中国东部玄武岩中辉石岩包体的含水性研究

Water is a key factor that affects the physical and chemical properties and kinetic processes in the Earth’s mantle. Understanding the content, distribution, origin and evolution of water in the mantle is one of the hot topics and frontiers in Earth science, but previous works focused on peridotites. Pyroxenite is another important type of rock in the mantle, not only itself is one possible source component of mantle-derived magmas , but also the related melt can act as a metasomatic agent in the mantle. Therefore, investigating water content in pyroxenite is crucial to understanding the water distribution in the mantle and it’s effects on mantle properties and processes. Pyroxenite xenoliths from basalts may record the information of mantle source due to rapid eruption of the host magmas. This project will conduct detailed analysss of water content, element and isotope compositions pyroxenite xenoliths hosted in basalts from eastern China. Combined with the previous results of coexisisted peridotite xenoliths, we attempt to provide a thorough framework of the content, distribution and origin of water in the mantle of eastern China, constrain the heterogeneous water distribution caused by pyroxenite, and explore its impact on the genesis of mantle-derived magmas.

水是影响地幔物理化学性质和动力学过程的重要因素，了解地幔中水的含量、分布、来源和演化是地球科学领域的热点和前沿之一，但是以往的工作多集中于橄榄岩。辉石岩是另一类重要的地幔组成岩石，它不仅是幔源岩浆源区的可能组分之一，与其相关的熔体还是地幔交代过程的重要介质。因此，辉石岩含水性的研究是全面了解地幔中水的分布及其影响的必要内容。玄武岩中的辉石岩包体由于寄主岩浆的快速喷发而有效地记录了源区信息。本课题拟对中国东部玄武岩中的辉石岩包体进行系统的水含量和配套的地球化学分析，结合以前对于橄榄岩包体的研究结果，为更加全面地了解中国东部地幔中水的含量、分布和来源，以及深入认识辉石岩引起的地幔水含量的不均一分布及其对于幔源岩浆形成的影响提供新制约。

辉石岩不仅是幔源岩浆源区的可能组分之一，与其相关的熔体还是地幔交代过程的重要介质。因此，辉石岩含水性的研究是全面了解地幔中水的分布及其影响的必要内容。本课题对中国东部玄武岩中的辉石岩包体进行系统的水含量和配套的地球化学分析，通过分析辉石岩包体的主、微量元素含量等鉴别出辉石岩的成因，包括汉诺坝Al-辉石岩为高压结晶成因、Cr-辉石岩为交代成因，蛟河Cr-辉石岩与汉诺坝类似，也是交代成因，但石榴石相辉石岩为再循环洋壳成因。在辉石岩成因确定的基础上，获得不同成因的辉石岩的H2O含量数据，辉石岩中单斜辉石含水约50-500 ppm，斜方辉石含水约为10-200 ppm，交代成因的Cr-辉石岩具有相对较高的水含量。除Al-辉石岩外，辉石岩中水在两种辉石间的分配系数约为2，与橄榄岩相似。同时结合主、微量元素数据，研究部分熔融，地幔交代，岩浆堆晶等过程对辉石岩的H2O含量变化的影响，发现Al-辉石岩的H2O含量与结晶程度有关，而Cr-辉石岩的H2O水含量受交代控制。汉诺坝石榴石相辉石岩H2O含量与橄榄岩一致，蛟河再循环洋壳成因石榴石相辉石岩H2O含量变化范围大，可能继承了变质洋壳的水含量。项目在获得不同成因的辉石岩H2O含量和H2O/Ce比值的基础上，将辉石岩和不同的地幔端元进行详细的对比，发现与Cr-辉石岩相关的熔体可能含有2%的H2O，远远高于MORB，与岛弧玄武岩相似，指示该辉石岩源区有富水组分的存在。通过对比汉诺坝辉石岩熔体和太行山以及山东玄武岩的H2O含量和H2O/Ce比值，发现辉石岩可能是大陆玄武岩源区的重要组成之一。