Water contents and lithium isotope compositions of the Mesozoic-Cenozoic lithospheric mantle of the eastern NCC-constraints fro.pdf

1、對(duì)華北克拉通東部七個(gè)地點(diǎn)（蓬萊，棲霞，昌樂(lè)，鶴壁，大西莊，青島和莒南）橄欖巖捕擄體中的主要組成礦物相（橄欖石，斜方輝石和單斜輝石）進(jìn)行了系統(tǒng)的傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和二次離子探針(SIMS)分析。該研究旨在弄清名義上無(wú)水礦物中結(jié)構(gòu)OH（也就是水）的含量，以及水在巖石圈地幔中可能的時(shí)空變化特征及其控制因素，并進(jìn)一步通過(guò)鋰同位素體系來(lái)限制巖石圈地幔中熔體-橄欖巖的相互作用過(guò)程。
　　名義上無(wú)水無(wú)礦物，如橄欖巖捕擄體中的單斜輝石

2、和斜方輝石，普遍含有一定量的結(jié)構(gòu)OH，也就是水。對(duì)于本論文所研究的地幔橄欖巖捕擄體，單斜輝石和斜方輝石的水含量變化范圍分別為20-746 ppm，8-580 ppm。水在顆粒內(nèi)部的均勻分布以及水在兩種輝石之間的平衡分配都表明輝石的水含量測(cè)量值能代表捕擄體被帶出地幔之前的原始值。橄欖巖中橄欖石幾乎是無(wú)水的，這一般認(rèn)為是捕擄體在減壓上升過(guò)程中去氣的結(jié)果。根據(jù)橄欖巖中各礦物相組成的相對(duì)比例，以及假定單斜輝石和橄欖巖在地幔條件下H的平衡分配系數(shù)

3、為10，我們可以得到全巖的水含量，其變化范圍為6-251 ppm。
　　晚中生代和新生代玄武巖中的地幔橄欖巖捕擄體具有明顯不同的水含量，顯示了華北克拉通東部巖石圈地幔中水的隨時(shí)間變化。新生代樣品（來(lái)自蓬萊，棲霞，昌樂(lè)和鶴壁）中單斜輝石和斜方輝石的水含量變化范圍分別為:27-223ppm和8-94 ppm;中生代樣品（來(lái)自青島和莒南）中單斜輝石和斜方輝石的水含量變化范圍分別為470-750 ppm和190-350 ppm。另外，晚中

4、生代的大西莊樣品則顯示了新生代樣品的含水特征，單斜輝石和斜方輝石的水含量范圍分別為103-311 ppm和30-141 ppm。
　　新生代橄欖巖樣品具有明顯低于世界其它產(chǎn)地橄欖巖以及MORB源區(qū)的水含量特征，可能反映了經(jīng)歷了晚中生代-新生代華北巖石圈減薄事件后地幔殘留的特征。伴隨著巖石圈減薄的進(jìn)行，對(duì)流上升的軟流圈地幔帶來(lái)的熱可以烘烤其上覆的巖石圈地幔，導(dǎo)致其脫水從而貧水。另一方面，晚中生代巖石圈地幔的高水含量可能代表了介于新生

5、代“貧水和早白堊紀(jì)富水的中間值。中生代以來(lái)的古太平洋板片的俯沖可能導(dǎo)致了巖石圈地幔的水化，而且這種水化的巖石圈地幔反過(guò)來(lái)會(huì)弱化巖石圈并導(dǎo)致減薄的開始。伴隨著巖石圈底部水化和弱化部分的減薄和丟失，去氣作用可能是剩余巖石圈地幔使自身力學(xué)性質(zhì)變強(qiáng)以至于能在對(duì)流地幔中保存完整的一種機(jī)制。
　　新生代橄欖巖樣品（蓬萊，棲霞和鶴壁）中橄欖石，斜方輝石和單斜輝石的原位鋰含量變化范圍分別為1.5-10.6 ppm，0.2-62.2 ppm，1.6

6、-59.7 ppm。結(jié)合相應(yīng)的數(shù)值模擬，這種極端的礦物之間，顆粒之間以及顆粒內(nèi)部的鋰含量非平衡分配說(shuō)明了橄欖巖捕擄體在火山作用帶至地表之前很短的時(shí)間內(nèi)在地幔源區(qū)受到了強(qiáng)烈和短暫的富鋰事件。這種富鋰熔體-巖石相互作用持續(xù)的時(shí)間非常短暫以至于沒(méi)有被其它微量元素或同位素體系所記錄，蓬萊和鶴壁橄欖巖中單斜輝石的LREE富集特征所反映的地幔交代并不是導(dǎo)致鋰富集的交代事件。模擬計(jì)算顯示鋰富集介質(zhì)的鋰含量高達(dá)600 ppm，這就要求這種高度富集鋰的地

7、幔介質(zhì)為碳酸巖熔體，而且該富鋰碳酸巖熔體的地幔源區(qū)也是鋰含量高度富集的。
　　來(lái)自蓬萊，棲霞和鶴壁的橄欖巖樣品顯示了相似的鋰含量和鋰同位素特征，它反映了兩期鋰富集事件的疊加:早期具有中等鋰含量＜5 ppm)富集和強(qiáng)烈的輕鋰同位素組成(δ7Li:20～-10‰)，近期具有高鋰含量和重鋰同位素組成(+20‰)的熔體/流體。這些具有輕鋰同位素組成和重鋰同位素組成的熔體意味著其地幔熔融源區(qū)存在相應(yīng)的具有鋰同位素異常的組分。通過(guò)鋰同位素體系

8、的證據(jù)，我們可以得出華北東部之下的上地幔中存在再循環(huán)的殼源物質(zhì)。這種殼源物質(zhì)分別具有重的和輕的鋰同位素組成，它們的形成可能與晚中生代以來(lái)古太平洋板片的西向俯沖有關(guān)，并分別來(lái)源于俯沖流體改變的地幔楔和高度脫水后的俯沖板片。
　　水含量與鋰富集程度具有明顯的脫耦現(xiàn)象:也就是新生代樣品具有高的鋰含量和低的水含量;而晚中生代樣品則具有低的鋰含量和高的水含量。這可能暗示一種鋰和氫在礦物中的取代/替換機(jī)制:Li進(jìn)入礦物晶格是通過(guò)H+的離開來(lái)實(shí)