內(nèi)蒙古達(dá)里諾爾含金云母輝石巖的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義

張珺杰， 郭鵬遠(yuǎn)，孫普，陳懋卿，肖媛媛

1.中國科學(xué)院 海洋研究所，山東 青島 266071； 2.海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院)，山東 青島 266071； 3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 4.天津大學(xué) 表層地球系統(tǒng)科學(xué)研究院，天津 300072

0 引言

地幔交代作用的概念在數(shù)十年前就已被提出，前人認(rèn)為這一過程是使金伯利巖或堿性玄武巖所攜帶的地幔捕虜體具有地球化學(xué)上富集特征的原因[1--3]。地幔交代作用是指由于地幔流體/熔體與地幔巖石發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致周圍地幔巖石的成分發(fā)生改變的過程[4]。根據(jù)地幔交代作用產(chǎn)物的不同，地幔交代作用通?？梢苑譃轱@性交代作用與隱性交代作用：顯性交代作用是指形成了新的礦物相(如角閃石、金云母和磷灰石等)的交代作用過程[5--6]；隱性交代作用表示在交代作用的過程中沒有新的礦物相產(chǎn)生，但是已有礦物相的成分(特別是微量元素的豐度)發(fā)生了改變[7]。

金云母作為地幔交代作用的標(biāo)志礦物，其發(fā)現(xiàn)可為地幔交代作用的存在提供直接有力的證據(jù)，對其性質(zhì)的約束也可以為地幔交代作用過程的研究提供重要信息。輝石巖作為地幔中僅次于橄欖巖的重要組成部分，一直受到人們的廣泛關(guān)注[8--10]?？紤]到輝石巖具有明顯不同于地幔橄欖巖的地球化學(xué)特征以及成因上的多樣性[11]，對于其性質(zhì)和成因的研究也同樣是理解地幔演化過程的關(guān)鍵。

中國東部新生代玄武巖中攜帶有大量地幔捕虜體，前人對于這些玄武巖和地幔捕虜體進(jìn)行了全巖以及單礦物(特別是單斜輝石)的研究，結(jié)果表明：中國東部新生代時(shí)期的地幔保存有受到近期地幔交代事件影響的信息[12--17]。盡管如此，對于這些包含在新生代玄武巖里的地幔捕虜體中的地幔交代作用標(biāo)志礦物—金云母的報(bào)道卻較少，目前主要在漢諾壩、鶴壁和三義堂等地有過報(bào)道[14]。本次工作在內(nèi)蒙古達(dá)里諾爾地區(qū)的鴿子山(圖1)附近發(fā)現(xiàn)了含金云母的輝石巖捕虜體，這些輝石巖捕虜體中金云母的發(fā)現(xiàn)直接指示了該地區(qū)地幔交代過程的存在。本文對輝石巖中的單斜輝石、斜方輝石、金云母和粒間熔體進(jìn)行了系統(tǒng)的激光原位微區(qū)主量、微量元素分析。以此來探討研究區(qū)地幔交代作用的過程，特別是交代介質(zhì)的性質(zhì)和來源，這對理解中國東部新生代巖石圈地幔的演化過程具有重要意義。

1 地質(zhì)背景

晚中生代—新生代時(shí)期，華北克拉通廣泛發(fā)育巖漿活動(dòng)[18--20]。這些巖漿活動(dòng)被認(rèn)為與向西俯沖的太平洋板塊有關(guān)：俯沖的太平洋板塊的地幔楔吸力導(dǎo)致軟流圈地幔從中國大陸向太平洋方向流動(dòng)，軟流圈地幔從西部的厚巖石圈之下向東部薄巖石圈之下流動(dòng)的過程是一個(gè)減壓過程，會(huì)引起減壓熔融，產(chǎn)生中國東部新生代玄武巖[19]。中國東部新生代的玄武巖具有不相容元素富集但同位素組成虧損的特征[15--17,19]。這種放射性成因同位素與不相容元素的解耦現(xiàn)象被解釋為地幔源區(qū)經(jīng)歷了近期低程度部分熔融熔體(low-F melts)的交代[15--17,19]。

達(dá)里諾爾地區(qū)的玄武巖出露于華北克拉通中部造山帶的北緣(圖1)，其形成時(shí)代為1.0～0.19 Ma[21]。該地區(qū)玄武巖的地球化學(xué)特征與中國東部出露的新生代玄武巖相似，其地幔源區(qū)被認(rèn)為經(jīng)歷了近期地幔交代作用[15]。該區(qū)玄武巖中包含有豐富的地幔捕虜體，包括二輝橄欖巖以及少量的輝石巖。其中，輝石巖捕虜體手標(biāo)本中可見金云母，這些輝石巖捕虜體以及其中的金云母是研究區(qū)域巖石圈地幔交代作用的最直接樣品。

圖1 中國東部新生代玄武巖的主要構(gòu)造單元和時(shí)空分布(據(jù)文獻(xiàn)[15]修改)(a)和研究區(qū)內(nèi)新生代玄武巖的分布以及采樣位置(b)Fig.1 Major tectonic units and spatial distribution of Cenozoic basalts in eastern China(a) and their distribution in study area and sampling location (b)

2 巖石學(xué)特征

赤峰地區(qū)玄武巖攜帶了大量地幔橄欖巖捕擄體和少量的輝石巖捕擄體，筆者著重研究輝石巖捕擄體。輝石巖捕擄體樣品直徑～8 cm，呈次渾圓狀，與寄主巖之間界線清晰(圖2 a、b)。中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，組成礦物主要為斜方輝石(60%)、單斜輝石(30%)、金云母(7%)及粒間熔體(3%)。金云母在單偏光鏡下呈棕褐色鱗片狀，具一組極完全解理，粒徑大小在1～2 mm。粒間熔體主要沿輝石和金云母顆粒的邊緣分布(圖2)。

3 分析方法

輝石巖中單斜輝石、斜方輝石、金云母和粒間熔體的主量、微量元素的原位微區(qū)分析均在中國科學(xué)院海洋研究所大洋巖石圈與地幔動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。采用激光剝蝕系統(tǒng)與電感耦合等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)用(LA--ICP--MS)設(shè)備完成測試：激光剝蝕系統(tǒng)為193 nm Photon--Machines Excite納米激光系統(tǒng)，電感耦合等離子質(zhì)譜儀采用Agilent 7900a，激光束斑為～50 μm，采用高純度He氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣。以USGS玻璃(BCR--2G、BIR--1G和BHVO--2G)作為校正標(biāo)準(zhǔn)，采用無內(nèi)標(biāo)--多外標(biāo)法對元素含量進(jìn)行計(jì)算。單斜輝石、斜方輝石和粒間熔體每個(gè)礦物均選取約2個(gè)位置點(diǎn)進(jìn)行測試，金云母每個(gè)礦物選取2～4個(gè)位置點(diǎn)進(jìn)行測試。每個(gè)樣品分析時(shí)間約為75 s，包括背景采集時(shí)間25 s和樣品激光剝蝕時(shí)間50 s。硅酸鹽礦物的測試數(shù)據(jù)使用ICPMSDatacal軟件進(jìn)行離線處理[22]。

需要注意的是，由于金云母具有較高的含水量，進(jìn)行金云母單礦物的元素含量歸一化處理時(shí)，加入金云母的理論含水量(4.3%)[23]與元素含量一同進(jìn)行歸一化計(jì)算。

4 分析結(jié)果

4.1 礦物主量元素

單斜輝石： Mg#的變化范圍為74.6%～75.7%，其他主要氧化物的變化范圍為：SiO248.7%～49.3%、TiO21.33%～1.39%、FeO 8.13%～8.42%、MgO 13.8%～14.4%、Na2O 2.00%～2.16 %、Al2O37.63%～7.70%、Cr2O30.24%～0.28%和CaO 16.6%～17.0%(表1)。 相較于漢諾壩和陽原地區(qū)的輝石巖捕虜體中的單斜輝石具有更低的Mg#，更高的Al2O3，較低的CaO、Na2O以及與漢諾壩地區(qū)相近的Cr2O3含量(圖3、表1)。與研究區(qū)內(nèi)地幔橄欖巖捕虜體中的單斜輝石主量元素相比，輝石巖中的單斜輝石具有更低的Mg#。

Phl：金云母；Opx：斜方輝石；Cpx：單斜方輝石。xpl：正交偏光；ppl：單偏光。圖2 鴿子山地區(qū)含金云母輝石巖的野外照片(a、b)和顯微照片(c-h)Fig.2 Photographs(a, b)and microphotographs(c-h)of phlogopite-bearing pyroxenite xenoliths from Gezishan area

表1 鴿子山含金云母輝石巖捕虜體中單斜輝石的主量(102)、微量元素(10-6)分析結(jié)果

Table 1 Major elements compositions (102) and trace elements compositions (10-6) of clinopyroxene in phlogopite-bearing pyroxenite xenoliths from Gezishan

CPX1CPX2CPX3CPX4CPX5CPX7CPX9CPX10CPX11SiO249.249.149.149.149.049.148.749.049.3TiO21.351.351.331.331.341.391.381.391.38Al2O37.677.637.707.707.657.677.657.697.69Cr2O30.280.270.270.260.240.270.250.270.24FeO8.208.208.258.288.428.138.258.248.21MnO0.140.140.140.140.140.140.140.140.14MgO14.214.114.013.813.914.014.414.114.0CaO16.616.816.816.916.916.916.816.816.6Na2O2.162.142.152.152.162.002.142.132.14K2O0.0050.0060.0040.0040.0050.0340.0040.0040.004Total99.799.799.799.799.799.799.799.799.7Mg#75.575.475.174.974.675.575.775.475.2P124.093.9110.0127.055.488.1101.0104.090.5Sc25.326.125.626.313.917.326.025.726.0Ti8 1028 0987 9807 9444 0745 5608 2738 3458 294V344347348346335340340342336Cr960932928905835919855912810Co46.247.246.846.5198.0148.045.945.945.7Ni243243250246127167245244244Cu2.923.511.941.900.811.901.822.002.15Ga15.315.415.815.296.472.115.215.116.3Rb0.0510.0810.0400.022—0.160—0.0360.005Sr97.797.397.397.4395.0298.096.097.497.2Y8.909.008.999.314.746.249.929.319.01Zr50.951.851.951.225.933.750.852.052.1Nb0.630.590.600.620.350.640.610.630.65Cs0.0010.0080.0080.0040.0050.0050.0050.006—Ba0.2900.0950.0600.0740.4503.4500.0230.0080.094La2.742.612.712.5826.1019.002.662.742.66Ce8.538.988.568.695.586.839.078.688.76Pr1.621.471.581.483.122.661.531.481.59Nd8.118.888.468.665.846.748.268.228.32Sm2.672.802.622.971.852.093.202.952.77Eu1.071.031.060.960.770.891.091.081.12Gd2.873.122.843.241.642.173.013.102.79Tb0.420.450.440.460.220.310.400.410.44Dy2.322.432.282.311.201.672.352.282.49Ho0.350.380.410.390.220.240.350.370.38Er0.800.800.820.840.450.550.850.770.74Tm0.070.080.080.090.060.060.090.090.11Yb0.430.430.400.450.200.300.480.470.46Lu0.050.050.050.050.020.040.050.060.03Hf2.242.232.262.141.021.382.122.212.20Ta0.120.120.120.130.070.100.130.120.12Pb0.120.100.070.080.050.070.080.080.11Th0.130.140.130.130.060.100.130.120.13U0.040.030.030.030.020.030.020.030.03

注：Mg#=molar Mg/(Mg+Fe)。

斜方輝石：Mg#的變化范圍為77.8%～78.8%，其主要氧化物含量的變化范圍為：SiO250.3%～51.1%、TiO20.42%～0.47%、FeO 13.5%～14.0%、MgO 27.4%～28.2%、Cr2O30.14%～0.17%、Al2O34.89%～5.33%、MnO 0.17%～0.18%和Na2O 0.23%～0.24%(表2)。相較于陽原和漢諾壩地幔輝石巖捕虜體中的斜方輝石以及研究區(qū)內(nèi)橄欖巖捕虜體中的斜方輝石，輝石巖中的斜方輝石具有更低的Mg#和Cr2O3，更高的Na2O，相當(dāng)?shù)腁l2O3和MnO(圖4)。

圖中堆晶成因的輝石巖數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[24--25]，反應(yīng)成因的輝石巖來自文獻(xiàn)[24]；漢諾壩輝石巖的數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[26--27]，陽原輝石巖的數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[28]，鴿子山橄欖巖的數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[29]。圖3 單斜輝石的Mg#與Al2O3、Cr2O3含量協(xié)變圖Fig.3 Diagram of Mg# vs. Al2O3 and Cr2O3 contents in clinopyroxenes

表2 鴿子山含金云母輝石巖中斜方輝石的主量元素分析結(jié)果

注：Mg#=molar Mg/(Mg+Fe)。

金云母：與中國東部其他地區(qū)地幔巖中的金云母相比，具有更高的FeO(10.6%～11.2%)、TiO2(7.71%～8.04%)含量，更低的Cr2O3(0.30%～0.54%)和Mg#(71.1%～73.2%)，并且從主量元素上來看，更接近于地幔中的金云母巨晶或者脈狀金云母的元素組成(圖5、表3)。

堆晶成因與反應(yīng)成因輝石巖數(shù)據(jù)來源與上圖一致；漢諾壩、陽原輝石巖以及鴿子山橄欖巖的數(shù)據(jù)與上圖一致。圖4 斜方輝石的Mg#與Al2O3、MnO、Na2O和Cr2O3含量協(xié)變圖Fig.4 Diagrams of Mg# vs. Al2O3, MnO, Na2O and Cr2O3 contents in orthopyroxenes

圖5 金云母的Mg#與Cr2O3和TiO2含量協(xié)變圖Fig.5 Diagram of Mg# vs. Cr2O3 and TiO2 contents in phlogopites

表3 鴿子山含金云母輝石巖中金云母的主量(102)、微量(10-6)元素分析結(jié)果

Table 3 Major elements compositions (102) and trace elements compositions (10-6) of phlogopite in phlogopite-bearing pyroxenite xenoliths from Gezishan

注：Mg#=molar Mg/(Mg+Fe)。

其中巨晶狀金云母數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[30--31]，脈狀和彌散浸染狀金云母數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[30--32]；三義堂、鶴壁、漢諾壩地區(qū)的金云母數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[14]。

粒間熔體：其主量元素特征與鴿子山新生代玄武巖差別較大，說明粒間熔體并不是研究區(qū)內(nèi)玄武巖的母巖漿。粒間熔體具有高的FeO(12.2%～17.6%)和MgO(21.1%～30.0%)，較低的SiO2(43.5%～50.3%)、Mg#(0.75～0.78)、K2O(0.12%～1.76%)、Na2O(0.36%～1.90%)和CaO(1.53%～6.87%)(表4)。

4.2 礦物微量元素

研究區(qū)單斜輝石的微量元素配分模式一致，在蛛網(wǎng)圖上表現(xiàn)為：明顯虧損Rb、Ba、K和Pb，但HFSE(如：Nb、Ta和Ti)并沒有明顯負(fù)異常。REE的配分形式呈右傾的上凸型，富集中稀土，[La/Yb]N=4.11～4.91(圖6、表1)。

球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值均取自文獻(xiàn)[33]；赤峰地區(qū)玄武巖平均值來自文獻(xiàn)[15]。圖6 單斜輝石、粒間熔體與金云母的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖解(a，c，e)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b，d，f)Fig.6 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a, c, e) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams (b, d, f) of clinopyroxenes, intergranular melts and phlogopites

表4 鴿子山含金云母輝石巖中粒間熔體的主量(102)、微量(10-6)元素分析

Table 4 Major elements compositions (102) and trace elements compositions (10-6) of intergranular melts inphlogopite-bearing pyroxenite xenoliths from Gezishan

R1R2R3R4R6R7R8R9SiO243.550.343.750.050.049.248.850.0TiO22.010.540.510.620.610.980.990.60Al2O38.265.364.265.935.706.346.675.78Cr2O30.360.280.160.290.440.260.620.50FeO13.713.617.613.213.112.612.213.5MnO0.130.180.210.180.180.170.170.18MgO26.127.330.026.326.723.521.126.0CaO1.801.531.652.122.174.766.872.38Na2O1.900.360.820.570.420.921.200.43K2O1.760.120.460.340.220.610.310.20Total99.599.699.399.599.699.398.999.5Mg#79.179.977.179.880.178.777.579.2Li0.282.351.153.034.132.681.333.02P170100257100187384369239Sc4.949.076.579.5011.8012.1014.5011.30Ti12 0573 2013 0673 7214 3635 8915 9594 173V183155101152192215220186Cr1 222963561977149387821291 699Co121116156127114167352119Ni861494581491509656821517Cu22.431049676253012594594576Ga14.9013.709.8314.3014.4014.5015.7015.00Rb26.702.835.514.524.1513.306.474.04Sr129.016.043.023.741.471.075.549.6Y1.121.391.742.433.013.974.882.91Zr17.408.3215.3011.7019.1025.3028.1019.90Nb5.671.361.531.261.644.372.212.50Cs0.1000.0520.0420.0080.0250.2100.0530.130Ba570.039.423.062.044.915580.549.2La1.500.571.210.741.562.762.391.95Ce3.021.402.401.673.826.125.664.53Pr0.400.240.390.190.600.910.980.66Nd1.620.841.830.932.974.114.963.01Sm0.410.100.530.350.821.151.540.94Eu0.280.0780.230.140.280.410.560.29Gd0.400.270.510.480.721.211.240.74Tb0.050.020.080.090.130.150.200.16 Dy0.270.250.360.440.710.941.120.74Ho0.040.040.060.080.130.150.150.11Er0.120.130.150.200.260.330.370.25Tm0.0080.0200.0210.0420.0280.0380.0510.033Yb0.080.150.100.260.150.240.220.11Lu0.0060.0080.0230.0170.0240.0310.0330.029Hf0.480.310.440.380.680.760.930.58Ta0.370.060.110.090.100.270.180.15Pb0.550.850.960.981.001.662.781.27Th0.250.120.180.110.200.370.190.23U0.160.090.120.200.160.270.220.15

注：Mg#=molar Mg/(Mg+Fe)。

研究區(qū)輝石巖捕虜體中的粒間熔體的微量元素配分模式接近一致，在蛛網(wǎng)圖上表現(xiàn)為：Ba、K、Pb和Ti的正異常和Nb、Ta的負(fù)異常，與赤峰地區(qū)新生代玄武巖具有明顯不同的微量元素特征。REE的配分形式呈右傾，[La/Yb]N=2.02～12.90(圖6、表4)。

研究區(qū)的金云母的微量元素配分模式一致。在蛛網(wǎng)圖上表現(xiàn)為：明顯虧損Th、U和REE，富集Nb、Ta、K、Ti。在REE的配分圖中具有明顯的Gd正異常(圖6、表3)。

5 討論

5.1 鴿子山地區(qū)輝石巖的巖石成因

目前，關(guān)于輝石巖的成因的主要觀點(diǎn)是：①大洋地殼的固相再循環(huán)，即：由洋殼輝長巖直接變質(zhì)形成[34--35]；②在地幔條件下，上升的巖漿由于溫度和壓力的改變發(fā)生結(jié)晶分異作用形成的堆晶巖[8];③熔體--橄欖巖反應(yīng)形成[10,24]。

大洋輝長巖在高壓下發(fā)生變質(zhì)往往會(huì)形成石榴輝石巖，在鴿子山地區(qū)的輝石巖包體中并沒有發(fā)現(xiàn)石榴子石的存在，此外，該地區(qū)的輝石巖包體也缺乏變質(zhì)成因的變質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖2)，所以，該地區(qū)的輝石巖并不是由洋殼再循環(huán)的方式形成的。堆晶成因與熔--巖反應(yīng)成因的輝石巖中的單斜輝石、斜方輝石具有明顯不同的主量元素組成。研究區(qū)的輝石巖捕虜體中的單斜輝石和斜方輝石的主量元素顯示出不同于熔體--橄欖巖反應(yīng)成因的輝石巖的特征，而是更接近堆晶成因的輝石巖：單斜輝石和斜方輝石具有低的Mg#、Cr2O3和高的Al2O3，斜方輝石還具有高的MnO(圖3、4)。雖然單斜輝石的微量元素表現(xiàn)為輕稀土元素富集的配分模式([La/Yb]N=4.11～4.91)，與熔--巖反應(yīng)成因的輝石巖中的單斜輝石類似[11]，而且斜方輝石的Na2O含量較高(圖4)，但這也可能是繼承了其母巖漿的特征。所以，鴿子山地區(qū)輝石巖更可能是地幔巖漿堆晶的產(chǎn)物。

前人通過對洋島玄武巖的研究認(rèn)為其源區(qū)存在交代成因的輝石巖脈。這些輝石巖脈(含有金云母及角閃石的輝石巖或者石榴子石輝石巖)是極低程度部分熔融熔體的堆晶，往往形成于巖石圈與軟流圈界面[36--38]。這一認(rèn)識也已得到了實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)的驗(yàn)證[39]。從概念上來講，大陸巖石圈地幔經(jīng)歷的交代過程應(yīng)與大洋巖石圈地幔類似[38]，所以研究區(qū)內(nèi)這些堆晶成因的輝石巖極有可能代表交代熔體在巖石圈地幔中因冷卻而堆晶形成的巖脈。

5.2 多期次地幔交代作用的存在

從巖相學(xué)角度來看，研究區(qū)輝石巖捕虜體在顯微鏡下可觀察到金云母的存在，表明了顯性交代作用的存在。此外，輝石巖礦物顆粒之間存在有明顯的粒間熔體，這些熔體并不是研究區(qū)內(nèi)的玄武巖的母巖漿(見下文)，更可能是代表了后期侵入輝石巖中的性質(zhì)不同的低分熔熔體。粒間熔體的存在為地幔交代作用的存在提供了進(jìn)一步證據(jù)。

圖中百分含量表示分離結(jié)晶過程中晶體所占的比例；金云母的分配系數(shù)來自文獻(xiàn)[40--41]，單斜輝石的分配系數(shù)來自文獻(xiàn)[42--44]，詳見表5。圖7 同單斜輝石、金云母平衡的理想熔體與粒間熔體的微量元素成分對比(a)及金云母的理想初始熔體與單斜輝石的理想初始熔體微量元素成分的對比(b)Fig.7 Comparison of trace elements between calculated chemical equilibrium melts of phlogopite and clinopyroxene and intergranular melts in mantle xenoliths(a) and comparison of trace elements between the calculated parental melts of phlogopite and clinopyroxene(b)

通過簡單的模擬計(jì)算可以看出(圖7)：粒間熔體與同金云母、單斜輝石平衡的熔體的特征不一致(圖7a)，這說明粒間熔體與金云母、單斜輝石并沒有達(dá)到成分上的平衡，因此，推測粒間熔體與金云母、單斜輝石并不是同一期次地幔交代作用的產(chǎn)物；此外，結(jié)晶出金云母的原始熔體的成分特征與結(jié)晶出單斜輝石的原始熔體也不一致(圖7b)，說明金云母與單斜輝石也不是由同一熔體結(jié)晶形成，而是形成于不同期次交代熔體的結(jié)晶。因此，輝石巖中的礦物組成和粒間熔體至少代表了3次地幔交代作用過程。

表5 計(jì)算過程中使用的分配系數(shù)

注：金云母的分配系數(shù)來自文獻(xiàn)[40--41]；單斜輝石的分配系數(shù)來自文獻(xiàn)[42--43]中的匯編以及文獻(xiàn)[44]。

5.3 交代介質(zhì)的性質(zhì)與來源

金云母在地幔巖石中的存在形式主要有以下3種：脈狀、彌散浸染狀和巨晶狀，這3種存在形式的金云母在地球化學(xué)特征上也具有明顯的不同(圖5)[31]。鴿子山地區(qū)的金云母顆粒相較更大，直徑可達(dá)1～2 mm(圖2)，從形態(tài)上來看可以屬于巨晶狀的金云母；從地球化學(xué)特征上來看，研究區(qū)輝石巖捕虜體中的金云母也與巨晶的金云母類似[30--31](圖5)。前人的研究認(rèn)為巨晶狀的金云母形成于交代介質(zhì)的結(jié)晶沉淀[30--32]，所以研究區(qū)輝石巖中的金云母的成分可以用來判斷該地區(qū)交代介質(zhì)的性質(zhì)[31]。前人認(rèn)為金云母較低的Mg#(<80)和較高TiO2含量指示其來自于經(jīng)歷過演化的堿性玄武質(zhì)熔體[31]，因此可以推斷研究區(qū)內(nèi)與金云母形成有關(guān)的交代介質(zhì)可能是堿性玄武質(zhì)熔體[31]。

前文的論述已經(jīng)說明：單斜輝石是交代熔體堆晶的產(chǎn)物，所以其微量元素特征可反映交代介質(zhì)的地球化學(xué)特征。在微量元素蛛網(wǎng)圖上，結(jié)晶出單斜輝石的熔體表現(xiàn)出了K、Pb的虧損，且HFSE(如Nb、Ta、Ti)虧損并不明顯的特征(圖7b)，說明結(jié)晶出單斜輝石的原始熔體是虧損K、Pb，但并不虧損HFSE的硅酸鹽熔體，具有這種性質(zhì)的熔體主要來自軟流圈地幔。

輝石巖的礦物顆粒中還存在有玄武質(zhì)粒間熔體，這些粒間熔體與玄武巖圍巖的地球化學(xué)成分特征明顯不同(圖6c、d)，因此可以推斷這些粒間熔體并不是玄武巖圍巖的母巖漿，更可能代表了交代熔體。這些熔體具有低SiO2，高M(jìn)gO、FeO的地球化學(xué)特征，屬于苦橄質(zhì)熔體。這些高鎂的基性熔體只能起源于超基性巖的部分熔融，因此其應(yīng)為地幔熔融形成的熔體。但是從微量元素蛛網(wǎng)圖中可以看出，這些粒間熔體還具有明顯的Nb、Ta負(fù)異常和K、Pb正異常的特征。因此，認(rèn)為這些粒間熔體的地幔源區(qū)中還有俯沖陸源沉積物的貢獻(xiàn)。

5.4 中國東部新生代巖石圈地幔的多期次地幔交代作用

輝石巖作為地幔熔體高壓結(jié)晶下的產(chǎn)物，其母巖漿及衍生物對于原本存在的地幔巖而言就是一種重要的交代介質(zhì)，會(huì)使其成分發(fā)生變化[11,36--38]。輝石巖中的金云母與輝石并非源自同一原始熔體，金云母是在輝石巖形成后又一期次的熔體交代輝石巖的產(chǎn)物。此外，與金云母成分不平衡的粒間熔體也指示了另外一期的交代作用的存在。這種多期次的地幔交代作用的存在與前人對新生代玄武巖與其中的地幔巖包體的研究結(jié)果一致[17,45]。這說明新生代時(shí)期，中國東部的巖石圈地幔一直受到地幔交代作用的影響。地幔交代作用在大陸巖石圈地幔中的持續(xù)發(fā)生是導(dǎo)致大陸巖石圈地幔富集的主要原因。

6 結(jié)論

(1)單斜輝石和斜方輝石具有低的Mg#、Cr2O3和高的Al2O3含量，斜方輝石還具有高的MnO含量，這些特征表明輝石巖是熔體在地幔條件下的堆晶，代表了交代熔體在地幔中冷卻固結(jié)形成的巖脈。

(2)單斜輝石、金云母及粒間熔體之間并不平衡，而且結(jié)晶出單斜輝石和金云母的熔體并不相同，更可能分別形成于不同期次的地幔交代事件。說明輝石巖形成以后又遭受到了多期次的硅酸鹽熔體地幔交代作用。

(3)結(jié)晶出單斜輝石的母巖漿在蛛網(wǎng)圖上具有K、Pb的微弱負(fù)異常且不具有Nb、Ta、Ti的負(fù)異常，推測這些熔體可能來自軟流圈地幔。粒間熔體的低SiO2，高M(jìn)gO和FeO的特征指示其形成于地幔超基性巖的部分熔融，蛛網(wǎng)圖上明顯的K、Pb正異常以及Nb、Ta負(fù)異常說明其源區(qū)也存在俯沖沉積物的貢獻(xiàn)。

(4)中國東部新生代巖石圈地幔多期次地幔交代作用的巖石學(xué)和地球化學(xué)記錄暗示著地幔交代作用的持續(xù)發(fā)生，這可能是古老大陸巖石圈地幔富集不相容元素的主要原因。

致謝感謝中國科學(xué)院海洋研究所大洋巖石圈與地幔動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室王曉紅老師在樣品測試過程中給予的指導(dǎo)。同時(shí)感謝吉林大學(xué)王春光老師對本文提出的寶貴意見。