【摘要】：火山作用是天然的“深部鉆孔”,捕獲的幔源捕虜體(橄欖巖和輝石巖)是認(rèn)知上部地幔成分、結(jié)構(gòu)和演化的直接來源。橄欖巖作為上地幔的主要組分,不僅是研究地幔性質(zhì)(熔融抽取、交代改造等)的直接對象,而且是大陸地殼生長的主要來源。地幔輝石巖,占上部地�？傮w積不到10%,卻是一種重要的巖漿來源和/或交代組分,記錄了巖石圈地幔中的復(fù)雜改造過程,是認(rèn)識地幔不均一性成因的關(guān)鍵對象。綜合對橄欖巖和輝石巖的研究可以有效揭示深部巖石圈地幔的部分熔融、交代改造以及熔體遷移等一系列物理化學(xué)及動(dòng)力學(xué)過程。自顯生宙以來,中國和澳洲東南部經(jīng)歷了中-新生代古太平洋板塊的俯沖作用,導(dǎo)致巨量玄武質(zhì)巖漿的噴發(fā)和堆積。這些新生代玄武巖的噴發(fā)攜帶大量幔源捕虜體,為詳細(xì)探索不同構(gòu)造背景下深部巖石圈的演化提供了最佳對象。中國東南部噴發(fā)的新生代玄武巖主要為橄欖巖捕虜體,但是澳洲東南部新生代玄武巖捕獲大量石榴石輝石巖,對它們展開綜合研究,可以全面探討板片俯沖對克拉通和造山帶陸下巖石圈地幔形成演化的過程。本論文選取華南克拉通(中國東南部)內(nèi)的橄欖巖捕虜體以及Lachlan造山帶(澳洲東南部)內(nèi)的石榴石輝石巖捕虜體,進(jìn)行詳細(xì)的巖相學(xué)、顯微結(jié)構(gòu)、地球化學(xué)以及多類型同位素的分析,目的是:(1)了解克拉通下陸下巖石圈顯生宙時(shí)期的地幔屬性和克拉通地幔被破壞改造的過程;(2)探討多階段熔體-橄欖巖反應(yīng)的過程及其在克拉通破壞中的意義;(3)揭示輝石巖熔體的起源、交代作用以及弧下地幔楔過程;(4)提出不同構(gòu)造背景下非克拉通型大陸巖石圈地幔的演化動(dòng)力學(xué)模型。獲得的認(rèn)識包括:(1)中國東南部的橄欖巖捕虜體可分為兩類。類型1具有高的橄欖石Mg#(~90-92),虧損玄武質(zhì)組分(Al_2O_3、Ca O和Ti O_2)的特征,以及LREE富集、HREE相對虧損的配分形式和虧損的HFSE,表現(xiàn)為相對難熔的特征并記錄古老碳酸巖熔體的交代作用,該類型與華北新生代時(shí)期具太古宙克拉通殘留地幔屬性的鶴壁橄欖巖相似。類型2為相對飽滿的二輝橄欖巖,具有低的橄欖石Mg#(~89-90),和虧損的單斜輝石REE配分形式,與華北相同時(shí)期代表新增生的飽滿“大洋型”巖石圈地幔類似。兩類橄欖巖的共存表明:相對難熔的巖石圈地�？赡苁墙�(jīng)歷軟流圈物質(zhì)沿地幔薄弱帶不規(guī)則上涌、侵蝕、置換而殘留的古老克拉通型地幔,隨后這些上涌的軟流圈物質(zhì)冷卻沉降形成新增生的飽滿巖石圈地幔。這種克拉通下巖石圈地幔置換過程可能主要是由中-新生代古太平洋俯沖回撤導(dǎo)致巖石圈大規(guī)模伸展,軟流圈地幔上涌置換的結(jié)果。(2)中國東南部橄欖巖捕虜體還記錄了多期的熔體-橄欖巖相互作用,這些作用發(fā)生在地幔熔融抽取之后,包裹富鈉硅酸鹽熔體和富鉀硅酸鹽熔體。富鈉硅酸鹽熔體主要出現(xiàn)在單斜輝石和尖晶石的篩狀邊內(nèi)部和附近,是由軟流圈低度部分熔融產(chǎn)生的熔體滲濾到周圍地幔橄欖巖,導(dǎo)致熔體與單斜輝石和尖晶石發(fā)生熔融和反應(yīng)。這種反應(yīng)引起單斜輝石邊部比核部具有更低的Al_2O_3、Na_2O和Mg#,更高的Fe O、Ti O_2和Cr#。富鉀硅酸鹽熔體產(chǎn)生于富鈉熔體之后,具有高Si O_2、K_2O(平均14.3%),高Rb、Ba和LREE以及低Na_2O/K_2O(0.01-0.29)的特點(diǎn),可能是伴隨軟流圈上涌引起早期形成的富含金云母巖石發(fā)生低度部分熔融的熔體交代周圍地幔橄欖巖的產(chǎn)物,這種熔體引起篩狀結(jié)構(gòu)的單斜輝石和尖晶石進(jìn)一步反應(yīng)生成蠕蟲狀富Cr的單斜輝石和尖晶石,并且完全或部分置換橄欖巖中的斜方輝石。(3)澳洲東南部Lachlan造山帶Bullenmerri和Gnotuk湖區(qū)內(nèi)的石榴石輝石巖不僅作為交代介質(zhì)改造周圍橄欖巖,而且其復(fù)雜的化學(xué)成分暗示經(jīng)歷了伴隨俯沖作用的多期地幔改造過程。輝石巖中單斜輝石變晶出溶石榴石(±斜方輝石±尖晶石±斜長石±鈦鐵礦±尖晶石)說明這些石榴石輝石巖是初始單斜輝石主導(dǎo)的堆晶巖由于冷切作用發(fā)生出溶和重結(jié)晶過程,最終平衡在~950-1100°C和12-18 kb(40-60 km)條件下。高M(jìn)g O的石榴石二輝石巖具有高Cr、低Al的含量,以及相對平坦的LREE配分形式和相對均一的Sr-Nd-Hf同位素組成(~(87)Sr/~(86)Sr=0.70386-0.70657;~(143)Nd/~(144)Nd=0.51260-0.51283;~(176)Hf/~(177)Hf=0.28281-0.28305),代表含水的島弧拉斑玄武巖在~1420-1460°C和23-30 kb條件下的堆晶產(chǎn)物。而低Mg O的單斜輝石巖有具有低的Cr含量,多變的REE配分形式,從LREE虧損到LREE富集以及不均一的Sr-Nd-Hf同位素組成0.28396),是兩組分混合的堆晶產(chǎn)物;它們的母巖漿可能來源于受俯沖板片(含沉積物)強(qiáng)烈交代的弧下對流地幔楔在1280-1400°C和16-20 kb條件下的部分熔融,所形成的并經(jīng)過演化的弧巖漿上升侵入巖石圈地幔并發(fā)生分離結(jié)晶作用。輝石巖中單斜輝石和石榴石的Sm-Nd等時(shí)線年齡暗示這些輝石巖可能在300-500 Ma形成于50-100 km的地幔深度,隨后在~44Ma時(shí)受中-新生代古太平洋的俯沖伸展作用,使得巖石圈地幔整體抬升至~40-60 km的深度(抬升幅度達(dá)~10-20 km)。同位素及溫壓估算結(jié)果表明,澳洲東南部巖石圈地幔在顯生宙經(jīng)歷了減壓冷卻過程以及古老再循環(huán)組分對巖石圈地幔的交代改造過程,揭示了大陸邊緣地幔楔弧巖漿形成的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)過程。(4)中國東南部克拉通下的橄欖巖捕虜體顯示現(xiàn)今主體為新生飽滿的巖石圈地幔,僅有少量的古老難熔巖石圈地幔殘留,這種巖石圈地幔的增生和改造過程可能主要是由于古太平洋的俯沖回撤作用,巖石圈伸展引起下部軟流圈物質(zhì)上涌和巖石圈地幔發(fā)生多階段熔-巖反應(yīng)、侵蝕置換上部古老的巖石圈,誘發(fā)其發(fā)生整體或局部的破壞。而俯沖作用對造山帶內(nèi)的巖石圈地幔改造作用更為明顯。澳洲東南部造山帶內(nèi)下石榴石輝石巖捕虜體記錄了古生代造山過程中弧下地幔楔巖漿動(dòng)力學(xué)過程和洋-陸轉(zhuǎn)換匯聚作用,以堆晶輝石巖脈形式分散于巖石圈地幔楔中,而后古太平洋俯沖導(dǎo)致巖石圈伸展和軟流圈上涌抬升過程。對克拉通下橄欖巖和造山帶內(nèi)輝石巖捕虜體的研究,系統(tǒng)揭示了不同構(gòu)造背景下俯沖作用對大陸巖石圈地幔組分的改造、破壞過程中的物理化學(xué)響應(yīng)。總之,西太平洋的俯沖和回撤作用對中國東南部和澳洲東南部巖石圈新生代時(shí)期的形成和演化過程有重要影響,是最主要的地球動(dòng)力學(xué)來源。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P542.5;P313
【圖文】：

中國地質(zhì)大學(xué)博士學(xué)位論文 3mW/m2; Pollack et al., 1993) 且強(qiáng)烈曲線化，如澳洲東部捕虜體地?zé)?(Griffin et al.,1984; O'Reilly and Griffin, 1985, 1996; O'Reilly et al., 1997)。少量的顯生宙地幔來源的二輝橄欖巖記錄了元古代地幔的殘留（Re-Os 年齡；Alard et al., 2002; Xu etal., 2008)。元古代的陸下巖石圈地幔成分介于古老難熔克拉通和新生飽滿巖石圈地幔之間，橄欖石的 Mg# 為 90-92， 全巖 CaO 和 Al2O3的含量約為（~2%），密度為 (~3.34±0.02 g/cm3)。這種巖石圈地幔巖石類型、主量元素的持續(xù)變化說明認(rèn)為地幔主量元素特征主要受熔融作用控制，后期地幔交代影響很小，較老的巖石圈地幔經(jīng)歷的部分熔融的程度越高 (Griffin et al., 1999a; O'Reilly et al., 2001)。

兩湖相距不到1km，在地理位置上位于白堊紀(jì)Otway盆地內(nèi)，其基底巖石可能屬于Delamerian或Lachlan造山帶，因?yàn)椴蓸游恢每拷麯elamerian和Lachlan造山帶的分界線 (Moyson斷裂帶) 的延伸方向 (圖2-2)。寄主玄武巖為碧玄巖，具有低的MgO (~6.71 wt%)，CaO (~6.89 wt%)和高堿的含量，OIB型的Sr-Nd同位素特征 (87Sr/86Sr=0.7039 - 0.7041,143Nd/144Nd=~0.51283; Griffin et al., 1988; Stolz andDavies, 1988)。圖2-2 石榴石輝石巖采樣點(diǎn)及周圍的構(gòu)造地質(zhì)圖 (改自Miller et al., 2002

量的粗粒 (LS0906，LS0910) 和細(xì)粒結(jié)構(gòu) (LS0902)。殘碎斑結(jié)構(gòu)的橄欖巖都屬于類型2富Cpx的二輝橄欖巖，粗粒 (4mm) 的橄欖石碎斑含量大于10%，斜方輝石呈不規(guī)則狀，部分顆粒出溶細(xì)的單斜輝石頁片（圖4-1a）。少量硫化物被斜方輝石包裹，或呈脈狀出現(xiàn)在礦物邊界或裂隙中。類型1貧Cpx的橄欖巖總有粗粒結(jié)構(gòu)、細(xì)粒結(jié)構(gòu)。其中方輝橄欖巖為粗粒結(jié)構(gòu)，橄欖石和斜方輝石粒徑2.5-5mm，顆粒之間多為曲線接觸,局部可見“三聯(lián)點(diǎn)”結(jié)構(gòu)（圖4-1b）。二輝橄欖巖 LS0902 為細(xì)粒結(jié)構(gòu)，礦物顆粒多半 <2mm（圖4-1d），局部含中粗粒橄欖石（<5%）。這些類型1貧Cpx的橄欖巖中單斜輝石還含有大量CO2流體包裹體（圖4-1c）。而大部分的類型1和類型2中的尖晶石為棕色的，分散在硅酸鹽礦物顆粒之間或被硅酸鹽礦物包裹。圖4-1 練山橄欖巖捕虜體的顯微結(jié)構(gòu)特征。(a) LS0926中Cpx的篩狀結(jié)構(gòu) (單偏光)；(b) LS0910顯示粗粒結(jié)構(gòu) (正交光)；(c) LS0910 的Cpx中大量CO2和綠色Sp包裹體 (單偏光)；(d) LS0902顯示細(xì)粒顯微結(jié)構(gòu) (正交光)。Ol, 橄欖石; Opx

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2789570