广州地化所解读华北东部地幔的化学与物理不均一性

  

  理清地球深部地幔化学和物理不均一性与现今俯冲板片之间的关系,是深刻认识板块构造理论和地球内部运行机制的根本。地震层析图像显示东亚地幔高度不均一,地幔转换带存有滞留的太平洋板块,表现为高波速、高电导率特征,而较浅的上部地幔表现为低波速特征。东亚大地幔楔的化学和物理不均一性之间的耦合关系是目前国际地学界的研究热点。 

  广州地化所地幔地球化学学科组李洪颜博士及其合作者对山东和渤海湾盆地新生代玄武岩进行了系统的研究。研究发现这些玄武岩都是由富集的EM1组分和一个亏损的组分组成,两个组分与SiO2含量密切相关。高硅玄武岩显示EM1型微量元素和同位素组成特征;低硅玄武岩具有HIMU(U/Pb)型微量元素特征,但其206Pb/204Pb较典型HIMU玄武岩偏低。通过全岩及橄榄石熔融包裹体以及Hf-Nd-B同位素研究揭示,高硅玄武岩来源于一个石榴石辉石岩地幔源区,具有印度洋型地幔域特征,且具有相对较高的δ11B (-4.9~-1.4)符合古老再循环的沉积物+洋壳特征> 1Ga);而低硅玄武岩来源于一个含碳酸盐的辉石岩+橄榄岩地幔源区,具有太平洋地幔域特征,且其δ11B值较低 11B = -6.9 ~ -3.9)类似于典型的HIMU地幔源区。进一步研究发现,渤海湾盆地伸展期玄武岩(5040Ma)同样含有EM1组分,但是相对于伸展后玄武岩具有高SiO2Al2O3和低MgOFe2O3T含量,以及较弱的中重稀土分异程度,表明其岩石成因及起源深度类似于洋中脊玄武岩,这些EM1组分应存在于较浅的上部软流圈地幔。 

    

 

  固相线:橄榄岩;石榴石辉石岩;碳酸岩化橄榄岩地幔形成硅酸质熔体;碳酸岩化辉石岩地幔形成硅酸质熔体;碳酸岩化橄榄岩地幔形成碳酸质熔体;碳酸岩化榴辉岩地幔形成碳酸质熔体 

  以上研究揭示华北东部软流圈地幔化学和矿物学组成上的垂向不均一性:浅部地幔存在零星分布的石榴石辉石岩,滞留的太平洋板块对东亚大地幔楔不均一性的物质贡献是来源于地幔过渡带的碳酸质熔体,玄武岩的化学组成受到岩石圈厚度和源区不均一性的共同制约,碳酸质熔体对浅部地幔的交代及其触发的熔融,是浅部地幔具有低波速的原因。 

  相关成果近期发表在GCAJGR - Solid Earth 

  Li, H. Y., Xu, Y. G., Ryan, J. G., Whattam, S. A., 2016. Evolution of the mantle beneath the eastern North China Craton during the Cenozoic: Linking geochemical and geophysical observations. Journal of Geophysical Research – Solid Earth, DOI: 10.1002/2016JB013486 

  Li, H. Y., Xu, Y. G., Ryan, J. G., Huang, X. L., Ren, Z. Y., Guo, H., Ning, Z. G., 2016. Olivine and melt inclusion chemical constraints on the source of intracontinental basalts from the eastern North China Craton: discrimination of contributions from the subducted Pacific slab. Geochimica et Cosmochimica Acta 178, 1–19. 

  Li, H. Y., Zhou, Z, Ryan, J. G., Wei, G.J., Xu, Y.G., 2016. Boron isotopes reveal multiple metasomatic events in the mantle beneath the eastern North China Craton. Geochimica et Cosmochimica Acta 194, 77–90. 

    

  同位素地球化学国家重点实验室 & 科技与规划处 供稿

 

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