研究揭示郯廬斷裂帶下部巖石圈地幔的演化特征

　　玄武巖所攜帶的幔源捕虜體及巨晶是地幔巖石學和地球化學研究的主要對象之一，具有地球深部的“探針”之稱，它們為地球深部過程的研究提供了直接樣品，且在巖石圈地幔演化的研究中發揮著重要的作用。近幾年的研究表明，橄欖巖與熔/流體的反應在大陸地區及大洋地區橄欖巖中普遍存在，這種反應不僅會造成礦物百分含量的變化，還會引起礦物組成的變異。

　　中科院地質與地球物理研究所巖石圈演化研究室地幔地球化學學科組博士后肖燕在合作導師張宏福研究員的指導下，對位于郯廬斷裂帶中段內部的北巖新生代堿性玄武巖所攜帶的橄欖巖捕虜體進行了詳細的巖石學和地球化學分析。研究發現，此地區地幔橄欖巖捕虜體可分為三類：二輝橄欖巖，富單斜輝石的二輝橄欖巖以及異剝橄欖巖。其中，二輝橄欖巖橄欖石的Fo較低（91.0-88.8），大多數二輝橄欖巖全巖和單斜輝石具有“上凸”型輕稀土配分模式，僅有一個具最高Fo（91.0）的二輝橄欖巖具有“勺”型輕稀土配分模式，所有二輝橄欖巖的Sr-Nd組成均落在大洋中脊玄武巖的區域內，這些特征與晚中生代青島和莒南低Mg#橄欖巖以及大多數新生代玄武巖中的二輝橄欖巖相似，說明北巖二輝橄欖巖代表著新增生巖石圈地幔的碎片。富單斜輝石的二輝橄欖巖的Fo（87.6-82.2）較二輝橄欖巖偏低，輕稀土富集，Sr-Nd同位素虧損，與二輝橄欖巖相似，這些地球化學特征說明了富單斜輝石的二輝橄欖巖是由二輝橄欖巖與熔體反應所形成的。異剝橄欖巖的Fo更低（86.9-81.0），而且含有較多的交代礦物如角閃石、云母、磷灰石等，值得注意的是這些異剝橄欖巖中或多或少的都含有方解石脈，有些含有方解石顆粒。北巖異剝橄欖巖的出現及富集的稀土配分模式顯示出新增生的巖石圈地幔在其形成之后經歷了改造和重建，這種變化主要是由橄欖巖與熔體的反應引起的。

　　由于北巖玄武巖處于郯廬斷裂帶內部，晚白堊-早第三紀軟流圈的上涌及郯廬斷裂帶的剪切作用為熔巖反應提供了熔體的來源及其上升的通道。結合已有的晚中生代青島和莒南橄欖巖以及新生代山旺橄欖巖的研究，作者認為，橄欖巖與熔體的反應在華北東部的巖石圈地幔中是普遍存在的，可能是巖石圈地幔組成轉變的重要方式。

　　該成果近期發表在國際巖石學領域的核心刊物Lithos（《國際礦物學、巖石學與地球化學雜志》）（Xiao et al. Evolution of lithospheric mantle beneath the Tan-Lu fault zone, eastern North China Craton: Evidence from petrology and geochemistry of peridotite xenoliths. Lithos, 2010, 117: 229-246）。

圖1 北巖橄欖巖的顯微結構照片和背散射照片

圖2 郯廬斷裂帶帶內及帶外東部的橄欖石Fo與模式礦物含量之間的關系圖