河南省鶴壁地區(qū)地幔捕擄體中尖晶石的礦物化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

侯廣順，魏世鵬，袁穩(wěn)，張艷林，齊永安，向世紅，李英杰

(1.河南理工大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，河南 焦作 454000；2.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450052；3.河南理工大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 焦作 454000)

0 引 言

來自古生代金伯利巖和中新生代玄武巖中地幔捕擄體的證據(jù)表明，中生代以來，華北板塊東部經(jīng)歷了明顯的克拉通破壞[1-6]。華北克拉通破壞范圍的主體分布在太行山以東地區(qū)[7-9]。太行山東側(cè)的巖石圈地幔被置換成大洋型地幔，太行山西側(cè)仍保留較厚的古老克拉通型地幔[10]，東側(cè)巖石圈厚度70～80 km，西側(cè)85～120 km，東西兩側(cè)的巖石圈厚度存在約30 km的突變[11]。因此，太行山構(gòu)造帶是華北克拉通東部破壞區(qū)與西部相對(duì)穩(wěn)定區(qū)的過渡帶，其深部地幔特征對(duì)揭示華北克拉通破壞具有重要的意義，是研究華北克拉通巖石圈演化的關(guān)鍵地區(qū)。

沿郯廬斷裂帶，華北板塊東部在山東蒙陰和遼寧復(fù)縣出露有古生代金伯利巖。對(duì)這些金伯利巖體中攜帶的金剛石捕擄晶和橄欖巖包體進(jìn)行研究，結(jié)果表明：古生代時(shí)期，華北克拉通的巖石圈地幔為方輝橄欖巖型古老難熔地幔，并且當(dāng)時(shí)華北巖石圈具有約200 km的厚度[4，12]。中新生代山東昌樂-山旺、棲霞、安徽女山、河北漢諾壩等堿性玄武巖中的包體以二輝橄欖巖型新生飽滿易熔地幔為主，表明中新生代以來，華北克拉通巖石圈地幔已經(jīng)發(fā)生大規(guī)模的置換[1，6]。

河南鶴壁地區(qū)位于太行山構(gòu)造帶上(圖1)，出露有金伯利巖帶、新生代橄輝玢巖帶和橄欖玄武巖帶[12-13]。這些深源巖漿巖攜帶的大量地幔捕擄體，是研究華北克拉通破壞的重要對(duì)象，鶴壁地區(qū)也因此成為研究華北巖石圈的地幔窗口。

圖1 華北克拉通區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖及地幔捕虜體中尖晶石Cr#，Mg#的分布

Fig.1 North China Craton simplified regional geological map and spinel Cr#、Mg#distribution from mantle xenolith

前人對(duì)上峪橄輝玢巖中尖晶石相橄欖巖的研究結(jié)果表明，尖晶石方輝橄欖巖為古老難熔地幔的代表，并經(jīng)歷了部分交代作用[14-16]。侯廣順等[17]研究了土門金伯利巖中石榴石相橄欖巖地幔捕擄體的礦物化學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)石榴石相巖石圈地幔屬于過渡型巖石圈地幔。迄今為止，尚缺少金伯利巖中代表巖石圈地幔淺部相的尖晶石研究。本文報(bào)道了土門金伯利巖和上峪橄輝玢巖中地幔捕擄體的尖晶石礦物化學(xué)特征，并與華北克拉通東部的地幔尖晶石對(duì)比，探討該地區(qū)巖石圈地幔的性質(zhì)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鶴壁地區(qū)位于我國(guó)南北重力梯度帶上[15]，東側(cè)以太行山深大斷裂帶為界限，緊接華北板塊坳陷區(qū)，西側(cè)為太行山隆起與鄂爾多斯地塊相鄰[16](圖1)，是中生代以來太平洋板塊對(duì)歐亞板塊影響由強(qiáng)到弱的過渡地帶。

研究區(qū)內(nèi)出露地層主要為寒武系和奧陶系，巖性為灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和頁巖等。地層產(chǎn)狀比較平緩，局部發(fā)育寬緩向斜和背斜構(gòu)造。區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，有北北東向、北西西向等多組小斷層，主要斷層走向呈北北東向，鶴壁地區(qū)古生代金伯利巖的分布也主要受北北東向斷裂控制。金伯利巖主要出露在姬家山、蔣家頂和化象一帶，區(qū)域內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有70多處露頭點(diǎn)。新生代橄輝玢巖出露在上峪村附近(圖2)。

圖2 鶴壁地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

野外考察表明，鶴壁地區(qū)金伯利巖體分布面積很小，一般僅幾十平方米，大多數(shù)巖體呈似層狀、脈狀產(chǎn)出，順層侵入奧陶系馬家溝組灰?guī)r中。關(guān)于鶴壁地區(qū)金伯利巖的地質(zhì)特征，侯廣順等[17]已有詳細(xì)描述。金伯利巖露頭呈灰綠色、藍(lán)灰色，塊狀構(gòu)造，局部顯示流動(dòng)構(gòu)造。金伯利巖具有斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶分布不均勻，含量約30%。其中斑晶主要是橄欖石和金云母等。除少量殘留的金云母外，其他原生礦物主要根據(jù)后期蝕變礦物和殘留晶形進(jìn)行恢復(fù)。金伯利巖中的捕擄體類型豐富，但已普遍蝕變。金伯利巖中地幔捕擄體巖石類型主要為尖晶石二輝橄欖巖，石榴石二輝橄欖巖、純橄巖和輝石巖等。

上峪新生代橄輝玢巖為一漏斗狀巖管，侵位于奧陶系馬家溝組石灰?guī)r中，局部可見烘烤邊。上峪橄輝玢巖的侵位時(shí)代為新生代，距今約為4 Ma[12，15]。上峪橄輝玢巖頂部出露直徑300 m左右，向下逐漸收縮至數(shù)米。橄輝玢巖非常新鮮，呈灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。橄輝玢巖的主要礦物組成為輝石和橄欖石，基質(zhì)為隱晶質(zhì)和輝石微晶組成。橄輝玢巖中含有大量的含鈦普通輝石巨晶。橄輝玢巖攜帶的地幔捕擄體巖石類型主要有尖晶石方輝橄欖巖、尖晶石二輝橄欖巖和石榴石二輝橄欖巖等。

2 樣品特征和處理方法

金伯利巖中的地幔捕擄體采自鶴壁市姬家山鄉(xiāng)土門村一個(gè)廢棄的金剛石探礦平洞內(nèi)，洞口坐標(biāo)為114°05′39.0″和35°57′3.9″。此處金伯利巖以層狀侵入奧陶系馬家溝組灰?guī)r，地幔捕擄體均勻分布在金伯利巖中，呈橢球狀，大小2～10 cm。其橄欖石已大多蝕變?yōu)樯呒y石和滑石等礦物，輝石蝕變?yōu)榛途G泥石等(圖3(a))，尖晶石保存良好，比較新鮮，晶形一般呈半自形到它形，部分保留有晶面，粒徑0.3～0.5 mm。

(a)土門金伯利巖中橄欖巖捕擄體；(b)上峪橄輝玢巖中橄欖巖捕擄體;Oli:橄欖巖捕擄體;Ol:橄欖巖;Spl:尖晶石

圖3 鶴壁地區(qū)尖晶石相橄欖巖捕擄體照片

Fig.3 Photos of the spinel phase peridotite xenoliths in
the Hebi regin

上峪橄輝玢巖的地理坐標(biāo)為114°09′20.1″和35°50′55.3″。尖晶石二輝橄欖巖一般呈卵圓狀、角礫狀，大小2～6 cm。捕擄體呈黃綠色，它形粒狀結(jié)構(gòu)，主要由鎂橄欖石、頑火輝石、鉻透輝石和鉻尖晶石等組成(圖3(b))。鎂橄欖石含量在80%左右，一般呈它形粒狀，粒徑大小2～4 mm；頑火輝石質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%～15%，呈它形至半自行，平行消光；鉻透輝石質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%～5%，它形；尖晶石一般位于輝石與橄欖石顆粒之間，也有部分包裹于頑火輝石顆粒內(nèi)，粒徑0.3 mm左右。

鶴壁上峪地區(qū)橄輝玢巖出露則比較新鮮，把采集的包體樣品制作成探針薄片，如圖4所示。

Ol:橄欖巖;Spl:尖晶石;Pyr:輝石

因土門金伯利巖中的捕擄體強(qiáng)烈風(fēng)化，采用人工重砂的方法從捕擄體中挑選出尖晶石。具體過程如下：剝離捕擄體表層，以免受到寄主巖的混染；初步手工破碎、篩選；用跳汰法淘選出重砂，然后在雙目鏡下挑出尖晶石單礦物；把尖晶石制成環(huán)氧樹脂靶，在體式鏡下拍照標(biāo)記。挑選出來的尖晶石單礦物照片和體式鏡下照片如圖5所示。

尖晶石礦物化學(xué)成分測(cè)試在長(zhǎng)安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，采用JXI-8T00型電子探針，加速電壓15 kV，束電流1.8×10-8A，束斑直徑1 μm。

(a)尖晶石單礦物照片 (b)靶上部分尖晶

3 尖晶石的礦物化學(xué)特征

土門金伯利巖橄欖巖捕擄體中的尖晶石礦物化學(xué)成分列于表1。其成分特征如下：w(FeO)為10.49%～ 47.63%，w(MgO)為5.42%～ 19.76%，w(MnO)為0.03%～ 0.48%，w(Al2O3)為0.86%～ 51.01%，w(Cr2O3)為16.76%～52.66%，w(SiO2)為0～ 1.31%，w(NiO)為0～0.26%，w(TiO2)為0～0.28%，w(V2O3)為0.01%～0.19%。尖晶石的Mg#(100×n(Mg)/n(Mg+Fe))的值介于21.58 ～78.66，尖晶石的Cr#(100×n(Cr)/n(Cr+Al))值介于18.06 ～97.62。

表1 土門地區(qū)金伯利巖捕擄體中尖晶石的化學(xué)成分

續(xù)表 %

樣品號(hào)w(SiO2)w(TiO2)w(Al2O3)w(Cr2O3)w(FeO)w(MnO)w(MgO)w(CaO)w(NiO)w(Na2O)w(K2O)w(P2O5)w(V2O3)TotalCr#Mg#L0602-3-40.05 -46.84 21.67 12.03 0.12 18.05 -0.24 0.01 --0.04 99.05 23.68 74.59 L0602-3-50.00 0.06 33.29 35.53 14.99 0.08 14.92 -0.11 -0.00 -0.11 99.11 41.73 66.06 L0602-3-6--51.01 16.76 10.49 0.03 19.76 -0.23 -0.01 0.04 0.08 98.40 18.06 78.66 L0602-3-70.03 -25.21 43.32 17.42 0.31 12.02 -0.10 --0.02 0.11 98.54 53.54 57.44 L0602-3-80.06 0.11 16.82 49.36 22.90 0.18 10.52 -0.04 0.02 --0.08 100.08 66.32 47.31 L0602-3-90.01 0.28 20.77 47.38 18.35 0.15 12.33 -0.16 0.06 0.02 -0.18 99.68 60.48 56.78 L0602-6-10.05 0.12 19.06 49.62 14.38 0.14 15.12 -0.14 ---0.03 98.67 63.59 67.27 L0602-6-20.07 0.13 19.47 47.19 19.22 0.12 11.78 -0.09 --0.12 0.07 98.26 61.92 54.52 L0602-6-40.01 0.13 7.94 33.61 47.63 0.34 6.70 -0.40 0.00 -0.03 0.18 96.97 73.97 21.58 L0602-6-50.03 0.12 19.08 46.39 22.27 0.21 10.81 -0.08 0.01 -0.05 0.10 99.13 61.99 48.70 L0602-6-60.05 0.14 14.82 51.85 21.59 0.21 10.31 -0.04 -0.01 0.07 0.12 99.21 70.12 48.29 L0602-6-70.01 0.09 17.28 46.02 24.20 0.23 10.35 -0.13 --0.03 0.06 98.38 64.12 45.55 L0602-6-80.04 0.07 40.06 27.23 12.96 0.09 18.03 -0.26 ---0.07 98.80 31.31 73.13 L0602-6-90.06 0.04 20.33 44.74 23.18 0.24 9.74 0.02 0.09 -0.01 0.06 0.14 98.64 59.62 45.12 L0602-6-10-0.17 19.08 47.91 20.63 0.15 11.34 -0.10 0.03 --0.06 99.49 62.74 51.81 L0602-6-110.00 0.16 20.18 42.25 23.82 0.30 11.46 -0.09 0.00 0.01 -0.06 98.32 58.41 48.48 L0602-6-12--15.22 49.12 24.04 0.27 9.72 ---0.00 0.01 0.09 98.48 68.41 44.17 L0602-6-130.02 0.06 17.60 48.14 23.34 0.24 9.32 -0.10 ---0.19 99.01 64.73 43.85 L0602-6-140.04 0.15 18.28 48.76 19.76 0.18 11.61 -0.09 0.00 0.00 -0.09 98.97 64.15 53.46

“-”代表測(cè)試下限

上峪橄輝玢巖橄欖巖捕擄體中尖晶石的礦物化學(xué)成分列于表2。尖晶石組成特征w(FeO)為11.01%～ 48.10%，w(MgO)為4.10%～ 18.98%，w(MnO)為0.04%～0.20%，w(Al2O3)為2.06%～50.64%，w(Cr2O3)為17.45%～50.21%，w(SiO2)為0～0.14%，w(NiO)為0.03%～ 0.31%，w(TiO2)為0～0.25%，w(V2O3)為0～0.17%。尖晶石的Mg#(100×n(Mg)/n(Mg+Fe))的值介于14.28 ～ 77.01，變化很大，尖晶石的Cr#(100×n(Cr)/n(Cr+Al))值介于18.78～64.10。

表2 上峪地區(qū)地幔橄輝玢巖中尖晶石的化學(xué)成分

續(xù)表 %

名稱w(SiO2)w(TiO2)w(Al2O3)w(Cr2O3)w(FeO)w(MnO)w(MgO)w(CaO)w(NiO)w(Na2O)w(K2O)w(P2O5)w(V2O3)TotalCr#Mg#L0603-6-150.03 -50.61 17.45 11.80 0.09 18.69 -0.27 ---0.04 98.98 18.78 75.60 L0603-6-260.00 -40.62 27.70 12.65 0.03 17.22 -0.18 0.03 --0.05 98.48 31.39 72.70 L0603-6-29-0.02 45.08 22.17 13.51 0.13 16.65 -0.16 --0.03 0.04 97.78 24.81 70.68 L0603-6-30--45.21 23.18 12.87 0.09 17.31 -0.11 0.01 -0.01 0.05 98.84 25.59 72.46 L0603-6-310.01 -18.74 49.89 20.15 0.20 9.88 -0.05 0.02 0.01 0.01 0.14 99.10 64.10 48.96 L0603-6-380.01 -36.97 33.20 12.21 0.14 16.86 -0.07 0.04 0.01 -0.10 99.61 37.59 72.98 L0603-6-440.04 -45.61 21.08 14.06 0.05 18.14 -0.22 0.01 --0.09 99.31 23.67 71.62 L0603-7-60.04 0.12 27.36 39.76 16.60 0.11 14.31 -0.06 0.02 0.00 -0.15 98.53 49.36 62.77 L0603-7-100.14 0.06 50.24 18.37 11.50 0.08 18.50 -0.19 0.04 --0.04 99.17 19.70 75.87 L0603-7-150.02 -2.06 41.30 48.10 0.34 4.10 -0.20 0.05 -0.02 0.17 96.34 93.07 14.28 L0603-7-160.02 -21.52 45.42 20.39 0.20 10.04 -0.07 --0.05 0.08 97.80 58.61 49.06

“-”代表測(cè)試下限

總體上，本文研究的尖晶石呈現(xiàn)富Cr、Al和Mg而貧Ti的特征。土門和上峪的尖晶石普遍表現(xiàn)出如下規(guī)律：隨著Cr#值變大，MgO、Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸下降，呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系;FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高，呈較明顯的正相關(guān)關(guān)系。土門地區(qū)TiO2平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.105 3%。上峪地區(qū)TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化比較大，除L0603-6-2和L0603-7-6兩個(gè)樣品的TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(分別為0.25%和0.12%)以外，其他樣品的TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)都比較低，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.063%。

從礦物成分看，土門金伯利巖和新生代上峪橄輝玢巖中橄欖巖捕擄體的尖晶石成分特征相似。在Cr#-Mg#協(xié)變圖解中(圖6)，可以看出兩處的尖晶石具有大致相同的分布范圍。大量研究表明，山東蒙陰代表古生代難熔型巖石圈地幔[18]，山東蒙陰地區(qū)尖晶石的w(MgO)為8.802%～10.947%，w(Al2O3)為1.855%～8.04%，w(Cr2O3)為57.95%～ 64.17%，Mg#值介于35.93～47.87，Cr#值介于82.862～ 95.62。漢諾壩中新世玄武巖中橄欖巖捕擄體以二輝橄欖巖為主，研究發(fā)現(xiàn)其巖石圈地幔主體來自部分熔融程度小于5%的地幔，同時(shí)存在經(jīng)過高度部分熔融抽提(15%～20%)后的難熔地幔，還存在具有過渡類型的巖石圈地幔(5%～10%)，表明漢諾壩巖石圈地幔既有飽滿型地幔，同時(shí)又有難熔地幔[19]。漢諾壩新生代玄武巖捕擄體中尖晶石的w(MgO)為14.96%～21.40%，w(Al2O3)為21.71%～59.63%，w(Cr2O3)為6.85%～47.55%，Mg#值介于63.1～79.4，Cr#值介于7.2 ～ 59.5。昌樂-山旺等地區(qū)尖晶石代表了中新生代飽滿型巖石圈地幔，其主體為部分熔融程度1%～5%的地幔，具有較低的部分熔融抽提程度[2]。昌樂-山旺橄欖巖中尖晶石的w(MgO)為17.74%～ 21.90%，w(Al2O3)為38.35%～58.12%，w(Cr2O3)為6.82%～30.16%，Mg#值介于62.1～80.6，Cr#值介于8.0～ 34.4。鶴壁地區(qū)的尖晶石大致介于山東蒙陰和漢諾壩、昌樂-山旺兩個(gè)端元組分之間，具有較明顯的過渡特征。值得注意的是，土門金伯利巖捕擄體中的尖晶石還具有少量較高Cr#、較低Mg#的樣品，其Cr#值比蒙陰地區(qū)的尖晶石還高，表明土門也具有部分難熔型巖石圈地幔。

圖6 尖晶石的Cr#-Mg# 關(guān)系圖

4 地幔溫壓條件

Jacques Fabries[20]根據(jù)尖晶石礦物化學(xué)成分提出計(jì)算地幔溫壓條件的公式，據(jù)其給出的系數(shù)，推出公式為

(1)

其中，

(2)

(3)

(4)

(5)

式中，lnK3=0.47,lnK4=1.45，指尖晶石中鉻原子的含量，在1 025～1 200 ℃內(nèi)lnK5的數(shù)值約為2。本文利用電價(jià)差值法計(jì)算出Fe3+的含量[21]。根據(jù)式(1)～(5)，計(jì)算結(jié)果表明：土門金伯利巖中尖晶石的結(jié)晶溫度1 031～1 071 ℃，少數(shù)可以達(dá)到1 100 ℃以上；上峪尖晶石的結(jié)晶溫度1 050～1 090 ℃。根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)公式[22]，經(jīng)計(jì)算,土門的壓力區(qū)間為1.68 ～ 2.29 GPa，集中分布在1.70 ～ 1.88 GPa；上峪地區(qū)的壓力區(qū)間為1.71 ～ 2.19 GPa，集中分布在1.71 ～ 1.88 GPa。

在p-t相圖上(圖7)，土門和上峪的尖晶石溫壓主要落在尖晶石和石榴石的相變線附近，指示捕擄體來自于尖晶石相與石榴石相的過渡相或共生相范圍內(nèi)，大致對(duì)應(yīng)地幔深度53～71 km。從p-t相圖可以看出，所有顆粒都落在60 mW/m2地幔熱流線之上，并且接近0.9Tm線(地幔固相線)。與Y.O’Reilly等[23]總結(jié)的全球不同構(gòu)造單元地幔熱流和溫壓剖面相對(duì)比，鶴壁地區(qū)當(dāng)時(shí)處于很高的地幔熱流狀態(tài)之下，暗示了巖石圈地幔的不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖7 土門和上峪地幔捕擄體中尖晶石p-t相圖

5 地幔部分熔融程度

華北克拉通巖石圈地幔經(jīng)歷了復(fù)雜的部分熔融和地幔交代作用。橄欖巖捕擄體中尖晶石的礦物化學(xué)組成可以反映鶴壁地區(qū)巖石圈地幔飽滿或虧損的性質(zhì)[25]。E.Hellebrand等[26]提出了根據(jù)尖晶石成分計(jì)算部分地幔部分熔融程度的經(jīng)驗(yàn)公式，即F=10×lnCr#+24(10

6 討 論

6.1 巖石圈地幔性質(zhì)

尖晶石是地幔捕擄體中比較穩(wěn)定的礦物相，可以反映巖石圈地幔的性質(zhì)[24-25]。與石榴石相巖石圈地幔相比，尖晶石相地幔代表巖石圈的淺部相。巖石圈地幔的交代和破壞是自深部向淺部進(jìn)行的地質(zhì)作用。因此，尖晶石相巖石圈地幔往往更相對(duì)容易得到保留。ZHENG J P等[15]發(fā)現(xiàn)鶴壁地區(qū)尖晶石方輝橄欖巖為古老巖石圈地幔殘留，這也成為華北克拉通巖石圈地幔的一個(gè)重要端元組分。一般認(rèn)為古老克拉通地幔尖晶石具有較高的Cr#值和較低的Mg#值，即難熔型地幔，例如山東蒙陰地區(qū)地幔類型。新生代大洋型巖石圈地幔尖晶石具有低的Cr#值和較高的Mg#值，即飽滿型地幔，例如昌樂-山旺地區(qū)地幔類型。

山東蒙陰地區(qū)古生代尖晶石Mg#值介于35.93～47.87，Cr#值介于82.862～ 95.62。漢諾壩新生代玄武巖捕擄體中尖晶石Mg#值介于63.1～79.4，Cr#值介于7.2 ～ 59.5[27-29]。昌樂-山旺中新生代橄欖巖中尖晶石其Mg#值介于62.1～80.6，Cr#值介于8.0～ 34.4[19]。與昌樂-山旺和漢諾壩地區(qū)橄欖巖中尖晶石相比，土門金伯利巖橄欖巖捕擄體中的尖晶石(表1)有較高的Cr2O3，較低的MgO和Al2O3。與蒙陰地區(qū)樣品中的尖晶石相比，有高的MgO和Al2O3，低的Cr2O3。土門金伯利巖中尖晶石的Mg#和Cr#值變化范圍相對(duì)比較寬，部分樣品投入到昌樂-山旺橄欖巖中和漢諾壩地區(qū)的區(qū)域內(nèi)，部分樣品與代表典型克拉通老地幔性質(zhì)的蒙陰樣品中Mg#和Cr#值變化范圍較接近。表明土門既有難熔程度較高的樣品，這與蒙陰樣品接近；也有相對(duì)飽滿的樣品，與昌樂-山旺的樣品特征相似。這與侯廣順等[17]得出的結(jié)論是一致的。

ZHENG J P等[15]認(rèn)為鶴壁上峪地區(qū)主體是殘留的難熔地幔含有少量的飽滿型地幔和過渡型地幔，漢諾壩地區(qū)以過渡型地幔為主。本文研究發(fā)現(xiàn)(表2)，上峪地區(qū)橄輝玢巖中的尖晶石與漢諾壩、土門地區(qū)相近地區(qū)的尖晶石主量元素相近且上峪地區(qū)的尖晶石Cr#和Mg#值變化均勻、寬泛(圖6)，認(rèn)為上峪地區(qū)也主要為過渡型地幔。

巖石圈地幔性質(zhì)與橄欖巖經(jīng)歷的熔融程度相關(guān)。從地幔熔融程度可以看出，土門和上峪的尖晶石熔融程度介于蒙陰與昌樂-山旺的尖晶石之間，也從側(cè)面支持其為過渡型地幔的特征。

6.2 地幔熱狀態(tài)

地幔熱狀態(tài)是巖石圈穩(wěn)定與否的一個(gè)直接反映。南非Kaapvaal穩(wěn)定克拉通熱流值為31～36 mW/m2[30-31]；南印度Dharwar克拉通熱流值為31～40 mW/m2[32]。太古代Superior克拉通熱流值為27～59 mW/m2，早元古代Trans Hudson 克拉通的平均熱流值為42 mW/m2；晚元古代的Grenville克拉通的平均熱流為41 mW/m2[33]。

侯廣順等[17]通過土門地幔捕擄體鎂鋁榴石-橄欖石溫度計(jì)估算了地幔熱流，認(rèn)為鶴壁地區(qū)地幔熱流偏高。本文地幔捕擄體的尖晶石相溫壓結(jié)果與之相似，并且所得到的地幔熱流值更高，大于65 mW/m2，指示溫度接近地幔固相線。與上述穩(wěn)定克拉通相對(duì)比，鶴壁地區(qū)地幔熱流值明顯偏高。這指示了該地區(qū)巖石圈地幔的不穩(wěn)定性，這很可能與華北克拉通的破壞有關(guān)。

7 結(jié) 論

(1)鶴壁地區(qū)土門金伯利巖和上峪橄輝玢巖中的地幔捕擄體中的尖晶石以中等的Cr#和Mg#為主，介于以蒙陰難熔型地幔和以漢諾壩、昌樂-山旺所代表的飽滿型地幔之間，指示鶴壁地區(qū)地幔性質(zhì)為過渡型巖石圈地幔。

(2)溫壓計(jì)算表明，土門金伯利巖中尖晶石的結(jié)晶溫度集中在1 031～1 071 ℃；上峪尖晶石的結(jié)晶溫度為1 050 ℃～1 090 ℃。計(jì)算得出土門的壓力集中在1.70 ～ 1.88 GPa，上峪地區(qū)的壓力集中在1.71 ～ 1.88 GPa[22]。p-t相圖指示對(duì)應(yīng)地幔熱流值高于60 mW/m2。這表明鶴壁地區(qū)巖石圈地幔處于明顯偏高的熱狀態(tài)，可能與華北克拉通的破壞有關(guān)。