第七届青年地学论坛

19.6 岩石圈地幔的组成与演化
海南岛岩石圈地幔捕虏体强亲铁元素与Re-Os同位素地球化学特征及其演化历史
肖雪¹，郝艳涛²，刘金高^1*
1. 中国地质大学（北京）科学研究院，北京 100083
2. 浙江大学地球科学学院，杭州310007

       大陆岩石圈地幔的形成年龄为我们研究岩石圈地幔的形成和演化历史提供了关键信息，有利于进一步探讨大陆岩石圈地幔与上覆地壳之间的成因联系及相关的动力学等。海南岛位于中国东南部（大陆型海岛），隶属于华夏板块，经历了多期且较为复杂的俯冲作用，其形成与演化历史被认为与超大陆循环及特提斯洋闭合等构造事件有关。上述复杂的地质过程可能也被岩石圈地幔所记录，因此本研究拟通过对海南岩石圈地幔橄榄岩包体的岩石学、主微量元素以及强亲铁元素（HSE，包括Os，Ir，Ru，Pt，Pd和Re）与Re-Os同位素地球化学的研究，来限定海南岩石圈地幔的组成、性质及年龄，从而反演海南岩石圈地幔的复杂演化过程。
        海南地幔橄榄岩全岩主量元素之间（如MgO与Al₂O₃）熔融程度的模拟计算，与利用尖晶石Cr#和单斜辉石HREE（Y_N vs. Yb_N）计算出来的熔融程度大致相同。结果表明，方辉橄榄岩和二辉橄榄岩的熔融程度为13~16%，富单斜辉石二辉橄榄岩的熔融程度为3~12%，而不同方法得到的纯橄岩熔融程度变化较大（7~25%），可能是因为纯橄岩并不是地幔熔融的产物，而是受后期交代改造的产物（见下面铂族元素和Re-Os同位素的证据）。在主量协变图中，海南的方辉橄榄岩和二辉橄榄岩与前人研究的华夏板块古老岩石圈地幔范围相重合，被认为代表古老耐融的岩石圈地幔，而富单斜辉石二辉橄榄岩则可能代表新增生的岩石圈地幔。但上述结论缺乏年代学的证据。
        前人研究表明，Re-Os同位素体系是厘定地幔橄榄岩较为理想的工具。考虑到与全岩相比，橄榄石可能记录并存在更为古老的熔体抽取事件，因此本文对9件海南地幔橄榄岩全岩及16件橄榄石单矿物的PGE及Re-Os同位素进行了研究。在海南橄榄岩全岩HSE的原始地幔（PUM）标准化图解中，纯橄岩的PPGE（Platinum-group PGE，包括Pt和Pd）相对于IPGE（Iridium-group PGE，包括Os，Ir和Ru）富集（(Pd/Ir)_N = 4.64），且Ru和Pd异常富集，说明纯橄岩可能经历了硫饱和熔体的交代作用。方辉橄榄岩和二辉橄榄岩具有相似的趋势，PPGE相对于IPGE具有亏损的特征（(Pd/Ir)_N = 0.10-0.39），但后者的Re相对富集。富单斜辉石二辉橄榄岩的PPGE相对IPGE弱亏损，趋势较为平坦（(Pd/Ir)_N = 0.53-1.30）。除纯橄岩样品DY15（¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os = 0.13651，如此高的Os同位素组成也与交代成因一致）外，所有样品的¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os（0.11683-0.12518）均与亏损指标Al₂O₃呈线性关系。地幔橄榄岩和橄榄石整体的Re亏损Os同位素模式年龄（T_RD）分布范围较广，共有三个年龄峰期~0.5Ga，1.0~1.3Ga和1.6~1.7Ga，其中橄榄石Os同位素所记录的年龄略老于对应橄榄岩全岩的数据（如DY18全岩的T_RD = 0.5 Ga，而橄榄石的T_RD = 1.3Ga）。通过与海南地壳锆石年龄对比，岩石圈地幔与上覆地壳之间是耦合的，分别对应冈瓦纳超大陆（0.5-0.6Ga），Rodinia超大陆（0.9-1.3Ga）的合并，哥伦比亚超大陆（1.6-1.9Ga）的裂解等大地质构造事件。结合以上特征，海南岩石圈地幔具有不均一性，受多期大地质构造事件的影响，其准确的形成年龄还需后期单矿物Lu-Hf同位素体系作为辅助。
                                   
基金项目：国家自然科学基金重点项目（批准号：41822301,41790451，41730214)
第一作者简介：肖雪（1994—），女，博士研究生，研究方向：放射性同位素地球化学. E-mail：xiaoxue@cugb.edu.cn
*通信作者简介：刘金高（1984—），男，博士生导师，研究方向：放射性同位素地球化学、天体化学. E-mail：jingao@cugb.edu.cn
 

海南岩石圈地幔,强亲铁元素,Re-Os同位素