【摘要】：熔體-橄欖巖相互作用是改變地幔組成和性質(zhì)重要方式,因而也是研究華北克拉通東部巖石圈破壞的關(guān)鍵。本論文選取華北克拉通東部山東昌樂新生代玄武巖中攜帶的地幔包體(二輝橄欖巖、異剝橄欖巖、輝石巖和單斜輝石捕擄晶)為研究對象。根據(jù)包體中橄欖石、斜方輝石、單斜輝石和尖晶石的原位主微量元素,以及單斜輝石、碳酸質(zhì)熔體包裹體的原位Sr同位素的研究,認為華北克拉通東部巖石圈地幔經(jīng)歷過多期次復雜的地幔交代。其主要認識如下:1.多期次的地幔硅酸鹽交代及硅質(zhì)熔體的來源通過單斜輝石的巖相學和原位地球化學的研究,將昌樂二輝橄欖巖分為兩類:第一類二輝橄欖巖中單斜輝石具有高Mg#(92),而第二類二輝橄欖巖中單斜輝石具有低Mg#(92)。發(fā)現(xiàn)了第二類二輝橄欖巖中單斜輝石核部不同程度的富集大離子親石元素、輕稀土元素和虧損高場強元素,以及其(La/Yb)N與Ti/Eu顯示出較好的正相關(guān)關(guān)系并落入硅酸鹽交代區(qū)域。這些特征證明了這些單斜輝石核部記錄了較早一期硅酸鹽交代。另外,這些單斜輝石核部和碳酸質(zhì)熔體包裹體具有同樣較高的87Sr/86Sr比值(0.7033-0.7035),這不僅說明硅質(zhì)熔體可能富含碳酸質(zhì)成份也暗示該熔體可能來自再循環(huán)的洋殼。而本文研究的輝石巖中單斜輝石具有和第二類二輝橄欖巖類似的輕微富集大離子親石元素、輕稀土元素和高Ti/Eu比值以及相一致的Sr同位素特征(87Sr/86Sr比值為0.7033-0.7037),可能指示該輝石巖是富CO_2硅質(zhì)熔體與第二類二輝橄欖巖反應(yīng)的產(chǎn)物。與第二類二輝橄欖巖中單斜輝石核部和輝石巖中單斜輝石相比,發(fā)現(xiàn)昌樂玄武巖中的單斜輝石捕擄晶則具有顯著低的微量元素含量和弱的Eu正異常以及不明顯的Pb負異常。但其輕微富集大離子親石元素、輕稀土元素以及高的Ti/Eu比值(3394-4705)的特征,暗示該單斜輝石捕擄晶可能記錄了另一期硅酸鹽交代。該單斜輝石具有較高的87Sr/86Sr比值(0.7035-0.7037),結(jié)合其弱的Eu正異常和不明顯的Pb負異常,認為交代的硅質(zhì)熔體可能與再循環(huán)洋殼下部的輝長質(zhì)部分熔融有關(guān)。由此可以認為不同期次不同來源的硅酸質(zhì)熔體橄欖巖反應(yīng)不僅造成這些地幔橄欖巖富集微量元素,而且造成二輝橄欖巖向輝石巖轉(zhuǎn)化。2.多期次的地幔碳酸鹽交代及碳酸質(zhì)熔體的來源發(fā)現(xiàn)微量元素在山東昌樂第二類二輝橄欖巖中單斜輝石中有明顯的核邊變化,其邊部比核部富集輕稀土元素、Sr、Cu等。另外,從單斜輝石核部到邊部,這些單斜輝石的(La/Yb)N和Ti/Eu沿著碳酸鹽交代的趨勢分布。這些特征暗示第二類二輝橄欖巖在后期又歷過低程度碳酸鹽交代的改造。而這些單斜輝石邊部低87Sr/86Sr比值(~0.7024)暗示交代的碳酸質(zhì)熔體可能源自碳酸鹽化地幔的部分熔融。第一類尖晶石二輝橄欖巖中單斜輝石極度富集大離子親石元素、輕稀土元素,但虧損高場強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。這些特征暗示這些單斜輝石可能是從碳酸質(zhì)熔體中直接結(jié)晶出來。與第二類二輝橄欖巖中單斜輝石邊部相比,這些單斜輝石具有輕微高的87Sr/86Sr比值(~0.7030)和顯著高的(La/Yb)N,說明兩類二輝橄欖巖記錄了兩期不同的碳酸鹽交代。而這種輕微高Sr同位素特征的碳酸質(zhì)熔體可能是早期含CO_2的硅質(zhì)熔體與橄欖巖反應(yīng)消耗硅質(zhì)成份演化而來。另外,本文研究的異剝橄欖巖發(fā)現(xiàn)有大量新生的單斜輝石、橄欖石和磷灰石以及原生碳酸鹽熔體包裹體,證明了該異剝橄欖巖可能是碳酸質(zhì)熔體與橄欖巖反應(yīng)的結(jié)果。在地球化學特征上,該異剝橄欖巖中單斜輝石具有類似于第一類二輝橄欖巖中單斜輝石的強烈富集大離子親石元素、輕稀土元素和虧損高場強元素、重稀土元素以及輕微高的87Sr/86Sr比值(~0.7030),指示該異剝橄欖巖可能是演化的碳酸質(zhì)熔體與第一類二輝橄欖巖反應(yīng)的產(chǎn)物。綜上可知,碳酸質(zhì)熔體即可能是富CO_2硅質(zhì)熔體因消耗硅質(zhì)成份演化而來也可是碳酸鹽化地幔部分熔融而來。另外,碳酸質(zhì)熔體與地幔反應(yīng)也會使地幔在化學成份上更加富集微量元素,也會因消耗斜方輝石生成單斜輝石和橄欖石而形成異剝橄欖巖。3.多期次復雜地幔交代對華北克拉通東部巖石圈地幔再富集的影響本文研究的昌樂地幔捕擄體記錄了復雜的地幔交代過程。來自再循環(huán)洋殼的富CO_2硅質(zhì)熔體與地幔反應(yīng)消耗硅質(zhì)成份并最終將會轉(zhuǎn)化為富集不相容元素的碳酸質(zhì)熔體。而不同屬性的熔體與橄欖巖反應(yīng)造成的礦物組成變化完全不同。前期富CO_2硅質(zhì)熔體與二輝橄欖巖反應(yīng)會生成輝石巖,而后期演化的碳酸質(zhì)熔體與地幔反應(yīng)會造成二輝橄欖巖最終轉(zhuǎn)化為異剝橄欖巖。但這些復雜的地幔交代都造成了華北克拉通東部地幔不同程度的富集微量元素,使其在化學成分上由虧損、難熔型轉(zhuǎn)化為飽滿、富集型。
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【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P542.5
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本文編號：2307374