華北克拉通破壞相關(guān)的實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究

王明梁

摘要：華北克拉通破壞過(guò)程中，巖石圈地幔巖石類(lèi)型從方輝橄欖巖向二輝橄欖巖轉(zhuǎn)變。對(duì)于這一轉(zhuǎn)變過(guò)程，不同學(xué)者提出了不同的假說(shuō)。其中以拆沉作用和底侵作用最具代表性。本文從熔體——地幔巖石相互作用的角度，系統(tǒng)的總結(jié)了前人關(guān)于熔體——地幔巖石（橄欖巖）反應(yīng)的研究結(jié)果。為正確認(rèn)識(shí)這個(gè)過(guò)程提供有益的啟示。

關(guān)鍵詞：華北克拉通；熔體——地幔巖石反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)

1.前言

華北克拉通位于中國(guó)東部，如圖1所示，可以細(xì)分為東中西三個(gè)部分（吳福元等，2008），其中東西兩個(gè)塊體在1.8Ga以前通過(guò)中部造山帶拼合而成，完成了克拉通化，并且在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)保持穩(wěn)定（翟明國(guó)等，2007；翟明國(guó)，2008）?，F(xiàn)有證據(jù)表明，在古生代以前（含古生代），華北克拉通一直保持著以方輝橄欖巖為主的克拉通型巖石圈地幔（古生代地幔包體的巖石類(lèi)型以方輝橄欖巖為主，少量分布二輝橄欖巖），然而到了新生代，克拉通東部地塊的巖石圈地幔轉(zhuǎn)變?yōu)橐远x橄欖巖為主（新生代地幔包體的巖石類(lèi)型以二輝橄欖巖為主，有少量年齡古老的方輝橄欖巖殘留）的大洋型地幔（Fanetal.，2000；Gaoetal.，2008；Xu，2001；Zhangetal.，2007；高山等，2009；路鳳香，2010；吳福元等，2008；鄭建平等，2006；鄭建平等，2007；周新華，2006）。這說(shuō)明在中生代，華北地區(qū)的巖石圈地幔經(jīng)歷了強(qiáng)烈的改造作用，這種改造作用可能直接導(dǎo)致了華北克拉通的破壞。

2.華北克拉通破壞過(guò)程中的熔體——地幔巖石反應(yīng)

大量的研究已經(jīng)達(dá)成共識(shí)：在中生代華北地區(qū)巖石圈地幔改造過(guò)程中，巖石圈地幔極有可能受到了來(lái)自軟流圈地幔的硅酸鹽熔體或來(lái)自地殼的硅酸鹽熔體的交代，這種交代作用被認(rèn)為是巖石圈地幔改造的重要原因之一（Zhangetal.，2007；徐義剛，1998，2006；張宏福，2005，2009；張宏福等，2005），因此華北地區(qū)巖石圈地幔在中生代經(jīng)歷的熔體——巖石交代反應(yīng)成為了一個(gè)重要的研究課題。

前人對(duì)中生代華北克拉通巖石圈地幔經(jīng)歷的硅酸鹽熔體——巖石交代作用進(jìn)行了大量的研究，重要的認(rèn)識(shí)可以歸納為以下幾點(diǎn)：

（1）富硅熔體交代巖石圈地幔形成（斜方）輝石巖。富硅熔體可能是：①拆沉的地殼部分熔融產(chǎn)生的熔體（Gaoetal.，2004；Gaoetal.，2008；Xuetal.，2008a；高山等，2009；劉海泉等，2010）；②深俯沖的地殼部分熔融產(chǎn)生的熔體（Chen，2005；Zheng，2012；Zhengetal.，2011）。富硅熔體產(chǎn)生后，在上升過(guò)程中與地幔巖石發(fā)生熔體——巖石交代反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物是輝石。大多數(shù)學(xué)者（Kelemenetal.，1998；Liuetal.，2005；高山等，2009）認(rèn)為富硅熔體與巖石圈地幔巖石反應(yīng)的產(chǎn)物主要是斜方輝石，但有實(shí)驗(yàn)表明這種交代反應(yīng)在低壓下（2.0GPa）可以形成單斜輝石和斜方輝石（王超等，2010），兩種認(rèn)識(shí)存在明顯的分歧，需要做進(jìn)一步研究。

（2）貧硅熔體交代巖石圈地幔形成（二輝）橄欖巖。貧硅熔體可能是：①來(lái)自軟流圈的玄武質(zhì)熔體（Xu，2001；Xuetal.，2008b；Zhengetal.，2007；路鳳香等，2006；徐義剛，1999，2006；鄭建平等，2006，2007）；②受到富硅熔體交代的巖石圈地幔發(fā)生部分熔融產(chǎn)生的玄武質(zhì)熔體（Gaoetal.，2008；高山etal.，2009）。貧硅熔體產(chǎn)生后，在上升的過(guò)程中與巖石圈地幔發(fā)生交代反應(yīng)。一般認(rèn)為貧硅熔體與巖石圈地幔巖石反應(yīng)將形成橄欖石和輝石（張宏福，2005，2009），這種認(rèn)識(shí)的依據(jù)是低壓下貧硅熔體與橄欖巖反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（如Shawetal.，2007），缺乏高壓下（≥3.0GPa）貧硅熔體與地幔巖石反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)支持。

圖中空心方形和菱形表示地幔包體產(chǎn)出位置，古生代地幔包體的巖石類(lèi)型以方輝橄欖巖為主，新生代在東部地塊產(chǎn)出的地幔包體巖石類(lèi)型以二輝橄欖巖為主，新生代在西部地塊產(chǎn)出的地幔包體巖石類(lèi)型以方輝橄欖巖為主。這些地幔包體是研究華北克拉通巖石圈地幔類(lèi)型轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵樣品。

3. 硅酸鹽熔體與地幔巖石（礦物）反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀

硅酸鹽熔體與地幔巖石（礦物）反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究最早可以追溯到Sekineetal（1982）的研究，他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱搜芯繊u弧地區(qū)高M(jìn)g#安山巖的成因。自那之后，大量的學(xué)者（如表1所示）經(jīng)過(guò)30多年的努力，在硅酸鹽熔體交代地幔巖石（礦物）的實(shí)驗(yàn)研究方面取得了一系列的成果，總結(jié)起來(lái)可以歸類(lèi)為以下兩個(gè)方面：

（1）富硅熔體（SiO2>52wt%的安山質(zhì)熔體、花崗質(zhì)熔體）與二輝橄欖巖的反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物主要為斜方輝石（Opx，下同），在壓力較高時(shí)有石榴子石（Grt，下同）生成，個(gè)別情況下（低溫或者富鈣）可以形成單斜輝石，即L+富硅熔體→Opx±Grt±Cpx（單斜輝石，下同）；

（2）貧硅熔體（主要是SiO2≤52wt%的玄武質(zhì)熔體）與二輝橄欖巖反應(yīng)，在壓力較低的情況下（≤2.0GPa）反應(yīng)產(chǎn)物的礦物組合是Opx±Ol（橄欖石，下同）±Cpx，即L+貧硅熔體→Opx±Ol±Cpx。另外，在時(shí)間較短（≤24h）的實(shí)驗(yàn)中，貧硅熔體與地幔巖石的反應(yīng)更多地表現(xiàn)出了溶解行為，即貧硅熔體溶解橄欖巖中的輝石，殘留下橄欖石（純橄巖帶）或者橄欖石+斜方輝石（方輝橄欖巖帶）。

表中代號(hào)的含義是：Ol-橄欖石、Opx-斜方輝石、Cpx-單斜輝石、Grt-石榴子石，Phl-金云母，Cc-方解石，L-熔體

4. 結(jié)論與展望

硅酸鹽熔體與地幔巖石反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究才剛剛開(kāi)始，已經(jīng)得到的正確結(jié)論主要有：

（1）富硅熔體交代地幔主要形成斜方輝石。

（2）貧硅熔體低壓下交代地?？梢孕纬砷蠙焓?/p>

但是關(guān)于高壓下的硅酸鹽熔體——巖石反應(yīng)的研究還比較少，特別是關(guān)于微量元素的研究更是缺乏。這進(jìn)一步限制了我們認(rèn)識(shí)華北克拉通破壞這一重要地質(zhì)過(guò)程。因此在今后的工作中，需要進(jìn)一步加強(qiáng)硅酸鹽熔體——地幔巖石反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。

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