昌乐幔源包体岩石地球化学特征及其对华北克拉通东部新生代岩石圈地幔复杂交代作用的记录

发布时间：2018-11-03 09:26

【摘要】：熔体-橄榄岩相互作用是改变地幔组成和性质重要方式,因而也是研究华北克拉通东部岩石圈破坏的关键。本论文选取华北克拉通东部山东昌乐新生代玄武岩中携带的地幔包体(二辉橄榄岩、异剥橄榄岩、辉石岩和单斜辉石捕掳晶)为研究对象。根据包体中橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和尖晶石的原位主微量元素,以及单斜辉石、碳酸质熔体包裹体的原位Sr同位素的研究,认为华北克拉通东部岩石圈地幔经历过多期次复杂的地幔交代。其主要认识如下:1.多期次的地幔硅酸盐交代及硅质熔体的来源通过单斜辉石的岩相学和原位地球化学的研究,将昌乐二辉橄榄岩分为两类:第一类二辉橄榄岩中单斜辉石具有高Mg#(92),而第二类二辉橄榄岩中单斜辉石具有低Mg#(92)。发现了第二类二辉橄榄岩中单斜辉石核部不同程度的富集大离子亲石元素、轻稀土元素和亏损高场强元素,以及其(La/Yb)N与Ti/Eu显示出较好的正相关关系并落入硅酸盐交代区域。这些特征证明了这些单斜辉石核部记录了较早一期硅酸盐交代。另外,这些单斜辉石核部和碳酸质熔体包裹体具有同样较高的87Sr/86Sr比值(0.7033-0.7035),这不仅说明硅质熔体可能富含碳酸质成份也暗示该熔体可能来自再循环的洋壳。而本文研究的辉石岩中单斜辉石具有和第二类二辉橄榄岩类似的轻微富集大离子亲石元素、轻稀土元素和高Ti/Eu比值以及相一致的Sr同位素特征(87Sr/86Sr比值为0.7033-0.7037),可能指示该辉石岩是富CO_2硅质熔体与第二类二辉橄榄岩反应的产物。与第二类二辉橄榄岩中单斜辉石核部和辉石岩中单斜辉石相比,发现昌乐玄武岩中的单斜辉石捕掳晶则具有显著低的微量元素含量和弱的Eu正异常以及不明显的Pb负异常。但其轻微富集大离子亲石元素、轻稀土元素以及高的Ti/Eu比值(3394-4705)的特征,暗示该单斜辉石捕掳晶可能记录了另一期硅酸盐交代。该单斜辉石具有较高的87Sr/86Sr比值(0.7035-0.7037),结合其弱的Eu正异常和不明显的Pb负异常,认为交代的硅质熔体可能与再循环洋壳下部的辉长质部分熔融有关。由此可以认为不同期次不同来源的硅酸质熔体橄榄岩反应不仅造成这些地幔橄榄岩富集微量元素,而且造成二辉橄榄岩向辉石岩转化。2.多期次的地幔碳酸盐交代及碳酸质熔体的来源发现微量元素在山东昌乐第二类二辉橄榄岩中单斜辉石中有明显的核边变化,其边部比核部富集轻稀土元素、Sr、Cu等。另外,从单斜辉石核部到边部,这些单斜辉石的(La/Yb)N和Ti/Eu沿着碳酸盐交代的趋势分布。这些特征暗示第二类二辉橄榄岩在后期又历过低程度碳酸盐交代的改造。而这些单斜辉石边部低87Sr/86Sr比值(~0.7024)暗示交代的碳酸质熔体可能源自碳酸盐化地幔的部分熔融。第一类尖晶石二辉橄榄岩中单斜辉石极度富集大离子亲石元素、轻稀土元素,但亏损高场强元素和重稀土元素以及具有高的Ca/Al、Zr/Hf、(La/Yb)N比值和低的Ti/Eu值。这些特征暗示这些单斜辉石可能是从碳酸质熔体中直接结晶出来。与第二类二辉橄榄岩中单斜辉石边部相比,这些单斜辉石具有轻微高的87Sr/86Sr比值(~0.7030)和显著高的(La/Yb)N,说明两类二辉橄榄岩记录了两期不同的碳酸盐交代。而这种轻微高Sr同位素特征的碳酸质熔体可能是早期含CO_2的硅质熔体与橄榄岩反应消耗硅质成份演化而来。另外,本文研究的异剥橄榄岩发现有大量新生的单斜辉石、橄榄石和磷灰石以及原生碳酸盐熔体包裹体,证明了该异剥橄榄岩可能是碳酸质熔体与橄榄岩反应的结果。在地球化学特征上,该异剥橄榄岩中单斜辉石具有类似于第一类二辉橄榄岩中单斜辉石的强烈富集大离子亲石元素、轻稀土元素和亏损高场强元素、重稀土元素以及轻微高的87Sr/86Sr比值(~0.7030),指示该异剥橄榄岩可能是演化的碳酸质熔体与第一类二辉橄榄岩反应的产物。综上可知,碳酸质熔体即可能是富CO_2硅质熔体因消耗硅质成份演化而来也可是碳酸盐化地幔部分熔融而来。另外,碳酸质熔体与地幔反应也会使地幔在化学成份上更加富集微量元素,也会因消耗斜方辉石生成单斜辉石和橄榄石而形成异剥橄榄岩。3.多期次复杂地幔交代对华北克拉通东部岩石圈地幔再富集的影响本文研究的昌乐地幔捕掳体记录了复杂的地幔交代过程。来自再循环洋壳的富CO_2硅质熔体与地幔反应消耗硅质成份并最终将会转化为富集不相容元素的碳酸质熔体。而不同属性的熔体与橄榄岩反应造成的矿物组成变化完全不同。前期富CO_2硅质熔体与二辉橄榄岩反应会生成辉石岩,而后期演化的碳酸质熔体与地幔反应会造成二辉橄榄岩最终转化为异剥橄榄岩。但这些复杂的地幔交代都造成了华北克拉通东部地幔不同程度的富集微量元素,使其在化学成分上由亏损、难熔型转化为饱满、富集型。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P542.5
，

本文编号：2307374