔楔内的难熔橄榄岩。亮丫子蛇纹岩相对煎茶岭蛇纹岩具有高的MgO/SiO_2和低的Al_2O_3/SiO_2,并显示出轻稀土和高场强元素的同时富集,说明这些难熔的地幔楔橄榄岩在蛇纹石化之前经历过熔体再富集过程。因此,我们认为煎茶岭蛇纹岩和亮丫子蛇纹岩是被卷入到俯冲通道内的难熔弧前地幔楔橄榄岩,它们经历了不同的熔、流体反应历程,所以造成了煎茶岭蛇纹岩和亮丫子蛇纹岩在地球化学组成上的巨大差异。蛇纹岩原位矿物学研究表明,大量的F、Cl、S在利蛇纹石向叶蛇纹石转变的过程中被释放出来,同时还可能有部分Pb、Ba、Sr从利蛇纹石中迁出并进入流体相。在300–400°C时(利蛇纹石向叶蛇纹石转变的温度),来自俯冲板片的富Si流体含有较高的B,所以煎茶岭蛇纹岩中脉状叶蛇纹石的B含量比利蛇纹石和亮丫子蛇纹岩中的叶蛇纹石高。在该矿物相变发生之前的俯冲通道浅部,As、Sb从俯冲板片中释放出来,并转移到蛇纹石中。Li、Ba、U、La的活动性在俯冲通道更深的位置才会显著增强。在系统研究俯冲带熔流体过程中元素行为的基础上,本文将相关知识应用于华北地区大陆玄武岩,解析出古太平洋西向俯冲产生的富水熔体对大陆岩石圈地幔的交代过程,为华北克拉通破坏提供了新的约束。华北地区存在大量白垩纪大陆玄武岩,主要是一些碱性玄武岩和少量亚碱性玄武岩。这些大陆玄武岩的地球化学特征在早白垩世发生了迅速转变,被认为与华北克拉通岩石圈减薄有关。但是,这种转变的机制和对大陆岩石圈演化的启示还不清楚。我们研究了这些大陆玄武岩的起源和时空变化,发现华北地区大陆玄武岩的地球化学特征的转变发生在~108 Ma:>108 Ma碱性玄武岩具有负的ε_(Nd)(t)和向西逐渐减弱的“岛弧信号”,说明岩石圈地幔源区内俯冲组分的逐渐降低;
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