华北克拉通中生代地幔富集改造过程的Li-O-Hf同位素研究

华北克拉通中生代镁铁质岩浆的元素和Sr-Nd-Pb同位素地球化学特征反映中生代岩石圈地幔在大规模熔融之前发生了强烈的LILE和LREE富集作用。结合已有地球化学资料，本项目选择克拉通内部 (如鲁西地区)和大别-苏鲁造山带中生代典型超镁铁-镁铁岩石开展Sm-Nd和Lu-Hf (包括锆石/斜锆石Hf同位素分析)和单矿物(如橄榄石、单斜辉石、岩浆锆石/斜锆石等) Li-O原位同位素等多元同位素体系研究，确定幔源初始岩浆的化学成分和同位素组成，限定中生代华北克拉通内部和南缘的地幔源区性质，示踪地幔富集机制和改造过程，为揭示华北克拉通从古生代冷且厚的岩石圈向中生代伸展作用相关的热岩石圈转变及克拉通破坏提供物质证据。结合地质学、地球物理和构造地质学等的研究结果建立克拉通岩石圈地幔富集改造-熔融-破坏的地球动力学演化模式。其研究结果对于理解全球大陆岩石圈地幔形成、演化、富集和改造有重要学术价值。

本项目对华北克拉通山东地区中生代镁铁质岩石 (包括早白垩世济南辉长岩、邹平镁铁质火山-侵入杂岩体、方城玄武岩、乳山闪长岩和胶东基性脉岩；晚白垩世莒南和青岛玄武岩)和地幔橄榄岩包体开展了系统的岩石学、矿物学、主量、微量元素、Sr-Nd-Hf同位素和原位/激光氟化法氧同位素研究，揭示了中生代早、晚白垩世岩石圈地幔的性质和改造作用方式和过程，发现在早白垩世期间的岩石圈地幔为相对正常地幔富18O的特征，且存在差异性的Hf-Nd同位素解耦现象，反映了俯冲陆壳沉积物熔体 (包括大陆沉积岩和海相碳酸岩)对华北克拉通中生代岩石圈地幔的改造作用。晚白垩世岩石圈地幔在化学-同位素组成都具有类似于MORB-OIB特征，部分地幔橄榄岩甚至表现出相对正常地幔低18O的特征，为起源于被高温蚀变洋壳熔体改造的地幔楔，反映了俯冲太平洋地壳对华北中生代岩石圈地幔的改造作用，交代地幔楔是华北克拉通中-新生代地幔增生的重要组分之一。再循环俯冲陆壳和洋壳对华北中生代地幔的富集改造是区域大规模岩浆作用、岩石圈减薄和破坏的重要深部动力学机制。通过济南、邹平和沂南等早白垩世辉长岩中橄榄石和锆石的氧同位素对比分析，发现了二者之间的氧同位素不平衡，为开放岩浆体系作用的结果，如在济南岩体中，下地壳酸性麻粒岩AFC过程是导致其初始硅不饱和、还原岩浆向着晚期硅饱和、氧化岩浆演化的主要控制因素。揭示了橄榄石SIMS原位氧同位素分析过程的基体效应，当橄榄石Fo值小于70时，橄榄石的18O值相对真实值存在0.4-0.8‰的偏差，因此低镁橄榄石不适合开展原位氧同位素分析。