东北尚志地区地幔橄榄岩包体岩石学及地球化学特征:对东北岩石圈地幔性质和形成时代的制约

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橄榄岩包体来源于岩石圈地幔,直接记录了岩石圈地幔的物理化学属性,对其的研究对于揭示岩石圈地幔的性质以及演化历史具有重要的意义。近年来中外学者对华北克拉通破坏的研究取得了一系列显著的成果,但对于东北地区岩石圈地幔的研究相对薄弱,特别是对于东北地区岩石圈地幔中俯冲物质的参与以及岩石圈地幔的形成时代仍旧存在争议。本文通过对中国东北尚志地区新生代玄武岩中产出的橄榄岩包体进行了岩相学、主微量元素、Li同位素以及Re-Os同位素研究,并结合前人已发表的中国东部地区地球化学资料,探讨东北地区岩石圈地幔的性质以及形成时代。  尚志橄榄岩包体的成分变化从类似于原始地幔成分的二辉橄榄岩到难熔的方辉橄榄岩,其橄榄石的Mg#与尖晶石的Cr#表现出良好的相关性,这和前人的实验结果以及对自然样品的研究一致。全岩主量元素成分也显示出相似的特点,例如尚志橄榄岩全岩CaO和Al2O3含量与MgO含量表现出良好的负相关性,大部分样品均落在部分熔融趋势线上,说明了尚志橄榄岩是经历了不同程度部分熔融之后的残余。模拟计算表明,尚志方辉橄榄岩经历了8~18%的部分熔融程度,而二辉橄榄岩经历了小于7%的部分熔融程度。尚志橄榄岩中单斜辉石表现出明显的LREE富集,暗示其受到后期交代作用的影响,此外,尚志橄榄岩单斜辉石具有低的(La/Yb)n和高的Ti/Eu比值,在单斜辉石(La/Yb)n和Ti/Eu相关图中,样品均位于硅酸盐交代区域,暗示其交代介质主要为硅酸盐熔体。尚志橄榄岩中橄榄石与共存的单斜辉石表现出明显的Li元素以及Li同位素不平衡,其中橄榄石具有类似于正常地幔的Li含量(0.3~2.7ppm)和δ7Li值(2‰~6‰),其Li含量和δ7Li值与部分熔融指标(橄榄石矿物含量以及全岩MgO)表现出良好的负相关性,这样的特征与地幔部分熔融过程中Li同位素的平衡分馏一致。相反,单斜辉石具有显著高于正常地幔的Li含量(0.9~6.1ppm)和低于正常地幔的δ7Li值(-13.8~7.7‰)。这样的特征是由于近期橄榄岩与熔/流体相互反应过程中Li同位素的扩散分馏的结果。  尚志橄榄岩全岩铂族元素分析显示它们具有平坦的IPGE和略亏损的PPGE配分型式,说明其PGE没有受到明显后期交代作用的影响,特别是硫化物熔体的交代作用。尚志橄榄岩全岩Re-Os同位素显示,187Re/188Os比值为0.110~0.344,187Os/188Os值具有较大的变化范围(0.11145~0.12665)。大部分样品的Os同位素均落入大洋橄榄岩Os同位素组成范围内或附近,且给出较年龄的Re亏损年龄,这样的特征类似于东北其他地区(双辽、蛟河、汪清、永安、伊通)的地幔橄榄岩包体,暗示本区岩石圈地幔可能为新生的软流圈地幔。其中贫瘠的方辉橄榄岩样品GX-6和GX-13具有给出早元古代的TRD年龄(2.28Ga和1.87Ga),通过与东北其他地区地幔橄榄岩Os同位素组成对比,认为尚志地区岩石圈地幔主体为新增生地幔,但依然存在古老岩石圈地幔物质的残留。
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