對(duì)比地幔物質(zhì)在研究華北克拉通破壞機(jī)理的應(yīng)用

鄒巖

摘 要：華北克拉通破壞或巖石圈變薄使得華北成為了研究大陸形成和演化的最理想?yún)^(qū)域，在該地區(qū)可以直接研究不同時(shí)代由深部巖漿捕獲的地幔物質(zhì)（捕虜巖或捕獲晶）。特別是將它們與周?chē)焐綆У拈蠙鞄r地塊對(duì)比，可獲得次大陸巖石圈地幔特性和地質(zhì)歷史過(guò)程中各段相互作用的重要信息。在華北克拉通之下的巖石圈地幔被破壞，使它成為了研究大陸形成和演化的理想?yún)^(qū)域。然而，破壞的機(jī)制、時(shí)間、范圍和動(dòng)力原因仍舊充滿爭(zhēng)議。在對(duì)比了與橄欖巖直接相關(guān)的巖石圈地幔特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了克拉通復(fù)雜的破壞機(jī)理和巖石圈變薄的情況。

關(guān)鍵詞：華北克拉通破壞；地幔物質(zhì)；橄欖巖；巖石圈

中圖分類(lèi)號(hào)：P542 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.118

隨著地球物理、地球化學(xué)、實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的不斷發(fā)展，不同的領(lǐng)域交叉、相互作用后，使人們對(duì)地質(zhì)作用、合成、反應(yīng)和動(dòng)力學(xué)等有了更深的理解。此外，隨著統(tǒng)一板塊的挑戰(zhàn)和全球巖石圈計(jì)劃的推進(jìn)，大量的科學(xué)事實(shí)再一次把地球科學(xué)家吸引到了大陸板塊，特別是大陸深部。雖然采用三維地震技術(shù)繪制了現(xiàn)代地球結(jié)構(gòu)，但是，它不能改變巖石圈曾經(jīng)的狀態(tài)。通過(guò)比較火成巖中不同時(shí)間（古生代、中生代、新生代）和地點(diǎn)（內(nèi)陸或它的邊緣、巖石圈郯廬斷裂帶或南北重力線）的地幔捕虜體發(fā)現(xiàn)，地幔捕虜是理解克拉通破壞的關(guān)鍵。

1 直接地幔物質(zhì)的比較

火成巖、根深蒂固的捕虜巖或捕獲晶和超高壓橄欖巖（比如造山帶橄欖巖）的構(gòu)造侵入是了解巖石圈過(guò)程最重要、最直接的例子，而克拉通地幔遭遇了歷史上復(fù)雜的巖漿噴發(fā)和地幔交代變質(zhì)。因此，重建地殼—地幔關(guān)系是理解深部地質(zhì)過(guò)程的前沿課題之一。巖石圈地幔主要由橄欖巖組成，可以將它理解為是主要地幔部分熔化過(guò)程的殘留物。因?yàn)榈蒯＝?jīng)歷了玄武巖巖漿的主要噴發(fā)物和隨后地幔交代變質(zhì)或熔融巖石交互作用的多個(gè)階段，所以，橄欖巖和它的礦物的地球化學(xué)特性將會(huì)記錄地幔特性和深度過(guò)程。低密度難熔橄欖巖在玄武巖的形成過(guò)程中耗盡，而且具有低斜輝石態(tài)，高橄欖—鎂，而富集的橄欖巖具有高斜輝石態(tài)，低橄欖—鎂。此外，經(jīng)歷過(guò)巖漿噴發(fā)而沒(méi)有經(jīng)歷交代變質(zhì)的地幔將耗盡不相容的元素。因此，地幔交代變質(zhì)會(huì)耗盡橄欖巖地球化學(xué)特性，諸如太古代的克拉通地幔橄欖巖在大部分元素中難溶，但是，它在不相容元素中卻很富集。相反，海洋巖石圈的地幔交代變質(zhì)現(xiàn)象因?yàn)樾纬蓵r(shí)間較早，所以，其發(fā)展很有限。

與火成巖地球化學(xué)的多解特性相比，由于它很容易被地殼物質(zhì)污染，所以，橄欖巖的構(gòu)成和年齡以及3—D結(jié)構(gòu)地幔模型的精確重建是4—D巖石圈地圖和地質(zhì)動(dòng)力學(xué)演化模型最有效的基礎(chǔ)。捕虜體（包括上地幔和低部地殼）的巖石學(xué)、地球化學(xué)和物理學(xué)是解釋3D結(jié)構(gòu)（速度和深度）的關(guān)鍵。如此深度下的壓力和年代與地幔橄欖巖的特性相結(jié)合表明，克拉通改變的物理化學(xué)過(guò)程是深部地質(zhì)過(guò)程研究的關(guān)鍵。華北克拉通的石榴石捕虜體的持續(xù)發(fā)現(xiàn)和積累（比如橄欖巖等）逐漸使壓力研究變得更加必要和有效，即使仍然存在巖石圈構(gòu)成和年代間的爭(zhēng)議，太古代克拉通地幔難熔的事實(shí)和古生代地幔的富饒也已經(jīng)是公認(rèn)的了。然而，最著名的西伯利亞克拉通沒(méi)有垂直年齡的單一特性，不同時(shí)代次大陸巖石圈地幔特性的復(fù)雜合成結(jié)構(gòu)可能與它們復(fù)雜多交代變質(zhì)作用有關(guān)。相反，海洋巖石圈地幔的結(jié)構(gòu)卻簡(jiǎn)單、清晰。

2 古生代華北克拉通巖石圈的多樣性（非均質(zhì)性）

橄欖巖在古生代是最豐富的捕虜巖，含量超過(guò)了已發(fā)現(xiàn)根深蒂固的捕虜體的85%.除了新鮮的石榴石殘余和尖晶石，大多數(shù)橄欖石和輝石被蛇紋石、綠泥石和碳酸鹽巖所取代，這使得對(duì)重組、命名和深度的研究變得更加困難。然而，根據(jù)蛇紋石聚集的特性，包括粒度、解理殘余和碳酸鹽的分布，橄欖石（OL）和輝石（Py）可以區(qū)分，斜輝石（Cpx）和斜方輝石類(lèi)（Opx）在某些情況下也可以區(qū)分。研究表明，古生代捕虜體橄欖巖主要是由石榴石橄欖巖、方輝橄欖巖、二輝橄欖巖、鉻鐵礦純橄欖巖、復(fù)合橄欖巖和輝石巖脈組成的。二輝橄欖巖和方輝橄欖巖的比率分別為54%和34%，純橄欖巖和方輝橄欖巖的比率略高于在撫仙中的?；谑袷谌斯な謩?dòng)中重度集中，G9（二輝橄欖巖類(lèi)型）和G10（方輝橄欖巖類(lèi)型）的比率表明，華北克拉通之下的SCLM含有比Kaapvaal克拉通SCLM更高的二輝橄欖巖，從而華北克拉通顯示出了更加復(fù)雜的深度地質(zhì)過(guò)程。這種結(jié)果表明，華北克拉通次大陸巖石圈地幔（SCLM）在古生代具有克拉通地幔特性，但是，其具多樣性。

對(duì)比世界范圍內(nèi)其他有代表性的克拉通，由于華北克拉通面積小，所以，它很容易受到周?chē)鍓K俯沖和碰撞的影響。華北克拉通東部的破壞和巖石圈變薄的過(guò)程較為復(fù)雜，比如巖石圈擴(kuò)大；熔融巖石相互作用；非均勻軟流圈地幔侵蝕，使得巨大的巖石圈變??；巖石圈地幔沖積，使得小部分巖石圈變厚（地幔代替）。在早中生代，揚(yáng)子大陸向北俯沖和碰撞，會(huì)導(dǎo)致華北克拉通發(fā)生以下變化：①完整性被破壞。②大陸俯沖釋放熔融流體，導(dǎo)致克拉通邊緣被調(diào)整。③由于蘇魯—大別造山帶根基分離，導(dǎo)致巖石圈地幔擴(kuò)張，而分離還會(huì)進(jìn)一步影響軟流圈物質(zhì)和侵蝕，進(jìn)而調(diào)整了巖石圈。在早石炭-二疊紀(jì)，由于太平洋板塊俯沖產(chǎn)生熱干擾，導(dǎo)致軟流圈強(qiáng)烈侵蝕巖石圈地幔，使得巨大的巖石圈變薄。自晚三疊紀(jì)以來(lái)，上涌的軟流圈冷卻，使巖石圈略微變厚，最終實(shí)現(xiàn)了地幔置換和巖石圈整體變薄。關(guān)于地幔置換的開(kāi)始時(shí)間，在古老的巖石圈，因?yàn)榈蒯１∪鯀^(qū)作為通道是不規(guī)律的，所以，軟流圈物質(zhì)通過(guò)地幔薄弱區(qū)侵蝕巖石圈和巖漿噴發(fā)的時(shí)間也明顯不一致。1億年前，被玄武巖噴發(fā)捕獲的橄欖巖捕虜體大體是豐富的，這表明，華北克拉通東部部分在1.25億至1億年之前進(jìn)行地幔替代。上涌軟流圈物質(zhì)冷卻不僅會(huì)導(dǎo)致巖石圈加積，在一定程度上變厚，也會(huì)使得上覆地殼形成廣闊的沉積盆地。

3 結(jié)論

華北克拉通南緣蘇魯—大別山超高壓力變質(zhì)帶的橄欖巖體特征表明：①?gòu)臉?gòu)造上講，克拉通巖石圈是由不同成分形成的，包括地幔軟弱帶。②中生—新生代巖石圈變薄的過(guò)程是非常復(fù)雜的，它包括巖石圈橫向傳播、熔化物和橄欖巖的交互作用、不連序軟流圈侵蝕（巨大巖石圈變?。┖陀邢迬r石圈增厚，導(dǎo)致難熔的克拉通巖石圈最終被年青富饒的地幔更換。在早中生代，揚(yáng)子江板塊的俯沖破壞了華北克拉通的完整性，俯沖的揚(yáng)子江板塊所釋放出的熔化流體也混入了華北克拉通地幔。巖石圈地幔擴(kuò)張與華北克拉通構(gòu)造侵放同時(shí)發(fā)生，并伴隨因揚(yáng)子江板塊（造山運(yùn)動(dòng)）獨(dú)立而造成的軟流圈上涌。在早白堊紀(jì)-早三疊紀(jì)期間，太平洋板塊俯沖導(dǎo)致軟流圈上涌，使得巖石圈厚度變薄。至晚三疊紀(jì)，軟流圈上涌物冷卻，導(dǎo)致上地幔被新生成的巖石圈取代。隨著巖石圈厚度的遞增，最終形成了厚度完整的巖石圈。

〔編輯：白潔〕