地幔部分熔融形成玄武巖的主微量元素以及放射性同位素等成分具有復(fù)雜多樣性,認(rèn)識玄武巖的地幔源區(qū)成分是地幔地球化學(xué)領(lǐng)域長期以來研究的重要科學(xué)問題。大陸玄武巖是研究地幔源區(qū)性質(zhì)的重要對象,其成分不均一性與地球動力學(xué)如板塊俯沖等過程緊密相關(guān)。中國華北克拉通東部新生代玄武巖的成因被認(rèn)為與地幔過渡帶中滯留的太平洋板塊有關(guān),但是不清楚太平洋板塊對華北克拉通中部帶新生代玄武巖的化學(xué)組成是否也有貢獻(xiàn)。本文中我們分析了華北克拉通中部造山帶新生代玄武巖的全巖主-微量元素和Sr-Nd同位素成分、全巖Fe/Mn和Nb/Ta比值以及LA-ICP-MS激光原位橄欖石斑晶主微量元素化學(xué)成分,來探討華北克拉通中部造山帶新生代玄武巖的地幔源區(qū)性質(zhì)及巖性特征,并評估其下覆巖石圈的演化及周邊古大洋俯沖的影響。這些玄武巖主要是堿性玄武巖,含有少量的拉斑玄武巖。與地幔橄欖巖部分熔融的熔體成分相比,華北克拉通中部造山帶新生代玄武巖具有更高的Ti O_2含量,總Fe_2O_3含量,FC3MS(FeO/CaO-3*MgO/SiO_2,所有單位都是重量百分比wt%),Fe/Mn和Zn/Fe比值以及更低的CaO含量。與從地幔橄欖巖熔體中結(jié)晶的橄欖石相比,華北克拉通中部造山帶新生代玄武巖中的橄欖石斑晶具有更低的Ca、Mn含量和更高的Ni含量及Fe/Mn比值。這些特征表明華北克拉通中部造山帶新生代玄武巖主要是來源于輝石巖地幔源區(qū)。結(jié)合Nb/Ta比值以及CS-MS-A假三元投影相圖表明MgO7.5 wt%的堿性玄武巖的地幔源區(qū)殘留礦物主要是單斜輝石+石榴石±橄欖石±金紅石,而MgO6 wt%的拉斑玄武巖的地幔源區(qū)殘留礦物主要是單斜輝石+石榴石±斜方輝石。華北克拉通中部造山帶新生代玄武巖類似于洋島玄武巖(OIB)的微量元素分布特征(在微量元素蛛網(wǎng)圖上大部分樣品都具有Ba、Sr、Nb、Ta正異常及Th和U的負(fù)異常)以及富集的Sr-Nd同位素特征表明虧損地幔源區(qū)中含有俯沖洋殼組分(包括蝕變洋殼和沉積物組分)。我們推斷洋殼部分熔融產(chǎn)生的熔體與地幔橄欖巖反應(yīng)會形成輝石巖源區(qū),其中高的和低的熔/巖比分別形成富Si和貧Si的輝石巖。由于二階段Si過剩輝石巖相比貧Si輝石巖具有更低的固相線,前者會傾向于發(fā)生更高程度的部分熔融產(chǎn)生拉斑玄武巖,而后者部分熔融形成堿性玄武巖,這與拉斑玄武巖相比堿性玄武巖具有更低的微量元素含量也是一致的。時(shí)間上,華北克拉通中部造山帶新生代玄武巖從晚始新世到漸新世時(shí)期的堿性玄武巖逐漸演化到晚中新世-第四紀(jì)時(shí)期的堿性玄武巖和拉斑玄武巖共存。玄武巖地球化學(xué)成分的這一時(shí)間變化之前被解釋為反映了新生代時(shí)期該地區(qū)巖石圈的逐漸減薄。但是該巖石圈減薄的模型主要是基于玄武巖代表了橄欖巖源區(qū)部分熔融熔體成分的傳統(tǒng)假設(shè)。根據(jù)CS-MS-A假三元相圖估算的拉斑玄武巖玄武巖的平均熔融壓力約為3 GPa(100公里),明顯高于前人根據(jù)傳統(tǒng)的橄欖巖熔融模型得到60公里的深度,但是與華北克拉通中段北緣的現(xiàn)今巖石圈厚度(90-120公里)是一致的。因此我們的工作強(qiáng)調(diào)了之前關(guān)于華北克拉通中部造山帶在新生代時(shí)期的巖石圈減薄模型可能需要重新修正。空間上,這些玄武巖的同位素及主微量元素成分特征沿著華北克拉通中央造山帶從中心向南北兩邊發(fā)生系統(tǒng)變化,如SiO_2含量和Sr同位素增加,FeO_T含量、Nd同位素、Sm/Yb及Ce/Pb比值降低。這些玄武巖的時(shí)空化學(xué)變化表明華北克拉通中部造山帶地幔中的再循環(huán)洋殼可能主要與早期的古亞洲洋南向俯沖以及/或者特提斯大洋板塊的北向俯沖有關(guān)。前人的研究可能高估了太平洋板塊俯沖的貢獻(xiàn)。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P588.145;P534.6
【部分圖文】：

. 地幔包體和阿爾卑斯地質(zhì)體中的天然輝石巖：小灰圈來自文獻(xiàn) Lambart et al. 考文獻(xiàn)) 和角閃石巖：粉色星星來自以下文獻(xiàn)：(Arculus et al., 1983; Ho et a et al., 2000; Neumann et al., 1999; Orejana et al., 2006) 的氧化物含量和 Mg#與其的起始物質(zhì)成分（大圈）的比較。紅色和紫色圈分別表示 Lambart et al. (2013)用輝石巖 M5-40 和 M7-16 。同樣也展示了 GEOROC 數(shù)據(jù)庫中的地幔橄欖巖范圍和 MORB 玻璃范圍：黃色區(qū)域來自文獻(xiàn) Melson and O'Hearn (2003)。該圖來源于2013)。管輝石巖在天然地幔樣品中所占的比例很小，但它卻是一種很普遍的狀包括包括地幔輝石巖包體和構(gòu)造地質(zhì)體出露的地幔部分中的hmann and Stolper, 1996)。據(jù) Hirschmann and Stolper (1996)基于造山帶輝石巖比例的估算，他們認(rèn)為上地�？赡芎� 2-5%的輝石巖。地幔具有很大范圍的地球化學(xué)變化（圖 1-1）、礦物含量變化，這可能反

圖 1-2. 華北克拉通東部大于 110 Ma（綠色正方形）、小于 110 Ma （黃色圓圈）的玄武巖以摩爾比例從透輝石向 Fo-CaTs-Q 平面投影的假三元相圖(Herzberg, 2006, 2011)。投影代碼據(jù)O'Hara (1968)�？s寫：熱障 TD（粗虛線）、熔體 L、橄欖石 Ol、石英 Q、單斜輝石 Cpx、斜方輝石 Opx、石榴石 Gt。 箭頭表示溫度降低的方向。

1-3. 華北克拉通東部大于 110 Ma（綠色正方形）、小于 110 Ma （黃色圓圈）的玄武爾比例從橄欖石向 CS-MS-A 平面中的透輝石-頑火輝石-鎂鋁榴石-鈣鋁榴石部分投影的相圖(Herzberg, 2006, 2011)。投影代碼據(jù) O'Hara (1968)。藍(lán)色圓圈是來自的富 Si 的 M榴輝巖在 3GPa 壓力下產(chǎn)生的位于 L+Q+Cpx+Gt 相區(qū)的熔體成分�？s寫：熱障 TD（粗虛線體 L、橄欖石 Ol、石英 Q、單斜輝石 Cpx、斜方輝石 Opx、石榴石 Gt。 箭頭表示溫度方向。1.4 論文工作量博士期間目前已完成的一些工作及結(jié)果如下（表 1.1）：表 1.1 工作量一覽表作內(nèi)容 總量 工作地點(diǎn) 備注外工作 約一個(gè)月 2013 年華北中部帶北緣 10 天 采集地質(zhì)樣品2014 年華北太行山約 10 天 采集地質(zhì)樣品2015 年山西、內(nèi)蒙古約 10 天 采集地質(zhì)樣品制薄片及觀察 約 200 件中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）磨片室、廊坊所中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過
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本文編號：2862575