地质地球所揭示再循环壳源物质与富集地幔端元

作者: 科技中心  发布:2019-09-22

针对上述科学问题,中国科学院地质与地球物理研究所地球深部结构与过程研究室博士研究生田恒次在其导师杨蔚的指导下,选取具有富集EM-I特征的中国东北五大连池和二克山玄武岩作为研究对象,进行Mg同位素分析。结果表明这些玄武岩具有显著轻的Mg同位素组成,δ26Mg变化范围是 -0.57 ~ -0.46 ‰,与华北华南新生代玄武岩的Mg同位素组成一致,但是显著低于软流圈地幔的Mg同位素组成。这一发现结合前人的研究,揭示了中国东部地幔存在大规模Mg同位素异常,它很可能是俯冲的太平洋板片携带再循环碳酸盐进入地幔的结果,因为只有碳酸盐能造成很轻的Mg同位素组成。这一解释也得到了玄武岩其它地球化学特征的支持,如:高CaO/Al2O3,Ba/Rb和低Hf/Hf*比值。

同位素地球化学国家重点实验室 & 科技与规划处 供稿

以上研究结果近期发表在国际地球化学期刊Geochimica et Cosmochimica Acta(Tian et al. Origin of low δ26Mg basalts with EM-I component: Evidence for interaction between enriched lithosphere and carbonated asthenosphere. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2016, 188: 93-105)。

相关成果近期发表在GCA和JGR - Solid Earth上:

图2 δ26Mg与Hf/Hf*, Ba/Rb, CaO/Al2O3关系图

广州地化所地幔地球化学学科组李洪颜博士及其合作者对山东和渤海湾盆地新生代玄武岩进行了系统的研究。研究发现这些玄武岩都是由富集的EM1组分和一个亏损的组分组成,两个组分与SiO2含量密切相关。高硅玄武岩显示EM1型微量元素和同位素组成特征;低硅玄武岩具有HIMU型微量元素特征,但其206Pb/204Pb较典型HIMU玄武岩偏低。通过全岩及橄榄石熔融包裹体以及Hf-Nd-B同位素研究揭示,高硅玄武岩来源于一个石榴石辉石岩地幔源区,具有印度洋型地幔域特征,且具有相对较高的δ11B值 (-4.9~-1.4),符合古老再循环的沉积物 洋壳特征;而低硅玄武岩来源于一个含碳酸盐的辉石岩 橄榄岩地幔源区,具有太平洋地幔域特征,且其δ11B值较低 (δ11B = -6.9 ~ -3.9),类似于典型的HIMU地幔源区。进一步研究发现,渤海湾盆地伸展期玄武岩同样含有EM1组分,但是相对于伸展后玄武岩具有高SiO2、Al2O3和低MgO、Fe2O3T含量,以及较弱的中重稀土分异程度,表明其岩石成因及起源深度类似于洋中脊玄武岩,这些EM1组分应存在于较浅的上部软流圈地幔。

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Li, H. Y., Zhou, Z, Ryan, J. G., Wei, G.J., Xu, Y.G., 2016. Boron isotopes reveal multiple metasomatic events in the mantle beneath the eastern North China Craton. Geochimica et Cosmochimica Acta 194, 77–90.

地幔的化学不均一性一般归因于俯冲进入地幔的大陆或洋壳物质,这些再循环的壳源物质与地幔混合形成富集地幔端元(如:EM和HIMU)。长期以来,前人关注的主要内容是这些再循环壳源物质与亏损地幔之间的相互作用,并以此来解释富集地幔端元的形成机制。然而,关于再循环壳源物质与富集地幔端元相互作用的机制以及它们作用后的结果人们少有研究。

理清地球深部地幔化学和物理不均一性与现今俯冲板片之间的关系,是深刻认识板块构造理论和地球内部运行机制的根本。地震层析图像显示东亚地幔高度不均一,地幔转换带存有滞留的太平洋板块,表现为高波速、高电导率特征,而较浅的上部地幔表现为低波速特征。东亚大地幔楔的化学和物理不均一性之间的耦合关系是目前国际地学界的研究热点。

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