大陆岩石圈地幔形成与演化研究的新进展.docx

第 1 7 卷 第 3 期
地球物理学进展
Vol. 17 No. 3
2002 年 9 月(514~524)
PROGRESS IN GEOPHYSICS
Sept. 2002
大陆岩石圈地幔形成与演化研究的新进展
任向文 吴福元
(吉林大学地球科学学院,长春,130061)
[ 摘要] 研究大陆岩石圈地幔形成与演化的主要途径是利用岩石2地球化学探针研究幔源橄榄岩的年龄、组成及其演化. 目前多将岩石圈地幔划分为大洋型和克拉通型,并认识到,岩石圈地幔的矿物相、成分、年龄在垂向上具有分层性;根据研究资料,目前已提出了以熔体抽取为岩石圈地幔形成的主要方式,并通过交代、拆沉等过程使岩石圈地幔遭受改造. 中国东部岩石圈地幔的成分主体上是饱满的,与其上的太古代地壳并不协调,一些研究者提出了岩石圈拆沉和地幔置换两种具有代表性的模型来解释岩石圈地幔成分的这种特点. 人们对中国东部岩石圈地幔作了大量的研究工作,然而,若要形成较为合理的解释,还需应用新技术(如, Re/ Os 同位素技术) 做进一步的工作.
[ 关键词] 大陆岩石圈地幔;形成与演化;类型
[ 中图分类号] P541 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 100422903 (2002) 0320514211
近年来,随着大陆动力学研究的深入进行,大陆岩石圈地幔的研究引起了人们的广泛关注. 伴随着新技术方法的应用和大量不同地区资料的积累,人们对大陆岩石圈地幔的形成和演化取得了一系列新认识. 本文初步总结目前在大陆岩石圈地幔形成与演化方面的新认识.
1 大陆岩石圈地幔研究的主要手段与对象
由于技术的发展,现在人们可以利用多种手段来研究大陆岩石圈地幔的形成与演化. 特别是近年来发展起来的地震层析成像技术和岩石—地球化学探针技术为研究大陆岩石圈地幔的形成与演化提供了大量信息. 如: Seber 等通过地球物理手段,研究了地中海 Alboran 海盆及其周围摩洛哥北部 Rif 造山带和西班牙南部 Betic 造山带,提出该地区现今正在发生拆沉作用[ 1 ] ,但由于地球物理场资料只能反映现今岩石圈地幔的状态,因而在古地幔的研究中,不得不借用其它方法和手段.
目前常用的方法是岩石2地球化学探针技术. 该方法的研究对象是构造侵位的地幔橄榄岩地体和幔源火山岩及其中的地幔岩捕虏体. 橄榄岩地体中,有的是可以反映洋壳成分和结构的蛇绿岩,有的却保留着陆壳与地幔的较为原始的过渡带的结构与成分特点[ 2 ] . 与后者类似的橄榄岩地体是研究大陆岩石圈地幔及下地壳的对象,但是,由于其只产出于造山带,因此,利用橄榄岩地体研究大陆岩石圈地幔在空间上受到很大的限制. 然而,由于软流圈的绝热性和岩石圈地幔的难熔性,一般认为,镁铁质、超镁铁质火山岩源于岩石圈之下软流圈与岩石圈接触部位[ 3 ] . 在镁铁质、超镁铁质岩浆穿过岩石圈喷出地表的过程中,可能将携带不
[ 收稿日期] 2001207202 ; [ 修回日期] 2001212230.
[ 资金来源] 国家自然科学基金项目(49872031) .
[ 作者简介] 任向文,男,1976 年生,黑龙江省伊春市人,现为吉林大学地球科学学院硕士研究生,主要从事岩石圈地幔的研究.
3 期 任向文,等:大陆岩石圈地幔形成与演化研究的新进展
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同深度的地幔样品—地幔岩捕虏体,这就为我们直接地研究不同时间、不同空间的岩石圈地幔状态及演化提供了一个难得的机会.
研究地幔岩捕虏体,可以通过其地球化学特征、显微构造特点等获取地幔的信息. 如近年来发展起来的激光原位(in situ) 元素成分分析和 Re/ Os 同位素技术. 其中,激光原位元素成分分析可定量分析矿物中元素浓度的分布状态,进而详细讨论岩石所经历的演化史; Re/ Os 同位素技术可以确定岩石圈地幔的形成时代. 在地幔发生熔融过程中,Os 通常是高度相容元素,而 Re 是中等不相容元素,因此, Re 易进入熔体中,而 Os 主要赋存在残留体中,据此,通过一定的技术处理,可确定地幔中熔体抽取的时间,即岩石圈地幔的年龄[ 3 ] .
2 不同类型岩石圈地幔的区分及成分特点
2. 1 Boyd 的分类方案
Boyd 于 1989 年提出了大洋型岩石圈地幔与克拉通型岩石圈地幔的成分区分方案. 以 Kaapvaal 克拉通低温橄榄岩为大陆型岩石圈地幔的代表,以深成橄榄岩、蛇绿岩、阿尔卑斯型橄榄岩为大洋型岩石圈地幔的代表,Boyd 提出如图 1 、图 2 、表 1 的区分方案. Boyd 认为,饱满的橄榄岩经历熔体(成分与科马提岩相似) 抽取后,形成的残留橄榄石和顽火辉石,具有比熔体和源岩都小的密度,因而上浮形成岩石圈地幔[.4 ]
图 1 大洋型地幔与克拉通型地幔