华北克拉通古老岩石圈地幔的多次地质事件:来自金伯利岩中橄榄岩捕虏体的启示*路凤香L U Feng X iang中国地质大学地球科学学院,武汉430074Facult y o f Ea rt h S cie n ce,C hina Un iversit y of G eosciences,W uhan430074,C hina2010-03-24收稿,2010-06-08改回1Lu FX120101M u ltip l e-geo l ogica l even ts of an cien t lithos ph er ic mantle ben eath N orth Ch ina craton:A s inferred fro m p er i dotite xenolith s i n k i m berlite1A cta Petrol og ica S i n ica,26(11):3177-3188Abstrac t Two piece o f serpenti nized garne t per i do tite m antle x enoliths w it h sheared-deforma ti on tex ture en trai ned i n ki m be rli te fro m M engy i n have been st udied i n t h is paper1T hree k i nds o f pyroxenes represen ted three g eo log ica l events o f litho spheric m antl e are recognized1F rom ea rl y t o late they are:(1)euhedral d i opsite(P y)i nclus i ons in garne t;(2)irregu l ar coarse g ra i n enstatites(Py1);(3)o rienta ted tabular enstatites w it h reacti on r i m(Py2)1Py have re l ative high N a2O,A l2O3,and l ow M g#(0191),C a O,i m ply i ngtha t Py and the host m antle peridotite hav e not been undergone t he stronger m e lti ng events dur i ng tha t ti m e1It is possible that the Py w as the crysta lli zed products from/m ag m a sea0i n initial stage ofm antl e evo luti on1Py2cutti ng across P y1occur i n hand spec i m en and thi n secti on i nd i cati ng t hat Py1for m ed ea rl y then Py21Py1s have higher C r(669@10-6~9503@10-6),N i(1941@10-6~4750@ 10-6)conten ts and M g#rati o(0191~0194),however t he C r(725@10-6~1926@10-6),N i(902@10-6~2989@10-6)and M g#ra ti o(0188~0190)i n Py2s are lo w er then that i n P y1s sho w i ng the Py1w it h an orig i n as a refracto ry resi due o f partia lm elti ng1 In con trast,Py2s are t he reac ti on products o f re fractory m antle perido tite-m elt wh ich derived from asthenosphere1T he sheared/ defor m a tion and m etasoma ti zed events we re happened after o r as sam e as t he reacti on event1In ter m s o f ma jor ele m ent,the re fractory deg rees of Py1s a re higher t han that of P y2s1In th i s paper/reverse evo l ution0trend of m antle componen t is ca lled1It m ay be po ssi b le tha t the pe ri dotite-m elt reac tion not only occur in M esozo i c-Cenozo ic but a lso i n anc ient lit hospher ic m an tle even i n who le mantle evo l ution h i story1Compared w ith pub lished data fo r ages re l ative to m antl e,the ages o f Py,Py1s and P y2s m ay have esti m ably> 318G a,215G a/114~113G a,and019~017G a respec tive l y1T he ag e of ano t her carbonated perido tite xenolit h w it h sheared/ defor m a tion tex ture sa m pled from Fux ian ki m be rli te m ay be as same as P y21K ey word s M agm a sea;R efractory resi due o f partia lm elti ng;P eridotite-m elt reac ti on;R ev erse evo luti on摘要本文提供的两件蒙阴岩区金伯利岩中的蛇纹石化石榴石橄榄岩捕虏体,整体发育剪切-变形结构,其中的辉石有三种类型,代表了三次地质事件,他们是:(1)石榴石中的自形单斜辉石包裹体P y;(2)粗粒不规则形状的斜方辉石Py1;(3)具反应边及定向排列的斜方辉石P y2。
P y具有高N a2O和A l2O3,及低M g#和CaO的特征,暗示所赋存的橄榄岩未遭受过明显的熔融作用。
推测Py为早期阶段地幔/岩浆海0结晶时被石榴石包裹的矿物。
在手标本及薄片中普遍见到P y2切过Py1,表明Py1形成早于P y2。
P y1的Cr(669@10-6~9503@10-6),N i(1941@10-6~4750@10-6)含量和M g#(0191~0194)比值较高,而Py2中的C r(725@10-6~1926@10-6),N i(902@10-6~2989@10-6)和M g#(0188~0190)值较低,说明P y1是早期经部分熔融的橄榄岩耐熔残余中的顽火辉石残留。
相反,Py2可能是软流圈来源的熔体与耐熔橄榄岩反应的结果。
剪切/变形以及交代事件则发生于上述反应之后或者与之同时。
依据主元素特征,较早的Py1的耐熔程度反而高于Py2,本文称之为地幔组成的/逆向演化0。
看来,这种逆向成分演化不仅发生在中新生代,而且也发生于古老地幔,甚至是贯穿于整个地幔演化的历史时期。
与已发表的有关地幔形成年龄的资料对比,Py、Py1和Py2的年龄估计分别是>318G a,215G a/114~113G a和019~ 017G a。
另外1件碳酸盐化橄榄岩捕虏体,采自复县金伯利岩,具有明显的剪切-变形结构,最终形成时间可能与P y2接近。
关键词岩浆海;部分熔融的耐熔残余;橄榄岩-熔体反应;逆向演化中图法分类号P58811251000-0569/2010/026(11)-3177-88A cta P etro log ica Sinica岩石学报*本文受国家自然科学基金项目(90714008)资助.第一作者简介:路凤香,女,1935年生,教授,岩石学专业,E-m a i:l lufx131@163.co m1引言20世纪80年代后期,应用465M a侵位的含金刚石金伯利岩中的地幔捕虏体和捕虏晶(包括金刚石),在我国开展了对古老地幔的研究工作(路凤香等,1991;路凤香和郑建平, 1996),提出研究区的岩石圈在古生代时期还保留了厚度大(222~208k m)、地温低(40mWm-2)的特征;确定了蒙阴岩区的金刚石属于方辉橄榄岩型,暗示金刚石主要结晶于方辉橄榄岩的介质中;而复县岩区的金刚石主要结晶于二辉橄榄岩的介质;岩石圈地幔的岩石类型有纯橄岩、方辉橄榄岩、二辉橄榄岩、石榴石辉石岩、金云母岩等,结构则以粒状变晶结构、残碎斑结构和火成结构为主;在岩石圈地幔80~120k m 的范围内存在交代矿物带等认识。
G r iffi n et al1(1998)根据大量金伯利岩人工重砂中石榴石的成分估算,复县地区古生代岩石圈地幔中二辉橄榄岩所占的比例多于方辉橄榄岩,也多于蒙阴岩区。
上述两岩区与南非K appvaa l相比,在岩石圈厚度、地温梯度、地幔交代特征等方面十分相似,其中蒙阴岩区的岩石类型及数量比例也可与之对比,但华北克拉通的岩石圈地幔遭受了更为强烈的蚀变,其程度随着金伯利岩岩管开采深度加大而加强。
上述成果的科学意义不仅仅在于揭示了华北古老地慢的组成及状态,还在于提供了一处研究岩石圈地幔演化的天然实验室。
在此之前国外同行在研究岩石圈地幔演化时,是采取/异地对比0的方法(M enzies,1990),即分别选取不同时代的典型地区:南部非洲K aapvaa l代表太古代克拉通地幔、美国Co l o rado高原代表元古代岩石圈地幔以及澳洲东部代表显生宙岩石圈地幔,来研究大陆地慢的演化。
而中国东部就在同一地区不仅可以提供出与K aapvaal相似的厚的古老岩石圈地幔的信息,又发育有与澳洲东部相似的显生宙热的和薄的岩石圈地幔,这样应用/同地对比0的方法就不难发现,中国东部的地幔岩石圈经历过巨型的岩石圈减薄过程(F an et al1,1992;M enzies et al1,1993;邓晋福等,1994)。