華北克拉通中生代和新生代玄武巖的水含量：對克通穩(wěn)定性和板內(nèi)玄武巖成因的制約.pdf

1、應(yīng)用紅外光譜和電子探針對華北克拉通東部的早白堊世費(fèi)縣玄武巖中的單斜輝石斑晶進(jìn)行了水含量和主要成分的定量分析;對山東和太行山新生代堿性玄武巖中的單斜輝石斑晶除了水含量和主要成分分析外，還分別利用LA-ICP-MS,MC-LA-ICP-MS和SIMS分析技術(shù)進(jìn)行了原位的微量元素和Sr-O同位素分析。結(jié)合斑晶水含量和由單斜輝石成分控制的分配系數(shù)反演了玄武巖巖漿的水含量。用玄武巖的H2O/Ce，結(jié)合其全巖主微量元素、同位素，及單斜輝石斑晶的微量

2、元素和同位素特征，探討了新生代玄武巖的源區(qū)組成和巖漿過程。
　　恢復(fù)出的費(fèi)縣玄武巖的水含量為3.4±0.7wt.％.，對應(yīng)的源區(qū)橄欖巖水含量＞1000ppm，這遠(yuǎn)高于MORB源區(qū)和南非Kaapvaal克拉通巖石圈地幔的水含量，后者已經(jīng)穩(wěn)定存在了3.0Ga以上。這表明，在華北克拉通破壞的峰期，其巖石圈地幔遭到了顯著水化。該水化的巖石圈地幔（主體為橄欖巖）對應(yīng)的橄欖石水含量超過180ppm。利用考慮了水的影響的粘度公式εwet=Awe

3、t·CrW·σnwet·exp（-Ewet*+PVwet*/RT）計(jì)算了華北克拉通巖石圈地幔在減薄峰期時(shí)的有效粘度隨深度的剖面。結(jié)果表明，其底部的有效粘度已非常接近于軟流圈的平均值。無論華北克拉通巖石圈地幔減薄的具體機(jī)制是什么，其顯著降低的力學(xué)強(qiáng)度可能是其能發(fā)生減薄的前提。
　　太行山玄武巖的水含量為0.20wt.％到1.07wt.％，在典型的OIB水含量范圍內(nèi)，同時(shí)相應(yīng)的H2O/Ce比與全巖(Nb/La)n和εNd負(fù)相關(guān)，而和（

4、Ba/Th）n正相關(guān)。單斜輝石斑晶的δ18Ov-SMOW范圍為5.8 to7.4‰，單個玄武巖樣品內(nèi)單斜輝石的平均值范圍為6.6 to7.0‰，它們都顯著高于正常地幔值。原位的微量元素和Sr同位素?cái)?shù)據(jù)表明，具有高δ18O的單斜輝石同時(shí)具有相對虧損的87Sr/86Sr和與大陸地殼中的單斜輝石不同的Eu/Eu*，這暗示了單斜輝石的δ18O異常不是由地殼混染或殼源捕擄晶的混入造成的。氧同位素組成的異常和H2O/Ce與(Nb/La)n、εNd、

5、(Ba/Th)n的相關(guān)性，表明太行玄武巖源區(qū)存在再循環(huán)的上部洋殼（榴輝巖）和大洋沉積物。對個別玄武巖樣品(JD-1和MAS-1)，單斜輝石斑晶的δ18O與其Mg＃正相關(guān)（Mg＃=82左右的輝石對應(yīng)的δ18O為7.2‰）。除此之外，在這兩個樣品里還觀察到了單斜輝石的δ18O與(Sm/Lu)n、(Zr/Hf)n等微量元素比值相關(guān);同時(shí)(Sm/Lu)n與Lu含量反相關(guān)。這表明在玄武巖的形成過程中經(jīng)歷了不同來源巖漿的混合。
　　山東（浮煙

6、山）玄武巖的水含量從0.58wt.％到3.89wt.％，達(dá)到了島弧玄武巖的范圍。玄武巖水含量和全巖MgO含量、(La/Yb)n不相關(guān)，而和強(qiáng)不相容元素如Rb有良好的相關(guān)性。這說明結(jié)晶分異，部分熔融和巖漿脫氣都不是控制巖漿水含量的主要因素。利用恢復(fù)的巖漿水含量和全巖的Ce含量計(jì)算的H2O/Ce與全巖87Sr/86Sr正相關(guān)，這排除了巖石圈地幔中的含水礦物對巖漿高水含量的貢獻(xiàn)，因?yàn)樗鼈兿啾刃鋷r是虧損87Sr/86Sr的，同時(shí)也排除了再循環(huán)

7、的蘇魯造山帶榴輝巖對水的貢獻(xiàn)，因?yàn)樗鼈兊呢毸?。高的水含量表明玄武巖源區(qū)有富水的組分。另一方面，單斜輝石斑晶的δ18O從3.6‰變化到6.3‰，其中的大多數(shù)低于正常地幔值。剖面分析表明低的δ18O和水巖交換作用無關(guān)。原位Sr同位素分析表明，那些低δ18O的輝石也同時(shí)具有相對虧損的87Sr/86Sr比值，這表明浮煙山玄武巖中單斜輝石斑晶的低δ18O不是蘇魯榴輝巖的加入造成的，因?yàn)樗鼈円话憔哂懈患?7Sr/86Sr。因此，低于正常地幔的δ