橄榄岩稀有气体同位素示踪华北岩石圈地幔的性质与改变过程

认识华北克拉通破坏深部过程的细节，需多学科和多元研究体系的广泛融合。用稀有气体同位素示踪岩石圈地幔性质及演化是近年发展起来的重要新方法之一。尽管采用高温一次熔样技术开展的稀有气体工作在华北岩石圈地幔研究中已有少量实践，但还远没达到与广泛关注的华北岩石圈破坏这一热点问题有机联系的程度。鉴于华北新生代玄武岩中橄榄岩包体的复杂年龄和化学属性，高温一次熔样获取的数据可能会存在多解，不足以揭示幔内复杂演化过程的细节。项目拟以华北克拉通汉诺坝、鹤壁、山旺、栖霞、女山等地新生代玄武岩中橄榄岩包体为研究对象，在辅以对橄榄岩矿物化学分析的基础上，重点开展配套单矿物的稀有气体分温度段加热测试，以查明华北不同构造位置、不同化学属性地幔橄榄岩的稀有气体组成、分布规律及成因，辨明岩石圈地幔性质改变过程中的稀有气体地球化学记录，为深入认识华北克拉通破坏和地幔改变机制研究提供约束。

项目重点研究了华北克拉通中东部典型地区如山旺、女山、鹤壁、阳原、汉诺坝和集宁等地新生代玄武岩携带的地幔橄榄岩捕虏体中单矿物的分段加热稀有气体同位素组成。其中，对山旺、女山、鹤壁和汉诺坝8件单矿物开展了800℃和1800-1900℃两个温度段的He-Ar元素及同位素分析，结果表明：这些地区样品总体有类似MORB或不同程度偏低的3He/4He比值（2.03 Ra-10.48 Ra），40Ar/36Ar值在低温（800℃）和高温段（1800-1900℃）无显著差异，变化在类似大气值295.5至1625的有限范围。另对山旺、女山、汉诺坝、阳原、集宁14件橄榄岩单矿物开展了500℃、1200℃和1800℃三个温度段的He-Ne-Ar-Kr-Xe元素及同位素分析。结果显示：样品中稀有气体主要以赋存在矿物包裹体中为主，并集中在1200℃释放，均给出明显低于MORB的He同位素比值（0.64 Ra-2.82 Ra）；1200℃获得的40Ar/36Ar比值（309.9-967.3）与1800℃（309.2-1054.2）并无太大差异；1200℃时获得的20Ne/22Ne值基本略低于或靠近大气值（9.8），21Ne/22Ne值则多数高于大气对应值（0.0304-0.0534），并沿大气-地壳混合线分布；Kr-Xe同位素具有十分类似大气中对应值的特点。这表明：（1）华北岩石圈地幔的局部地区如鹤壁可能保存了来自MORB型地幔源区的流体特征，与区域软流圈上涌引起的流体加入有关；地块边部则多具交代富集型的He同位素组成；（2）内部MORB型、边部交代富集型的He同位素特征反映华北地块边部的岩石圈地幔经历了较以鹤壁为代表的内部更为强烈的改造；（3）华北岩石圈地幔的稀有气体均受到了大气组份的强烈影响；（4）华北周边岩石圈地幔可能经历了多期次的块体俯冲、碰撞引起的不同程度交代改造，且地块东部主要以太平洋板块俯冲的交代改造为主。此外，开展了安徽繁昌盆地中生代火山岩中捕获锆石原位U-Pb定年及Hf同位素研究，揭示扬子地块东北缘可能存在太古代基底，并经历了后期强烈的多阶段再造，为认识该区前寒武纪大陆增生演化提供了约束。