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岩石学报 2024年第7期40卷 2186-2202页

作者：杨帆黄小龙徐义刚贺鹏丽于洋南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州511458 中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室中国科学院深地科学卓越研究中心广州510640

地幔柱与板块构造是地球运行的两大基本动力学机制。南海及其周缘地区处于海南地幔柱与东南亚环形俯冲系统时空交汇的背景,而新生代地幔柱在南海形成演化过程中所扮演的角色存在颇多争议。地幔源区富含辉石岩是南海及其周缘与地幔柱活... 详细信息

地幔柱与板块构造是地球运行的两大基本动力学机制。南海及其周缘地区处于海南地幔柱与东南亚环形俯冲系统时空交汇的背景,而新生代地幔柱在南海形成演化过程中所扮演的角色存在颇多争议。地幔源区富含辉石岩是南海及其周缘与地幔柱活动相关的玄武岩的共有特征,基于此推测,本文利用国际大洋发现计划(IODP)367航次在南海北缘U1500B站位钻遇的南海扩张初期洋中脊玄武岩(MORB)的橄榄石成分来制约南海扩张初期的地幔岩性,以检验南海扩张初期是否存在地幔柱-洋脊叠加。U1500B MORB所含橄榄石斑晶的Fo=76.4~89.4,NiO=0.09%~0.26%,CaO=0.25%~0.34%,MnO=0.16%~0.33%。这些橄榄石斑晶具有与南海西南次海盆扩张末期U1433B钻孔的MORB以及全球其他开放大洋MORB相似的NiO、CaO、MnO含量和FeO/MnO比值,代表其源区岩性主要为橄榄岩。U1500B钻孔MORB与该区存在地幔柱叠加的基性岩浆所含橄榄石斑晶成分的差异显著,表明南海扩张初期不存在地幔柱叠加,与前人估计的U1500B洋中脊玄武岩的正常地幔潜能温度(~1380℃)相符合。由于南海扩张初期洋中脊岩浆产率高,但缺乏地幔热异常和易融组分如辉石岩等,推测其地幔中可能有较多的早前俯冲板片贡献的再循环挥发分来维持高岩浆产率。所以,俯冲板片后撤导致的岩石圈伸展可能是南海打开的主要动力学机制。

关键词：南海橄榄石源区岩性地幔柱洋中脊玄武岩

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中国东南部晚中生代基性岩脉地幔源区的岩性演化历史

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地球科学 2019年第4期44卷 1159-1170页

作者：雷祝梁曾罡王小均陈立辉南京大学地球科学与工程学院内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室江苏南京210023

中国东南部晚中生代的岩浆活动被认为与古太平洋板块的俯冲作用密切相关,而板块的俯冲作用又势必会对地幔的性质产生重要影响.晚中生代基性岩脉在中国东南部尤其是沿海地区广泛分布,为揭示中国东南部地幔演化历史及其与古太平洋板块俯... 详细信息

中国东南部晚中生代的岩浆活动被认为与古太平洋板块的俯冲作用密切相关,而板块的俯冲作用又势必会对地幔的性质产生重要影响.晚中生代基性岩脉在中国东南部尤其是沿海地区广泛分布,为揭示中国东南部地幔演化历史及其与古太平洋板块俯冲之间的潜在成因联系提供了理想的研究对象.因此,对湘、赣、浙、闽、粤五省基性岩脉的年代学和地球化学数据进行了总结,通过恢复它们的原始岩浆组成,厘定其地幔源区岩性,揭示了研究区地幔的岩性演化历史.研究发现,中国东南部晚中生代基性岩脉的源区岩性在地域上没有显著差异,在时间尺度上表现出明显变化.在150～110Ma期间,中国东南部地幔源区的岩性包含富硅辉石岩和贫硅辉石岩两类;而在110～64Ma期间,地幔源区的主体岩性转变为贫硅辉石岩,伴随部分橄榄岩.基于上述地幔岩性的演化规律,并结合前人对研究区基性玄武岩的研究工作,认为研究区晚中生代地幔的岩性转变主要受控于古太平洋板块的俯冲过程,是板块俯冲角度改变的结果.

关键词：基性岩脉原始岩浆源区岩性古太平洋板块中国东南部岩石学

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中国东南部晚中生代基性岩脉成因及源区岩性特征约束

中国东南部晚中生代基性岩脉成因及源区岩性特征约束

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作者：雷祝梁南京大学

学位级别：硕士

中国东南部晚中生代的岩浆活动被认为与古太平洋板块的俯冲作用密切相关,而板块的俯冲作用势必又会对地幔的性质产生重要影响。晚中生代基性岩脉在中国东南部尤其是福建沿海地区广泛分布,为我们揭示中国东南部地幔演化历史及其与古太平... 详细信息

中国东南部晚中生代的岩浆活动被认为与古太平洋板块的俯冲作用密切相关,而板块的俯冲作用势必又会对地幔的性质产生重要影响。晚中生代基性岩脉在中国东南部尤其是福建沿海地区广泛分布,为我们揭示中国东南部地幔演化历史及其与古太平洋板块俯冲之间的潜在成因联系提供了理想的研究对象。本文在对中国东南部晚中生代基性岩脉源区岩性判定的基础上,以探讨福建地区基性岩脉岩石成因为切入点,通过全岩主微量元素和Sr-Nd-Hf放射性成因同位素的地球化学研究工作,重点揭示了这些晚中生代基性岩脉地幔源区的性质和演化过程,同时为古太平洋板块的俯冲作用方式提供制约。我们对湘、赣、浙、闽、粤五省基性岩脉的年代学和地球化学数据进行了系统收集和总结,通过恢复它们的原始岩浆组成,厘定了其地幔源区岩性,揭示了研究区地幔的岩性演化历史。研究发现,中国东南部晚中生代基性岩脉的源区岩性在地域上没有显著差别,在时间尺度上表现出明显变化。在150～110 Ma期间,中国东南部地幔源区的岩性包含富硅辉石岩和贫硅辉石岩两类;而在110～64 Ma期间,地幔源区的主体岩性转变为贫硅辉石岩,伴随部分橄榄岩。基于上述地幔岩性的演化规律,并结合前人对研究区基性玄武岩的研究工作,我们认为研究区晚中生代地幔的岩性转变主要受控于古太平洋板块的俯冲过程,是板块俯冲角度改变的结果。此外,研究区镁铁质岩脉成群产出,多数具有弧岩浆的地球化学特征,对于其源区是岩石圈地幔还是软流圈仍存在争议。本文还针对福建省发育的基性岩脉开展深入研究,重点探讨了其地幔源区的性质。依据微量元素特征的显著差异,福建地区基性岩脉可分为两种类型:类型-I表现为富集大离子亲石元素,亏损高场强元素,轻重稀土分馏明显,与弧岩浆特征类似;类型-II轻重稀土分馏程度相对较小甚至有些样品表现出平坦的稀土元素配分模式。除了微量元素特征的差异,Sr/Sr(i))和La/Nb协变图中,所有的基性岩脉都表现出两种趋势,分别可以用地壳混染作用和熔体—岩石圈地幔相互作用来解释。多数类型-II基性岩脉表现出较低的La/Nb比值(1.0～1.5)以及相对于亏损地幔(DMM)略高的Sr同位素组成(0.706～0.709),与大陆岩石圈地幔(SCLM)的特征相吻合。类型-I基性岩脉的Sr/Sr(i))、La/Nb、Sr/Y以及Zr/Y比值与下伏岩石圈厚度具有良好的相关性,且岩石圈的信号随着岩石圈厚度的增加愈发清晰,强调了熔体—岩石圈相互作用对类型-I基性岩脉岩石成因的重要贡献。上述观测结果表明,这些具有弧岩浆特征的镁铁质岩石更有可能来自软流圈,而不是岩石圈地幔。

关键词：基性岩脉中国东南部原始岩浆源区岩性古太平洋板块岩石圈地幔软流圈熔体—岩石圈相互作用

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中国东部新生代玄武岩的地幔源区特征

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大地构造与成矿学 2015年第6期39卷 1119-1140页

作者：钱生平任钟元张银慧洪路兵张乐张艳刘建强宋茂双中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广东广州510640 中国科学院大学北京100049

作为华北克拉通破坏的响应,华北地区广泛发育新生代玄武岩。尽管前人对这些玄武岩做了大量的研究,但是对其地幔源区性质及成因机制仍存在激烈争论。本文首次报道山东山旺新生代玄武岩中橄榄石斑晶捕获的熔体包裹体的研究结果。相对于全... 详细信息

作为华北克拉通破坏的响应,华北地区广泛发育新生代玄武岩。尽管前人对这些玄武岩做了大量的研究,但是对其地幔源区性质及成因机制仍存在激烈争论。本文首次报道山东山旺新生代玄武岩中橄榄石斑晶捕获的熔体包裹体的研究结果。相对于全岩成分,熔体包裹体的成分更加复杂,碱性玄武岩中熔体包裹体不仅有碱性玄武质,碱性粗面玄武质成分,同时还有拉斑玄武质成分。这指示新生代玄武岩的形成主要是受控于贫硅与富硅熔体的混合。碱性玄武岩中的熔体包裹体中存在拉斑玄武质熔体意味着在山东地区新生代玄武岩中首次发现拉斑玄武质组分,暗示新生代玄武岩地幔源区比之前认识的更加复杂和不均一,碱性玄武岩地幔源区同样存在富硅组分。综合华北、东北新生代玄武岩数据,可以把这些玄武岩划分为三类:低硅,高硅以及中间类型。低硅玄武岩具有高的^(176)Hf/^(177)Hf,^(143)Nd/^(144)Nd,^(206)Pb/^(204)Pb,FeO,Na_2O+K_2O和Sm/Yb,低的SiO2_和Ba/Th比值;高硅玄武岩具有低的^(176)Hf/^(177)Hf,^(143)Nd/^(144)Nd,^(206)Pb/^(204)Pb,FeO,Na_2O+K_2O和Sm/Yb,高SiO_2和Ba/Th比值,(Th/La)_N源区含有富硅的古老大洋下地壳组分,结合实验岩石学数据推断高硅玄武岩形成于富硅辉石岩和橄榄岩的部分熔融。

关键词：新生代玄武岩华北克拉通高硅玄武岩源区岩性

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泰国晚新生代玄武岩矿物学、岩石化学特征、岩石成因及其地质意义

泰国晚新生代玄武岩矿物学、岩石化学特征、岩石成因及其地质意义

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作者：袁龙自然资源部第一海洋研究所

学位级别：硕士

南海新生代扩张停止后发生了一期广泛的板内岩浆活动,其影响范围不仅限于南海海盆,而且还包括南海北缘的雷琼半岛和北部湾以及南海西缘的中南半岛。尽管前人对于这一期的岩浆活动开展了较多的研究,但是对于它们的岩石成因、地幔源区性... 详细信息

南海新生代扩张停止后发生了一期广泛的板内岩浆活动,其影响范围不仅限于南海海盆,而且还包括南海北缘的雷琼半岛和北部湾以及南海西缘的中南半岛。尽管前人对于这一期的岩浆活动开展了较多的研究,但是对于它们的岩石成因、地幔源区性质还是存在争论。目前有关其地球动力学背景有相对较为一致的认识,即它们可能是与海南地幔柱紧密联系的。然而,海南地幔柱在地壳或近地表的影响范围还不甚清楚。位于中南半岛的泰国境内也分布有数量可观的扩张期后的玄武岩,对这些火山岩进行矿物学和岩石地球化学研究,充分发挥“岩石探针”手段,不仅可为揭示这些玄武岩的岩浆过程、岩石成因和地幔源区性质提供重要资料,而且对理解包括中南半岛在内的南海地区海底扩张期后的岩浆活动的规律及深部动力学背景具有重要意义。泰国及周边区域可分为三个构造地层单元:西部的滇缅泰马(Sibumasu)板块,中部的素可泰(Sukhothai)地体和东部的印支板块,这三个构造地层单元被两个古特提斯缝合带(清迈-尖竹汶缝合带和难-程逸沙缴府弧后缝合带)分开。本次研究的泰国晚新生代玄武岩样品主要来自素可泰地体北部和呵叻高原及其周边区域,对其开展了详细的岩相学、矿物原位主微量分析以及全岩主微量元素分析研究。研究显示,这些玄武岩具斑状结构和气孔状构造,斑晶矿物主要为橄榄石、斜长石及少量单斜辉石,基质的微晶为斜长石、橄榄石和单斜辉石,副矿物主要为磁铁矿。(1)橄榄石种属主要为贵橄榄石,透铁橄榄石及少量镁铁橄榄石,橄榄石斑晶的Ca O含量较高,斑晶粒径较小,未出现环带裂隙和扭折带,表明橄榄石斑晶为岩浆成因。(2)单斜辉石主要为透辉石和普通辉石,亏损大离子亲石元素(Ba、Sr),富集轻稀土,具有相对较高的轻稀土/重稀土(LREE/HREE)比值和(La/Yb)N比值(1.93-4.27)。(3)斜长石主要为拉长石及少量中长石和培长石,富集轻稀土及Ba、Sr、Pb元素,具有明显的Eu正异常,具有较高的(La/Yb)N比值(11.17-69.33)。需要指出的是,样品WCB-3中含有橄榄石-辉石捕虏晶集合体,其中橄榄石的Ca O含量较低(平均为0.08%),粒径较大(1.00-1.60mm),单斜辉石具有相对平坦的稀土配分模式,表明橄榄石-辉石集合体中的橄榄石和辉石皆为捕虏晶。泰国晚新生代玄武岩的母岩浆在上升至地表的过程中经历了多期的矿物结晶和分离作用。单斜辉石结晶温度和压力分别为1145-1214℃(平均温度为1190℃)和0.4-0.9Gpa(平均为0.7Gpa),对应的岩浆房深度约20km,位于大陆地壳上部,这与南海海盆和海南岛北部地区类似。斜长石的结晶温度和压力分别为994-1192℃(平均为1102℃)和0.3-0.9Gpa(平均为0.6Gpa),与南海地区类似,结合其具有较高的An值,表明斜长石形成于快速上涌的岩浆环境。本研究区玄武岩样品中矿物的结晶顺序为:橄榄石、单斜辉石、斜长石及钛铁氧化物。全岩主量元素特征表明,本区域岩石主要为粗面玄武岩和玄武粗安岩,有少量的碱玄岩和玄武岩,属于碱性系列。微量元素方面,富集大离子亲石元素(Rb、Sr、Ba、K)和高场强元素(Nb、Ta、Zr),无明显的Eu异常,其特征与中南半岛及南海地区同期玄武岩一致,类似于洋岛玄武岩。构造环境判别图解(基于单斜辉石组分构建的)表明,本区域玄武岩为板内构造环境。经模拟计算,本区域玄武岩源区岩性可能是石榴石辉石岩,而这些玄武岩可能是石榴石辉石岩经5%-20%部分熔融形成的。本研究利用PRIMELT软件模拟计算了泰国晚新生的元素岩浆组分,利用反演的原始岩浆组分计算出本区域的地幔潜在温度为1448-1467℃,与越南南部类似,稍低于海南岛北部,结合全岩地球化学特征,表明泰国晚新生代玄武岩的形成与海南地幔柱有关。泰国地区玄武岩的稍低地幔潜在温度(与海南及越南相比),可能反映了地幔柱物质流在沿着岩石圈流变学边界层往中南半岛之下运移时消耗了部分能量,具体表现在靠近地幔柱中心位置的海南岛地幔潜在温度较高,而在远离地幔柱中心的中南半岛稍低。综上所述,我们认为泰国晚新生代玄武岩的深部动力学背景类似于南海地区,海南地幔柱在泰国晚新生代玄武岩的形成过程中起了重要作用。

关键词：南海泰国源区岩性原始岩浆组分地幔潜在温度晚新生代玄武岩岩石成因矿物学海南地幔柱

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哥斯达黎加西海岸外科科斯脊基底玄武岩岩石地球化学研究及其质意义

哥斯达黎加西海岸外科科斯脊基底玄武岩岩石地球化学研究及其质意...

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作者：葛振敏自然资源部第一海洋研究所

学位级别：硕士

由于加拉帕戈斯地幔柱热点与科科斯-纳兹卡扩张中心的相互作用,正在中美洲地区西海岸外向东俯冲的科科斯无震脊具有复杂的构造演化历史及岩浆作用过程。综合大洋钻探计划(IODP)334和344航次在U1381、U1414站位获得了科科斯脊基底岩石样... 详细信息

由于加拉帕戈斯地幔柱热点与科科斯-纳兹卡扩张中心的相互作用,正在中美洲地区西海岸外向东俯冲的科科斯无震脊具有复杂的构造演化历史及岩浆作用过程。综合大洋钻探计划(IODP)334和344航次在U1381、U1414站位获得了科科斯脊基底岩石样品,对这些样品进行详细的岩石地球化学研究对于理解科科斯脊地幔源区岩性、岩浆作用过程及加拉帕戈斯热点的演化历史具有重要意义。本文对U1381及U1414站位的三个钻孔(U1381A、U1381C和U1414A)所获得的科科斯脊基底岩石开展了详细的岩相学、单矿物原位主微量元素及全岩主微量元素分析研究。(1)岩相学特征表明,岩石类型主要为玄武质岩石,斑晶矿物组合为斜长石和单斜辉石,微晶矿物组合为斜长石、单斜辉石及少量磁铁矿等不透明矿物。(2)斜长石种属为培长石、拉长石及中长石;整体上,富集轻稀土元素(LREE)和大离子亲石元素(LILE),亏损高场强元素(HFSE),且具有明显的Eu正异常。单斜辉石均为普通辉石,亏损LILE、LREE等强不相容元素,稀土配分曲线中重稀土(HREE)较为平坦。根据斜长石-熔体温度计计算获得斜长石的结晶温度为866～1269℃。根据单斜辉石-熔体温压计计算得单斜辉石结晶温度为1162～1268℃,平衡压力为0.12～0.97GPa(对应深度4.7～36.7km)。单斜辉石、斜长石与寄主玄武岩均来自同一岩浆体系,部分斜长石斑晶可能为循环晶。(3)主量元素特征显示,它们主要为玄武岩及玄武质安山岩,均属于拉斑玄武岩系列。微量元素和稀土元素特征与富集的洋中脊玄武岩(E-MORB)类似。玄武质岩石主微量元素特征显示地幔源区岩性为石榴石辉石岩。玄武岩母岩浆可能是由源区里石榴石辉石岩经1～5%部分熔融所形成的。在母岩浆离开源区上升到地表期间,它们受到了斜长石、单斜辉石及Ti-Fe氧化物结晶分异的影响,正如单斜辉石中元素演化趋势及全岩主要氧化物协同变化特征所显示的。基于全岩微量元素比值的对比研究及构造演化历史资料,本文指出,在14Ma以来,科科斯脊虽然与加拉帕戈斯群岛具有同样的、无明显组分变化的地幔源区,但是可能经历了不同的岩浆过程。

关键词：科科斯脊玄武岩岩石成因岩浆过程源区岩性加拉帕戈斯地幔柱热点

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