松辽盆地以东地区橄榄岩包体原位地球化学特征及深部碳酸盐熔体交代作用

Subducted slab-mantle interaction is one of the most fundamental issues of the modern theory of plate tectonics and geodynamics of the deep Earth and is the key to better understand the heterogeneity of lithospheric mantle. However, how subducted slabs in big mantle wedge systems, such as the western Pacific plate-eastern China, affect chemical and physical conditions of the overlying sub-continental lithospheric mantle, especially the significance of deep carbonate recycling, is in hot debates and unclear. Nevertheless, the abundant peridotite xenoliths from the eastern Songliao Basin in northeast China provide a unique opportunity to investigate the interaction between subducted slab and mantle and its role in the evolution of the east Asian continental margin. This project will focus on in-situ chemical and Sr isotopic compositions of minerals in mantle peridotites from Kuandian, Jiaohe and Yong'an in the east of Songliao Basin, China, to trace carbonatite metasomatism and its effect on the modification of the lithospheric mantle beneath the northeastern China, and promote our understanding of the role of deep carbonate recycling in crust-mantle interaction of big mantle wedge systems.

俯冲板片-地幔相互作用是造成岩石圈地幔不均一性的重要过程，也是研究现代板块构造理论和深部动力学的前沿科学问题。但是，在大地幔楔系统中，如西太平洋-中国东部，俯冲板片如何影响上覆大陆岩石圈地幔的物理化学性质，特别是再循环碳酸盐在壳幔相互作用中的贡献，目前尚不清楚。中国东北松辽盆地以东地区存在丰富的地幔包体，为我们研究西太平洋俯冲板片-地幔相互作用及其在东亚大陆边缘演化过程中的作用提供了难得的窗口。本项目拟利用LA-ICP-MS和LA-MC-ICP-MS原位分析方法，对宽甸、蛟河、永安等松辽盆地以东地区的地幔橄榄岩进行矿物原位微区元素含量和单斜辉石Sr同位素组成研究，以示踪不同来源碳酸盐熔体对松辽盆地以东岩石圈地幔的改造程度和范围，从而进一步理解大地幔楔系统中地幔深部碳酸盐再循环在壳幔相互作用及其演化过程中的重要作用。

俯冲板块-地幔相互作用是造成岩石圈地幔不均一的重要过程，也是研究现代板块构造理论和深部动力学的前沿科学。与经典的小地幔楔相比，在大地幔楔系统中，如西太平洋-中国东部，俯冲板片如何影响上覆大陆岩石圈地幔的物理化学性质，特别是再循环碳酸盐在壳幔相互作用中的贡献，目前尚不清楚。因此，中国东北丰富的地幔包体为研究与大地幔楔系统运行规律及有关的壳幔相互作用提供了理想对象。本项目以松辽盆地以东地区宽甸、蛟河、敦化和双辽的地幔包体为研究对象，对这些包体进行了详细的岩相学、矿物原位主、微量元素和单斜辉石原位Sr同位素分析，以此来对上述的重要前沿科学问题予以解答。通过岩相学和矿物微量元素的特征（(La/Yb)N和Ti/Eu），我们发现松辽盆地以东地区的中部、西南部均有地幔橄榄岩遭受不同程度的地幔碳酸盐交代。同时，通过这些橄榄岩中单斜辉石微量元素特征，分辨出不同属性的碳酸盐熔、流体以及含碳酸成分的硅质熔体。根据样品区域分布状况，本项目的研究结果揭示松辽盆地以东地区下腹的地幔曾经历过不同程度的且范围广泛的碳酸盐熔、流体改造。结合单斜辉石原位Sr同位素特征（87Sr/86Sr=0.7023~0.7057），我们认为这些碳酸盐熔、流体有一部分源自深部软流圈，一部分与西向俯冲太平洋板块有关。另外，通过地幔深部熔融温度和压力的关系，我们认为这些碳酸盐熔、流体形成需要有水的参与。一方面，岩石圈地幔的水化可由古太平洋深俯冲引起富水地幔过渡带物质（包含古老俯冲沉积物）上涌所致，并形成具有低Sr同位素组成（<0.7026）的碳酸盐熔体；另一方面，再循环的碳酸盐物质和水在太平洋板块西向俯冲过程中会导致大地幔楔水化和碳酸盐化。我们的研究揭示了太平洋板块俯冲在松辽盆地以东地区下部大地幔楔的演化过程中起着十分重要的作用。