华北中-新生代富铁玄武岩成因及其动力学意义

The survival of iron-rich melts in the Earth's deep mantle carries vital consequences for its exceptional chemical and physical evolution and geodynamics. Our work will focus on the Shandong area of the eastern North China craton, where a lot of iron-rich basalts erupted at the surface during the Late Mesozoic to Cenozoic times. Along with seismic tomography in the deep mantle, these iron-rich basalts will be investigated by means of petrology and geochemistry in details to decipher the characteristics of their mantle sources (e.g., recycled crustal material, core-mantle interaction, non-chondritic primitive mantle material) and to work toward the development of geodynamic models. The major work to be done include: (1) Analyzing the major and trace element compositions of minerals and their hosted melt inclusions using EPMA and LA-ICP-MS; (2) Analyzing Sr-Nd-Pb-Os isotopic compositions of whole rocks using TIMsandMC-ICP-MS; (3) Understanding geographic correlation between iron-rich melts and deep mantle lateral P-wave velocity gradients.

富铁熔体对深部地幔的物理/化学性质以及地球动力学过程具有重要影响。本课题以华北克拉通东部山东地区晚中生代-新生代富铁玄武岩为主要研究对象，拟在岩相学观察基础上，通过系统的岩石学与地球化学研究并结合深部地球物理观察资料，深入剖析中-新生代富铁玄武岩地幔源区特征（如,再循环壳源物质、核幔反应、非球粒陨石原始地幔物质）及相应的深部地球动力学机制。拟开展的主要工作包括：（1）利用电子探针或LA-ICP-MS分析岩浆斑晶矿物及其所含熔体包裹体的主-微量元素组成；（2）利用TIMs和MC-ICP-MS获得全岩Sr-Nd-Pb-Os同位素组成；（3）通过横向空间内地球化学和地球物理观察结果，揭示深部地幔物质成分与地震波速异常之间的相互联系。

铁对地幔矿物/熔体的物理-化学性质(如，密度、粘度、电导率、地震波速等)以及地球动力学过程（如，地幔对流）具有重要影响，了解深部地球富铁熔体的分布与起源是地球科学领域的重大基础问题之一。中国东部渤海湾盆地无棣新生代（0.73 Ma，华北最年轻火山）富铁苦橄岩（ferropicrite）相比于现代大洋玄武岩更加富铁（超过10-20%），暗示其来自一个异常富铁的地幔源区。通过对其全岩主微量、Sr-Nd-Os同位素和原位橄榄石斑晶分析研究，我们排除了无棣富铁苦橄岩来自于富橄榄石地幔和交代岩石圈内富水矿物（角闪石或云母）部分熔融的可能性。注意到Fe、Y和Yb在石榴石中的相容性具有强烈的压力依赖性，我们提出无棣岩浆中的过量铁和解耦的Y/Yb比值可归因于再循环下地壳榴辉岩中石榴石熔融（上地幔深度：>5 Gpa），而不是起源于核幔边界的富铁熔融层。无棣深部地幔高温富铁熔体的存在会导致该区地幔熔融层密度显著增加和地震剪切波速明显降低。我们的发现可以很好地解释临近渤海湾深部上地幔的异常低地震波速，同时揭示了华北新生代地幔异常与中生代再循环下地壳之间的内在联系。