澳大利亚东南部石榴石辉石岩捕虏体的岩石学成因及其对地幔演化的指示意义

Pyroxenite is an important rock type in the mantle besides peridotite, whose parental magma and/or evolved melt are key agents for mantle metasomatism. Therefore, pyroxenites play a crucial role in keeping a record of migration process of melts/fluids, which is a key way to understanding mantle evolution. However, the petrogenesis and the source of pyroxenites remain controversial. Southeastern Australia consists of a series of Paleozoic convergent-margin orogenic belts, followed by widespread extensional events and basaltic volcanism. Abundant mantle-derived pyroxenite xenoliths were discovered from Cenozoic basanite tuffs in the Lachlan orogenic belt. These pyroxenites include garnet clinopyroxenite, garnet websterite and Spl-Grt clinopyroxenite and developed pervasive exsolution and reaction textures, reflecting multi-stage tectonic evolution. These pyroxenites are thus the natural probe to trace the evolution process of deep mantle and the relationship between mantle processes and regional tectonics. This project therefore presents Sr-Nd-Hf isotopic compositions and in situ Sr and O isotopes of clinopyroxene and garnet in garnet pyroxenites from Lakes Bullenmerri and Gnotuk, combined with detailed petrologic observations and major- and trace-element analyses, to explore the origin of these pyroxenites and the source of their parental magma and their P-T-t path as well as their corresponding to tectonics of the overlying crust. Integrating the previous research results, we try to decipher mantle evolution processes.

辉石岩是地幔中除橄榄岩之外的重要岩石类型。它的母岩浆和/或演化熔体是地幔交代的重要介质。因此，开展辉石岩的研究有利于我们深刻理解熔/流体的迁移及对地幔的改造过程。然而，对于辉石岩的成因、源区来源等问题仍存在争议。澳大利亚东南部由一系列古生代俯冲增生杂岩组成，并经历广泛伸展拉张事件和玄武质火山活动。其中Lachlan造山带内新生代玄武岩携带大量不同类型辉石岩。它们普遍发育出溶和反应结构，记录了多期构造演化，是了解深部地幔动力学和演化的理想样品。项目拟以该区Bullenmerri和Gnotuk湖内石榴石辉石岩捕虏体为对象，在详细岩相学基础上，对其组成矿物单斜辉石和石榴石进行主、微量元素，以及Sr-Nd-Hf同位素和原位Sr-O同位素分析，探讨这些辉石岩的成因及母岩浆的来源，揭示其经历的P-T-t轨迹及其与区域构造运动的联系。结合前期研究基础，建立地幔演化过程模型，提升对深部地幔演化的认识。

对玄武质岩浆（如洋岛玄武岩、大洋中脊玄武岩、岛弧玄武岩）的地球化学分析表明它们源区是不均一的，可能含有俯冲洋壳起源的辉石岩组分。然而这些熔体产生的过程、机制以及俯冲洋壳组分在地幔源区的演化等仍存在较大争议。而火山岩携带的幔源辉石岩捕虏体保留了原始状态下矿物和地球化学组成，提供深部地幔演化的最直接证据。.本项目通过对澳大利亚东南部新生代玄武岩中的石榴石单斜辉石岩捕虏体为具体研究对象，通过对这些辉石岩详细的岩相学、矿物主、微量元素以及Sr-Nd-Hf同位素分析，探索这些辉石岩的成因及记录的地幔楔熔体循环过程及持续的岩石圈演化。研究结果发现这些单斜辉石岩相对二辉石岩具有更低的MgO和Cr2O3的含量，且多变的REE和Sr-Nd-Hf同位素，其中类型1样品具有相对亏损的LREE以及高放射性Nd-Hf同位素组成，而类型2样品具有富集的REE和亏损的HFSE，以及大洋泥质沉积物型的Sr-Nd-Hf同位素组成。这种多变性说明这些辉石岩可能来源于含泥质沉积物的再循环大洋岩石圈参与的地幔楔部分熔融的熔体堆晶的产物。类型3石榴石单斜辉石岩的成分介于类型1和类型2之间，可能是类型1的原岩受玄武质/碳酸岩质熔体不同程度交代作用产生的。这些结果表明俯冲的大洋板片可以保留在地幔楔深部，引起地幔楔源区不均一，产生多变的熔体从而形成成分多变的辉石岩。这些含俯冲组分的不同类型辉石岩由于新生代构造再活化作用可卷入到玄武岩的源区，引起新生代玄武岩的成分不均一。这种玄武岩中含有俯冲信息可能是早期俯冲事件在岩石圈中的记忆，而不是反映同时代的俯冲作用。而且多变的石榴石成分以及Nd-Hf同位素年龄表明这些地幔事件发生的时间跟上覆地壳构造运动相吻合。.这一发现记录了“俯冲工厂”的中间过程，对理解地球内部元素循环过程提供重要依据，并对玄武岩源区组成以及地幔不均一性提供重要的借鉴意义。.