橄榄岩-熔体相互作用过程中镁同位素的地球化学行为与意义

This project focuses on the studies of a suite of strongly-metasomatized peridotite xenoliths (lherzolite, cpx-rich lherzolite, and wehrlite) entrained in Beiyan Cenozoic basalts within the Tan-Lu fault zone, eastern North China craton utilizing Mg isotopes as a geochemical tracer. Based on the detailed peotrographic and mineralogical investigations, high-precision Mg isotopic measurements will be undertaken on these peridotites and their mineral separates in order to investigate the magnitude and mechanism of Mg isotope fractionation at mantle temperatures, practically to reveal the effects of peridotite-melt reaction on the behavior of Mg isotopes in peridotites, and to further constrain the Mg isotopic composition of the mantle. In addition, combined with Sr-Nd-Pb isotopic compositions of these mantle peridotites, more detailed information on the nature and origin of the metasomatic agents can be obtained, thus new constraints on the evolution of the lithospheric mantle beneath the Beiyan area could be provided.

本项目拟采用新兴的镁（Mg）同位素地球化学示踪手段，对产于华北东部郯-庐断裂带内山东北岩新生代玄武岩中的、经历过多期交代作用影响的地幔橄榄岩捕虏体（二辉橄榄岩，富单斜辉石的二辉橄榄岩和异剥橄榄岩）开展全岩和单矿物的Mg同位素研究，结合捕虏体岩石学、矿物化学、元素和Sr-Nd-Pb同位素地球化学方法，查明Mg同位素在该区岩石圈地幔中的分布特征以及在地幔橄榄岩各矿物间的分馏关系，特别是Mg同位素在橄榄岩-熔体反应过程中的地球化学行为，从而进一步制约熔体的性质和来源，为郯庐断裂带下的岩石圈地幔的演化过程提供新的制约。

华北东部郯-庐断裂带中段山东北岩新生代玄武岩中的橄榄岩中没有发现难熔的方辉橄榄岩，而是出现了较多的二辉橄榄岩，与华北克拉通东部广泛分布的晚中生代-新生代玄武岩所携带的低Mg#橄榄岩相似，另外不同的是北岩地区出现了较多的经历了强烈交代的富单斜辉石的二辉橄榄岩和异剥橄榄岩，这两类橄榄岩特别是异剥橄榄岩在全球地幔中都是非常少见的。岩石学和传统地球化学研究表明富单斜辉石的二辉橄榄岩和异剥橄榄岩是二辉橄榄岩与熔体反应所形成的，本项目对北岩三类橄榄岩及其单矿物进行了Mg同位素和单矿物原位Li同位素的地球化学研究，获得以下主要认识：（1）北岩二辉橄榄岩（Fo：88 ~ 91）全岩具有比较均一的Mg同位素组成（δ26Mg = -0.26 ~ -0.20），与地幔的平均值相似（-0.25 ± 0.07；Teng et al., 2010）。然而，富单斜辉石的二辉橄榄岩和异剥橄榄岩（Fo：82 ~ 87）的Mg同位素组成变化较大（δ26Mg = -0.39 ~ +0.09），这表明了华北东部的岩石圈地幔的Mg 同位素是不均一的。北岩橄榄岩单矿物的Mg同位素组成变化更大（橄榄石：-0.45 ~ -0.03 ‰；斜方辉石：-0.26 ~ -0.01 ‰；单斜辉石：-0.34 ~ +0.22 ‰；尖晶石：-0.16 ~ +0.25 ‰）。富单斜辉石的二辉橄榄岩中的橄榄石和辉石之间有较大的Mg同位素分馏，可能由于交代作用过程中产生的动力学分馏。而具有轻Mg同位素的异剥橄榄岩中的橄榄石和辉石的之间为平衡分馏，说明了交代熔体具有轻Mg同位素的组成，可能有碳酸盐物质的加入。（2）北岩橄榄岩各矿物的Li同位素原位分析显示矿物之间、同一矿物的颗粒之间以及颗粒内部都存在着Li含量和Li同位素差异，揭示了岩石圈地幔中强烈不平衡的Li同位素体系。其中单斜辉石δ7Li呈规律性变化，具有明显的核低边高的环带结构，由于辉石具有更高的扩散速率，单斜辉石颗粒边缘的高锂和高δ7Li可能反映了近期上升过程中的扩散。而不易被改造的橄榄石则记录了更早期的地幔交代过程，二辉橄榄岩的橄榄石核部较低的δ7Li（-10.3）和较高的Li含量（2.3 ppm）以及边部较高的δ7Li（5.5）和较低的Li含量（1.7 ppm）记录了较早期的低δ7Li的熔/流体的交代作用。相对于二辉橄榄岩，富单斜辉石的二辉橄榄岩和异剥橄榄岩的橄榄石具有较高