华北克拉通中部带新生代玄武岩的锂同位素研究

Large amounts of Cenozoic intraplate basalts occurred in the Central of the North China Craton, which provides an opportunity to assess the evolution of the mantle beneath the Trans-North China Orogen (TNCO). In this project, we will present whole-rock Li isotopes and major, trace elements and Sr-Nd-Pb isotopic compositions of these basalts, as well as in-situ Li isotopes and trace elements of mineral phenocrysts, to (1) constrain the nature, origin and proportion of the enrichment component (e.g., recycled dehydrated oceanic crust, altered oceanic crust, or subducted sediment) in the mantle source, (2) evaluate the temporal-spatial variation of Li isotopes and other geochemical compositions, (3) discuss the possible petrogenesis of these basalts, evolution of the mantle under the TNCO, and their potential geodynamic implications.

华北克拉通中部带出露有大量的新生代板内玄武岩，这为我们研究华北中央造山带之下的地幔演化提供了很好的机会。本项目将通过对这些玄武岩进行系统的单矿物原位Li同位素以及全岩溶液Li同位素分析，并结合全岩主微量元素、Sr-Nd-Pb同位素以及单矿物微量元素，从而（1）限定其地幔源区中富集组分（例如再循环的脱水洋壳、蚀变洋壳、俯冲沉积物等）的性质、比例、以及来源；（2）了解华北克拉通中部带新生代玄武岩Li同位素以及其他地球化学指标的时空分布规律；（3）探讨这些新生代玄武岩可能的成因机制、华北克拉通中部带地幔演化、以及潜在的深部地球动力学意义。

尽管大陆板内玄武岩的研究程度较高，但其成因一直都存在争议。本项目对华北克拉通中部带新生代玄武岩进行了锂和锌同位素测试，探讨了这些新生代玄武岩可能的成因机制以及地幔源区中再循环富集组分的性质及来源。在此基础上进一步研究了（1）大陆板内强碱性低硅玄武岩成因：通过对中国东部新生代低硅碱性玄武岩地球化学的系统研究，发现这些低硅碱性玄武岩的地幔源区普遍存在着碳酸盐熔体的贡献。并提出碳酸盐化的硅酸盐熔体与地幔橄榄岩在深部软流圈中发生反应可以合理解释这些玄武岩的成分变化。因此，该研究表明全球大陆板内强碱性玄武岩的成因与过渡带内滞留板块的脱碳熔融作用可能是密切相关的，碳酸盐化硅酸盐熔体-软流圈橄榄岩反应可能是形成大陆板内碱性玄武岩的重要途径；（2）大陆板内玄武岩Zn-Sr-Nd同位素解耦的原因：利用锌同位素提出含碳酸盐化榴辉岩的软流圈减压熔融以及随后的岩石圈原地熔融这一两阶段地幔熔融模型，该模型认为两阶段地幔熔融过程不仅对板内玄武岩地幔源区中碳酸盐化榴辉岩富集组分地球化学信号的保存和破坏起到了重要作用，也合理解释了大陆板内玄武岩Zn-Sr-Nd同位素信号的解耦，并且指示了厚的大陆岩石圈有利于玄武岩保存软流圈地幔中碳酸盐化榴辉岩组分富集的地球化学信号；以及（3）峨眉山大火成岩省苦橄岩及橄榄石成因；通过系统搜集峨眉山大火成岩省苦橄岩及相关橄榄石斑晶及熔体包裹体的数据，提出峨眉山大火成岩省苦橄岩以及橄榄石斑晶的成分变化可以用橄榄岩地幔在不同的温压条件下熔融来解释，且不排斥并支持源区有再循环物质，只是强调再循环物质是以交代橄榄岩而不是以辉石岩的形式存在；最后我们还总结了碳酸盐化榴辉岩对板内碱性玄武岩源区的可能贡献。