漢諾壩玄武巖及幔源包體對(duì)大陸地幔不均一性的指示*

張崗嵐 劉勇勝 張拉

1. 自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 511458 2. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074 3. 重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 401120

地幔是地球上最大的地球化學(xué)儲(chǔ)層和火山活動(dòng)的主要源區(qū)，記錄了板塊構(gòu)造旋回期間洋殼和陸殼物質(zhì)再循環(huán)歷史(Hart, 1988; Hofmann, 1997; 周新華等, 2013)。了解地幔的性質(zhì)以及不均一性在理解洋殼與陸殼的性質(zhì)和命運(yùn)方面起著關(guān)鍵作用，有助于重建地殼物質(zhì)再循環(huán)過(guò)程(Zindler and Hart, 1986; 周新華等, 2013)。大洋玄武巖(包括洋中脊玄武巖和洋島玄武巖)直接來(lái)自于地幔部分熔融且未經(jīng)歷厚的大陸地殼混染過(guò)程，因此，早期研究主要通過(guò)噴發(fā)至海底的玄武質(zhì)巖漿來(lái)探究地幔的性質(zhì)和組成(Gastetal., 1964; Hartetal., 1973; Allègre, 1982; White, 1985; Hofmann, 1997)。通過(guò)來(lái)自大洋玄武巖的化學(xué)和Sr-Nd-Pb同位素分析表明大洋地幔存在明顯的不均一性(Hofmann, 1997, 2014)?；诖笱笮鋷r的Sr-Nd-Pb同位素組成特征，將大洋地幔源區(qū)分為EM-1、EM-2、HIMU和DMM四個(gè)端元(Hofmann, 2014)。大洋巖石圈及攜帶的上覆沉積物俯沖至地幔，被認(rèn)為是形成大洋不同地幔端元的主要因素(Zindler and Hart, 1986; Hofmann, 1997; Plank and Langmuir, 1998; Sobolevetal., 2005)。另外，大陸地殼的侵蝕和循環(huán)也是引起大洋地幔不均一的重要過(guò)程(Jacksonetal., 2007; Willbold and Stracke, 2010; Stracke, 2012; Edwardsetal., 2019; Adamsetal., 2021)?？傮w而言，地球上兩個(gè)主要的親石元素儲(chǔ)庫(kù)——地幔和地殼之間的物質(zhì)交換和循環(huán)是大洋地幔局部富集和不均一的主要原因。

由于地殼混染以及巖石圈地幔經(jīng)歷了復(fù)雜的熔體抽離和熔/流體交代作用，相比大洋地幔，人們對(duì)大陸地幔的組成特征的認(rèn)識(shí)仍是相當(dāng)有限。隨著地質(zhì)學(xué)家對(duì)大陸地幔來(lái)源的巖漿巖(玄武巖等)、構(gòu)造抬升至地表的橄欖巖地體以及幔源巖漿攜帶的地幔包體的研究，發(fā)現(xiàn)大陸巖石圈和軟流圈地幔也存在著明顯的不均一(Sobolevetal., 2007; Jonesetal., 2013; Bodinier and Godard, 2014; Pearsonetal., 2014; Giuliani and Pearson, 2019)。例如，大陸地幔來(lái)源的堿性玄武巖、碳酸巖、金伯利巖等的地球化學(xué)組成研究表明其地幔源區(qū)具有再循環(huán)沉積碳酸鹽巖以及碎屑沉積物成分的存在(Walteretal., 2008; Lietal., 2017; Wangetal., 2017; Amsellemetal., 2020; Xuetal., 2020)。此外，板內(nèi)玄武巖也記錄了地幔源區(qū)中再循環(huán)的拆沉的大陸下地殼的成分信息(Lustrino, 2005; Gaoetal., 2008; Liuetal., 2008)。金伯利巖中來(lái)自不同地幔深度的金剛石及其礦物包裹體的C-O-N同位素組成記錄了陸下巖石圈和地幔過(guò)渡帶深度中具有再循環(huán)洋殼成分的存在(Schulzeetal., 2003; Walteretal., 2011; Cartignyetal., 2014; Lietal., 2019; Regieretal., 2020)。來(lái)自克拉通巖石圈地幔的大部分榴輝巖包體具有俯沖蝕變洋殼的化學(xué)和Sr-O同位素特征，這些榴輝巖包體被認(rèn)為是經(jīng)歷海底蝕變的洋殼俯沖至深部地幔經(jīng)歷變質(zhì)形成的(Jacob, 2004; Aulbachetal., 2019)。另外，經(jīng)構(gòu)造抬升至地表的橄欖巖地體和幔源巖漿攜帶的橄欖巖包體的研究表明，陸下巖石圈地幔巖石經(jīng)歷了不同地殼物質(zhì)來(lái)源的熔、流體交代和改造，使得巖石圈地幔在微米至千米尺度上存在明顯的成分不均一(Downes, 2007; Bodinier and Godard, 2014; Zouetal., 2014; Svojtkaetal., 2016; Borghinietal., 2018; Fitzpayneetal., 2019; Dengetal., 2020)。由于大陸巖石圈地幔相比大洋地幔具有更的演化歷史，因此大陸地幔中保存了更加復(fù)雜的地殼成分特征，更有利于探討地幔不均一的成因。

華北克拉通是地球上最古老的陸塊之一，仍保留了～3.8Ga地殼殘余的記錄(Liuetal., 1992)。華北克拉通于晚古元古代完成克拉通化，之后受到北部古亞洲洋板塊、南部古特提斯洋板塊和東部太平洋板塊的俯沖改造，且在中生代期間經(jīng)歷了大規(guī)模的巖石圈減薄作用(Zhaoetal., 2001; Wuetal., 2019; Zhu and Xu, 2019)。因此，華北克拉通是探究地殼物質(zhì)再循環(huán)和地幔不均一的絕佳研究區(qū)域。自20世紀(jì)開(kāi)始，中外學(xué)者已對(duì)華北克拉通幔源玄武質(zhì)巖漿以及攜帶的地幔包體進(jìn)行了較為全面和系統(tǒng)的研究(Zhou and Armstrong, 1982; Fan and Hooper, 1989; Song and Frey, 1989; Songetal., 1990; Zhietal., 1990; Basuetal., 1991; Tatsumotoetal., 1992; Zouetal., 2000; Chenetal., 2001; Xu, 2002; Zhang, 2005; Choietal., 2008; Liuetal., 2010b; Guoetal., 2016, 2020; Xuetal., 2018; Gengetal., 2019; Zhengetal., 2021)。雖然對(duì)于玄武巖和地幔包體的成因以及記錄的交代歷史存在一定的爭(zhēng)議，但是，這些研究結(jié)論一致表明華北克拉通地幔在橫向空間存在明顯的結(jié)構(gòu)和成分不均一。

新生代漢諾壩玄武巖沿華北克拉通北緣分布，由堿性玄武巖和拉斑玄武巖組成(Zhou and Armstrong, 1982; Songetal., 1990; Zhietal., 1990)。其中，漢諾壩堿性玄武巖包含了來(lái)自不同深度的上地幔和下地殼包體(馮家麟等, 1982; 謝漫澤等, 1993; 李紹柄等, 1987; 鄧晉福等, 1988; 樊祺誠(chéng)等, 1998; 張國(guó)輝等, 1998)。利用漢諾壩地區(qū)幔源巖石來(lái)探究大陸地幔不均一性的主要優(yōu)勢(shì)包括：(1)漢諾壩玄武巖及其攜帶的輝石巖和橄欖巖包體來(lái)自于不同地幔深度，可以對(duì)比地幔在垂向上成分的不均一性；(2)不同類型的輝石巖包體記錄了不同的再循環(huán)地殼物質(zhì)成分信息，可以更好的研究不同類型地殼物質(zhì)引起的地幔不均一性；(3)漢諾壩玄武巖及其攜帶的輝石巖和橄欖巖包體已經(jīng)進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究工作(主-微量元素、鋯石U-Pb年齡、Sr-Nd-Pb同位素、Li-Mg-Ca-Cu-Fe-Zn同位素等)(Zhou and Armstrong, 1982; 馮家麟等, 1982; 謝漫澤等, 1993; Song and Frey, 1989; Tatsumotoetal., 1992; Chenetal., 2001; Liuetal., 2001, 2005; Rudnicketal., 2004; Tangetal., 2007; Zhengetal., 2009; Huetal., 2016, 2019; Kangetal., 2016; Zhaoetal., 2017; Weietal., 2019; Daietal., 2020; Zhangetal., 2020, 2022)。因此，漢諾壩地區(qū)幔源巖石為窺探大陸地幔的不均一性提供了最合適的角度。

1 漢諾壩玄武巖的地幔源區(qū)性質(zhì)

新生代漢諾壩玄武巖呈現(xiàn)出拉斑玄武質(zhì)巖漿和堿性玄武質(zhì)巖漿韻律式噴發(fā)的特征，因此，在漢諾壩玄武巖剖面可見(jiàn)互層的拉斑玄武巖和堿性玄武巖(李紹柄等, 1987; 鄧晉福等, 1988; Songetal., 1990; Zhietal., 1990)(圖1)。關(guān)于這兩類玄武巖的成因目前還存在一定爭(zhēng)議，先前的研究認(rèn)為兩類玄武巖為同一巖漿經(jīng)歷不同程度分異演化或同一地幔源區(qū)不同熔融程度的產(chǎn)物(李紹柄等, 1987; 鄧晉福等, 1988; 李天福等, 1999)；而最近的研究則認(rèn)為兩類玄武巖來(lái)自不同的地幔源區(qū)，且源區(qū)具有不同類型的再循環(huán)地殼物質(zhì)加入(Songetal., 1990; Zhietal., 1990; Choietal., 2008; Qianetal., 2015; Zouetal., 2022)。下文將詳細(xì)闡述兩類玄武巖的地幔源區(qū)性質(zhì)。

圖1 漢諾壩玄武巖野外剖面(據(jù)Zou et al., 2022修改)Fig.1 Field outcrops in stratigraphic sections of Hannuoba basalts (modified after Zou et al., 2022)

1.1 堿性玄武巖

漢諾壩堿性玄武巖整體具有輕重稀土分異明顯、較高的強(qiáng)不相容元素元素含量以及明顯的Pb負(fù)異常特征(圖2)。值得注意的是，Zouetal. (2022)發(fā)現(xiàn)低MgO的樣品同時(shí)具有更顯著的碳酸鹽的地球化學(xué)特征和更虧損的Sr-Nd同位素組成；另外，全巖MgO含量與Ni、Cr含量和Dy/Yb、Ti/Eu、Ba/Th等比值以及143Nd/144Nd之間存在明顯的相關(guān)性(圖3)，這些地球化學(xué)趨勢(shì)可以很好的用兩端元混合進(jìn)行解釋。高M(jìn)gO端元(巖石圈地幔)具有高Dy/Yb、低Ti/Eu和Ba/Th以及富集的Nd同位素組成，低MgO端元(原始?jí)A性玄武巖熔體)具有低Dy/Yb、高Ti/Eu和Ba/Th以及虧損的Nd同位素組成(Zouetal., 2022)。

圖2 漢諾壩堿性玄武巖和拉斑玄武巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)McDonough and Sun, 1995)漢諾壩玄武巖數(shù)據(jù)來(lái)自于Zhi et al. (1990), Basu et al. (1991), Qian et al. (2015), Xu et al. (2017)和Zou et al. (2022); 圖3數(shù)據(jù)來(lái)源同此圖Fig.2 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns (b) for the Hannuoba alkaline and tholeiite basalts (normalized values from McDonough and Sun, 1995)The Hannuoba basalt data from Zhi et al. (1990), Basu et al. (1991), Qian et al. (2015), Xu et al. (2017) and Zou et al. (2022); the data source in Fig.3 is the same as in this figure

圖3 漢諾壩堿性玄武巖和拉斑玄武巖的全巖MgO與Dy/Yb(a)、Ba/Th(b)和143Nd/144Nd(d)以及Ti/Eu與Dy/Yb(c)關(guān)系變化圖Fig.3 Plots of whole-rock MgO against Dy/Yb (a), Ba/Th (b), 143Nd/144Nd (d) and Ti/Eu vs. Dy/Yb (c) for the Hannuoba alkaline and tholeiite basalts

原始?jí)A性玄武巖熔體的主、微量元素組成特征被認(rèn)為是俯沖的蝕變洋殼變質(zhì)形成的碳酸鹽化榴輝巖部分熔融的產(chǎn)物，后期原始?jí)A性玄武巖熔體與富集的巖石圈地幔橄欖巖發(fā)生不同程度反應(yīng)，從而形成了成分不均一的漢諾壩堿性玄武巖(Zouetal., 2022)。Qianetal. (2015)則認(rèn)為堿性玄武巖的地幔源區(qū)為交代成因的石榴輝石巖和少量橄欖巖組成，同時(shí)高M(jìn)gO堿性玄武巖具有更大比例的橄欖巖貢獻(xiàn)。目前，我們無(wú)法區(qū)分堿性玄武巖的地幔源區(qū)中石榴石和單斜輝石礦物組合為蝕變洋殼變質(zhì)成因的榴輝巖還是富Si熔體交代地幔形成的石榴輝石巖(Qianetal., 2015; Zouetal., 2022)，但是，兩者都表明了堿性玄武巖源區(qū)具有蝕變洋殼成分的加入。另外，模擬計(jì)算表明堿性玄武巖源區(qū)具有3%～5%碳酸鹽的加入(Zouetal., 2022)。堿性玄武巖的明顯Pb負(fù)異常特征也進(jìn)一步證明其地幔源區(qū)具有脫水洋殼或碳酸鹽成分的存在(Dasguptaetal., 2009)。但是，目前缺乏直接證據(jù)來(lái)表征堿性玄武巖的來(lái)源深度是巖石圈地幔還是軟流圈地幔頂部，不過(guò)，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)結(jié)果的對(duì)比，間接推測(cè)其熔融深度為軟流圈頂部區(qū)域(Zouetal., 2022)。因此，漢諾壩堿性玄武巖記錄了該地區(qū)地幔中保留的碳酸鹽化洋殼成分的信息，同時(shí)具有高M(jìn)gO含量和富集的Sr-Nd同位素組成的堿性玄武巖也表明巖石圈中具有富集的橄欖巖存在(富集的巖石圈地幔橄欖巖將在章節(jié)2進(jìn)行討論)。

1.2 拉斑玄武巖

相比于漢諾壩堿性玄武巖而言，拉斑玄武巖具有富集的Sr-Nd同位素組成特征且無(wú)明顯Pb負(fù)異常，兩者的主、微量元素之間也不存在明顯的混合線性關(guān)系，表明兩者來(lái)自不同的地幔源區(qū)(圖2-圖4)。前人基于拉斑玄武巖的主、微量元素組成特征，推測(cè)其地幔源區(qū)主要由橄欖巖以及少量輝石巖組成(Qianetal., 2015)。鄒宗琪(2021)利用Zr/Hf和Sm/Yb比值模擬結(jié)果表明拉斑玄武巖源區(qū)中石榴石輝石巖所占的比例為4%～20%。另外，雖然極個(gè)別拉斑玄武巖樣品的明顯Pb正異常是由于地殼混染引起的(鄒宗琪, 2021)，但是拉斑玄武巖整體缺乏Pb負(fù)異常特征表明其源區(qū)中碳酸鹽成分的貢獻(xiàn)有限(Dasguptaetal., 2009)。結(jié)合拉斑玄武巖全巖Eu正異常、富集的Sr-Nd同位素組成以及橄欖石斑晶中熔體包裹體的高208Pb/206Pb和207Pb/206Pb比值，表明拉斑玄武巖地幔源區(qū)具有再循環(huán)的古老洋殼(大洋輝長(zhǎng)巖)和硅質(zhì)沉積物成分的加入(Songetal., 1990; Basuetal., 1991; Qianetal., 2015)。另外，再循環(huán)富集的洋殼和沉積物成分需孤立演化長(zhǎng)達(dá)>1Gyr之久，且整體未被周圍地幔巖石所同化稀釋，才可形成拉斑玄武巖的Pb同位素富集的地幔源區(qū)(Qianetal., 2015)。此外，拉斑玄武巖中橄欖石包裹的熔體Pb同位素組成變化明顯而橄欖石及包裹體的主量元素組成一致，表明拉斑玄武巖地幔源區(qū)中再循環(huán)富集的洋殼和沉積物成分比例較低，只能引起同位素組成的變化而主量元素組成未受影響(Qianetal., 2015)。通過(guò)模擬計(jì)算表明漢諾壩拉斑玄武質(zhì)巖漿形成壓力為～3GPa，對(duì)應(yīng)該地區(qū)巖石圈地幔底部(Xuetal., 2017)。綜上，漢諾壩拉斑玄武巖記錄了該地區(qū)地幔中保留的古老洋殼和沉積物成分的信息。

圖4 漢諾壩堿性玄武巖和拉斑玄武巖的全巖Sr-Nd同位素組成漢諾壩玄武巖數(shù)據(jù)來(lái)自于Zhi et al. (1990), Basu et al. (1991), Xu et al. (2017)和Zou et al. (2022)Fig.4 Whole-rock Sr-Nd isotopic compositions of the Hannuoba alkaline and tholeiite basaltsThe Hannuoba basalt data from Zhi et al. (1990), Basu et al. (1991), Xu et al. (2017) and Zou et al. (2022)

2 漢諾壩橄欖巖和輝石巖包體記錄的地幔不均一性

漢諾壩堿性玄武巖攜帶了大量且不同類型的上地幔包體，包括橄欖巖和輝石巖。其中，根據(jù)礦物組合特征(是否含有石榴石以及單斜輝石的類型及含量)將輝石巖包體分為石榴輝石巖、Cr-透輝石輝石巖、Al-普通輝石輝石巖、單斜輝石巖四類。利用這些地幔樣品可以直接探究陸下巖石圈地幔的化學(xué)成分的不均一性。下文將詳細(xì)探討橄欖巖和不同類型輝石巖的成因以及記錄的再循環(huán)地殼成分信息。

2.1 橄欖巖

漢諾壩橄欖巖包體主要以尖晶石相橄欖巖為主，少數(shù)研究報(bào)道了石榴石相橄欖巖的存在(Fan and Hooper, 1989; Song and Frey, 1989; Chenetal., 2001; Rudnicketal., 2004; Huetal., 2016)。主要組成礦物為橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、尖晶石，少量含有石榴石。漢諾壩橄欖巖記錄的平衡溫度在920℃和1050℃范圍之間(Rudnicketal., 2004)。橄欖巖與原始地幔(PM)具有相似的Mg#(圖5a)，基于漢諾壩橄欖巖主量元素組成以及熔融實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，表明漢諾壩橄欖巖經(jīng)歷了0～25%熔體抽離過(guò)程(Rudnicketal., 2004)。其全巖的稀土元素(REE)配分模式從輕稀土(LREE)虧損至LREE富集變化，且樣品呈現(xiàn)出Pb正異常(圖6a, b)，表明部分橄欖巖后期受到不同程度的熔/流體交代(Rudnicketal., 2004)。結(jié)合橄欖巖全巖和單斜輝石礦物的Sr-Nd同位素組成的差異和Sr元素的擴(kuò)散速率，推測(cè)交代介質(zhì)為富集的Sr-Nd同位素組成的熔體且交代事件發(fā)生于新生代(Rudnicketal., 2004)。另外，漢諾壩橄欖巖中單礦物(橄欖石、斜方輝石、單斜輝石)中Li含量和Li同位素組成存在明顯的核邊變化，Tangetal. (2007)認(rèn)為是來(lái)自于蝕變洋殼和軟流圈的兩期熔/流體-橄欖巖反應(yīng)形成的混合趨勢(shì)。從Ca同位素角度看，漢諾壩地區(qū)巖石圈地幔經(jīng)歷了碳酸鹽熔體的地幔交代作用(Kangetal., 2016)。

地幔橄欖巖Re-Os等時(shí)線可用來(lái)約束大陸巖石圈地幔的形成時(shí)間，從而了解陸下巖石圈地幔的形成與改造過(guò)程(Rudnick and Walker, 2009)。雖然漢諾壩橄欖巖經(jīng)歷了不同程度的熔/流體交代，但是橄欖巖中硫化物未受明顯影響且全巖親銅親鐵元素含量以及Cu同位素組成也未受明顯改造(Liuetal., 2010a; Liuetal., 2015)，因此，Gaoetal. (2002)發(fā)現(xiàn)漢諾壩橄欖巖包體全巖保留了～1.9Ga Re-Os等時(shí)線年齡。這些結(jié)果表明漢諾壩地區(qū)太古代巖石圈地幔整體于～1.9Ga被置換，之后漢諾壩地區(qū)陸下巖石圈地幔受到來(lái)自不同源區(qū)的多期熔/流體交代作用。

2.2 石榴輝石巖

漢諾壩石榴輝石巖以脈狀與橄欖巖層組成復(fù)合包體或獨(dú)立存在(Xu, 2002; Liuetal., 2005, 2010b; Huetal., 2016; Zhaoetal., 2017)。石榴輝石巖主要由斜方輝石、橄欖石、單斜輝石、尖晶石和石榴石組成。漢諾壩石榴輝石巖記錄的平衡溫度和壓力分別為887～1080℃和1.2～2.1GPa(Liuetal., 2010b; Huetal., 2016; Zhaoetal., 2017)。相比漢諾壩橄欖巖全巖，石榴輝石巖全巖具有更高的TiO2、CaO和Al2O3含量和更低的FeOT、MgO、Cr和Ni含量(圖5a-f)。石榴石輝石巖REE配分模式從LREE虧損型至LREE富集型變化，無(wú)明顯Eu異常存在(圖6c)；另外，蛛網(wǎng)圖上可見(jiàn)明顯的Pb、Sr正異常和大離子親石元素(LILE)富集(圖6d)。

圖5 漢諾壩橄欖巖和各類輝石巖包體的主、微量元素組成橄欖巖和輝石巖數(shù)據(jù)來(lái)自于Song and Frey (1989), Tatsumoto et al. (1992), 張國(guó)輝等 (1998), Chen et al. (2001), Xu (2002), Rudnick et al. (2004), Liu et al. (2005), 宗克清等 (2005), Choi et al. (2008), Zheng et al. (2009), Hu et al. (2016), Zhao et al. (2017), Hu et al. (2019), Wei et al. (2019), Zhang et al. (2022). 紅星代表原始地幔(PM)的組成(McDonough and Sun, 1995)Fig.5 Major and trace element compositions of the Hannuoba peridotite and pyroxenite xenolithsThe peridotite and pyroxenite data from Song and Frey (1989), Tatsumoto et al. (1992), Zhang et al. (1998), Chen et al. (2001), Xu (2002), Rudnick et al. (2004), Liu et al. (2005), Zong et al. (2005), Choi et al. (2008), Zheng et al. (2009), Hu et al. (2016), Zhao et al. (2017), Hu et al. (2019), Wei et al. (2019), Zhang et al. (2022). The red star represents the composition of the primitive mantle (PM) from McDonough and Sun (1995)

石榴輝石巖常見(jiàn)的三種巖石成因包括：俯沖洋殼變質(zhì)作用(Yuetal., 2010)、巖漿堆晶作用(Leeetal., 2006; Downes, 2007)、熔體-橄欖巖相互作用(Rappetal., 1999)。由于洋殼中輝長(zhǎng)質(zhì)巖石中斜長(zhǎng)石含量高，因此經(jīng)俯沖洋殼變質(zhì)作用形成的輝石巖具有明顯的正Eu異常(Yuetal., 2010)。而漢諾壩石榴輝石巖無(wú)明顯Eu異常，因此可排除俯沖洋殼變質(zhì)成因。從巖相學(xué)角度，觀察到漢諾壩復(fù)合包體中石榴輝石巖與橄欖巖兩者呈漸變接觸關(guān)系。從橄欖巖至石榴輝石巖過(guò)渡區(qū)，橄欖巖含量逐漸降低，斜方輝石含量升高，表明斜方輝石形成的過(guò)程中橄欖石發(fā)生消耗(Liuetal., 2005)。另外，石榴石以含尖晶石核的石榴石和無(wú)尖晶石核的獨(dú)立石榴石顆粒兩種形態(tài)存在于巖石中。含尖晶石核的石榴石表現(xiàn)出石榴石逐漸取代尖晶石的趨勢(shì)，表明石榴石形成于后期且形成過(guò)程中消耗尖晶石(圖7a-d)。此外，漢諾壩石榴輝石巖具有相對(duì)高的Mg#和Ni含量，同時(shí)還明顯富集Pb、Sr和LILE，不同于典型的堆晶成因的輝石巖(Liuetal., 2005)。其中，石榴石單礦物凹型REE配分模式(La至Nd逐漸虧損，Nd至Lu逐漸富集；圖6c)明顯不同于典型的巖漿成因石榴石(La至Lu逐漸富集；Leeetal., 2006)。與橄欖巖中的單斜輝石相比，石榴輝石巖中單斜輝石具有更高的Ni含量(Chenetal., 2001; 宗克清等, 2005)，這一特征與熔體-橄欖巖反應(yīng)過(guò)程中橄欖石分解釋放出的Ni進(jìn)入新形成的輝石中相關(guān)(Kelemenetal., 1998)，同時(shí)熔體交代過(guò)程使得樣品富集Pb、Sr和LILE。近期Fe-Mg同位素研究表明漢諾壩石榴輝石巖具有明顯變化的Fe-Mg同位素組成，且礦物間Fe-Mg同位素不平衡分餾是由于熔體-巖石相互作用過(guò)程中Fe-Mg擴(kuò)散引起的(Huetal., 2016; Zhaoetal., 2017)。綜上，巖相學(xué)和地球化學(xué)證據(jù)表明漢諾壩石榴輝石巖為熔體-橄欖巖相互作用的產(chǎn)物。

圖6 漢諾壩橄欖巖和各類輝石巖包體的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)McDonough and Sun, 1995)

圖7 漢諾壩石榴輝石巖中石榴石-尖晶石對(duì)(a-d)以及粒間玻璃(e-f)的顯微照片(據(jù)Hu et al., 2016；Liu et al., 2010b)顯微照片示尖晶石逐漸被石榴石取代. Cpx-單斜輝石；Opx-斜方輝石；Grt-石榴石；Spl-尖晶石；IG-粒間玻璃；Kp-雜蝕鎂鋁榴石Fig.7 Photomicrographs of garnet-spinel pairs in the garnet pyroxenites from the Hannuoba (a-d) (from Hu et al., 2016 and Liu et al., 2010b)Photomicrographs show progressive replacement of spinel by garnet. Cpx-clinopyroxene; Opx-orthopyroxene; Grt-garnet; Spl-spinel; IG-interstitial glasses; Kp-kelyphite

漢諾壩石榴輝石巖中含有多期次年齡譜峰的鋯石，包括2.4～2.5Ga、1.6～2.2Ga、0.6～1.2Ga、315Ma、80～170Ma和48～64Ma(Liuetal., 2010b)。其中，前寒武紀(jì)鋯石為捕虜晶，來(lái)自于俯沖洋殼或拆沉下地殼，被硅質(zhì)熔體攜帶至石榴輝石巖中(Liuetal., 2010b)。另外，石榴輝石巖Sr-Nd同位素組成(圖8)也表明其形成過(guò)程中具有蝕變洋殼以及拆沉下地殼熔融形成的硅質(zhì)熔體的貢獻(xiàn) (Xu, 2002; Liuetal.,2010b)?！?15Ma鋯石具有典型的巖漿鋯石特征，記錄了洋殼來(lái)源的熔體滲入地幔橄欖巖形成石榴輝石巖并引起鋯石結(jié)晶的過(guò)程(Liuetal., 2010b)。Liuetal. (2010b)認(rèn)為80～170Ma階段引起熔體-橄欖巖相互作用的硅質(zhì)熔體可能是在華北克拉通巖石圈減薄期間拆沉的大陸地殼部分熔融產(chǎn)生的。另外，48～64Ma鋯石具有極高的REE、U、Th含量，結(jié)合礦物顆粒間碳酸鹽質(zhì)玻璃的存在，反映了一期碳酸鹽熔體或流體交代活動(dòng)(Liuetal., 2010b)。綜上所述，漢諾壩石榴輝石巖記錄了多期地殼來(lái)源的熔體-橄欖巖反應(yīng)過(guò)程且熔體來(lái)自于不同源區(qū)。

圖8 漢諾壩橄欖巖和各類輝石巖包體的全巖Sr-Nd同位素組成橄欖巖和輝石巖數(shù)據(jù)來(lái)自于Xu (2002), Rudnick et al. (2004), Hu et al. (2016), Zhao et al. (2017), Hu et al. (2019), Wei et al. (2019). 富集地幔Ⅰ(EMⅠ；皮特凱恩島)、富集地幔Ⅱ(EMⅡ；薩摩亞島)用于對(duì)比(http://georoc.mpch-mainz.gwdg.de/georoc)Fig.8 Whole-rock Sr-Nd isotopic compositions of the Hannuoba peridotite and pyroxenite xenolithsThe peridotite and pyroxenite data from Xu (2002), Rudnick et al. (2004), Hu et al. (2016), Zhao et al. (2017), Hu et al. (2019), Wei et al. (2019). The enriched mantle I (EMⅠ; Pitcairn islands), enriched mantle Ⅱ (Samoa islands) are shown for comparison (http://georoc.mpch-mainz.gwdg.de/georoc)

2.3 Cr-透輝石輝石巖

漢諾壩Cr-透輝石輝石巖主要組成礦物為斜方輝石和單斜輝石(Cr透輝石，手標(biāo)本尺度呈翠綠色)，含有少量橄欖石和尖晶石。漢諾壩Cr-輝石巖記錄的平衡溫度為831～1073℃(Chenetal., 2001; Zhaoetal., 2017; Weietal., 2019)。相比其他類型輝石巖，漢諾壩Cr-輝石巖整體具有一致且高的Mg#值(87～92)，與漢諾壩橄欖巖相當(dāng)(圖5a)。絕大部分Cr-輝石巖REE配分模式呈“平坦型”，少數(shù)樣品呈現(xiàn)出LRRE虧損型和LREE富集型，無(wú)明顯Eu異常(圖6e)。

圖9 漢諾壩Cr-輝石巖(a)和Al-輝石巖(b)薄片照片照片顯示出Cr-輝石巖和Al-輝石巖與橄欖巖的邊界是截然的Fig.9 Thin-section photographs of Hannuoba Cr-pyroxenite (a) and Al-pyroxenite (b)Photographs show that the boundaries between the two types of pyroxenite and peridotites are quite clear

漢諾壩Cr-輝石巖具有堆晶結(jié)構(gòu)，且復(fù)合包體中橄欖巖圍巖與Cr-輝石巖脈體邊界是截然的，不存在明顯的過(guò)渡反應(yīng)結(jié)構(gòu)(圖9a)。因此，漢諾壩Cr-輝石巖被認(rèn)為是幔源熔體的堆晶產(chǎn)物(Xu, 2002; Liuetal., 2005; Zhaoetal., 2017; Weietal., 2019)。Zhaoetal. (2017)基于單斜輝石微量元素組成以及單斜輝石與玄武質(zhì)熔體之間分配系數(shù)，獲得的平衡熔體呈現(xiàn)出HFSE虧損特征，明顯不同于寄主玄武巖。另外，大部分Cr-輝石巖的Sr-Nd同位素組成與形成于軟流圈地幔的漢諾壩橄欖巖相似(Zhaoetal., 2017)。因此，Cr-輝石巖被認(rèn)為是軟流圈地幔來(lái)源熔體的堆晶產(chǎn)物，而不是寄主玄武巖熔體的堆晶(Xu, 2002; Zhaoetal., 2017)。另外，少量Cr-輝石巖具有明顯的Pb富集和HFSE虧損特征以及富集的Sr-Nd同位素組成(圖6f、圖8)，表明其母巖漿具有少量大陸地殼成分的混入(Xu, 2002; Zhaoetal., 2017)。地殼成分可能來(lái)自于俯沖洋殼的上覆沉積物或拆沉的經(jīng)歷長(zhǎng)期演化的大陸下地殼(Xu, 2002; Zhaoetal., 2017)。

2.4 Al-普通輝石輝石巖

漢諾壩Al-普通輝石輝石巖主要組成礦物為斜方輝石和單斜輝石(Al-普通輝石，手標(biāo)本尺度呈黑色)，含有少量橄欖石和尖晶石。漢諾壩Al-輝石巖記錄的平衡溫度為822～977℃(Chenetal., 2001; Zhaoetal., 2017; Weietal., 2019)。相比交代成因的石榴輝石巖和堆晶成因的Cr-輝石巖而言，漢諾壩Al-輝石巖整體具有低的Mg#值(65～88)和高的FeOT含量(5.4%～14.5%)(圖5a)。漢諾壩Al-輝石巖蛛網(wǎng)圖可見(jiàn)明顯的Nb、Ta、Zr、Hf虧損特征，個(gè)別樣品具有輕微Eu異常(圖6g, h)。

漢諾壩Al-輝石巖具有堆晶結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有堆晶巖典型的“上凸型”REE配分模式，與漢諾壩Cr-輝石巖類似，復(fù)合包體中橄欖巖圍巖與Al-輝石巖脈體邊界也無(wú)過(guò)渡反應(yīng)結(jié)構(gòu)(圖9b)。因此，漢諾壩Al-輝石巖和Cr-輝石巖均為堆晶成因(Xu, 2002; Liuetal., 2005; Zhaoetal., 2017; Weietal., 2019)。然而，Al-輝石巖和Cr-輝石巖平衡熔體REE分配模式存在明顯差異(Zhaoetal., 2017)。此外，Al-輝石巖和Cr-輝石巖Sr-Nd同位素組成之間存在明顯差異，表明兩類輝石巖為不同地幔源區(qū)來(lái)源的巖漿堆晶巖，并非同一母巖漿不同演化階段的產(chǎn)物(Xu, 2002; Zhaoetal., 2017; Weietal., 2019)?；贏l-輝石巖虧損HFSE特征和富集的Sr-Nd同位素組成(圖8)，Xu (2002)和Zhaoetal. (2017)認(rèn)為Al-輝石巖是由混有不同比例的下地殼物質(zhì)的幔源熔體形成的堆晶產(chǎn)物。然而，Weietal. (2019)研究表明兩端元混合需要>50%比例的地殼物質(zhì)才能形成Al-輝石巖的Sr-Nd同位素組成，因此傾向于認(rèn)為Al-輝石巖富集的同位素組成特征是繼承于母巖漿的地幔源區(qū)，其地幔源區(qū)具有富集的大陸地殼物質(zhì)加入。

2.5 單斜輝石巖

先前研究通常將漢諾壩單斜輝石巖歸類成漢諾壩Al-輝石巖。由于單斜輝石巖具有明顯不同于Al-輝石巖的主、微量元素和同位素組成，因此，本文將其單獨(dú)歸于一類進(jìn)行探討。漢諾壩單斜輝石巖主要組成礦物為單斜輝石(>90%)，部分樣品含金云母和尖晶石。Huetal. (2019)通過(guò)單斜輝石溫度計(jì)以及Al配位數(shù)和礦物組成的間接方式約束獲得的漢諾壩單斜輝石巖平衡溫度和壓力分別為770～840℃和1.4～1.5GPa，對(duì)應(yīng)漢諾壩地區(qū)殼-幔過(guò)渡帶深度。漢諾壩單斜輝石巖相比于Al-輝石巖而言，具有明顯變化的Mg#值(79～90)、低的FeOT(2.9%～6.5%)、Cr(15×10-6～207×10-6)和Ni(15×10-6～45×10-6)含量以及更加富集的Sr-Nd同位素組成(圖5a, e, f、圖8)。單斜輝石巖REE配分模式呈現(xiàn)出LREE富集型，具有輕微Eu負(fù)異常(圖6i)。

關(guān)于漢諾壩單斜輝石巖成因，先前研究提出了不同的模型來(lái)解釋單斜輝石巖的元素和Sr-Nd-O-Mg同位素組成特征，包括堆晶成因、交代成因以及先堆晶后交代成因(宗克清等, 2005; Zhengetal., 2009; Huetal., 2016, 2019; Zhaoetal., 2017)。漢諾壩單斜輝石巖呈現(xiàn)出明顯變化的Ba/Th比(5.1～1190)。張崗嵐(2022)利用單斜輝石單礦物的Li/Y比和全巖Zn同位素組成與全巖Ba/Th比的相關(guān)性(圖10a, b)，表明全巖Ba/Th比是由不同程度熔/流體交代引起的，而不是不同程度金云母堆積或分解的結(jié)果。另外，單斜輝石巖Cr和Ni含量與Ba/Th比缺乏相關(guān)性表明低Cr和Ni為單斜輝石巖原有的特征。結(jié)合單斜輝石巖Rb/La、Th/Nb與Ba/Th比的相關(guān)性(圖10c, d)，推測(cè)漢諾壩單斜輝石巖為地幔低程度部分熔融的玄武質(zhì)熔體的堆晶巖，后期經(jīng)歷了不同程度的含水熔體交代(張崗嵐, 2022)。根據(jù)漢諾壩單斜輝石巖中挑選的鋯石U-Pb年齡分析，表明后期含水交代過(guò)程發(fā)生于～55Ma(張崗嵐, 2022)。單斜輝石巖除了具有極其富集的Sr-Nd同位素組成以外，還具有輕Mg同位素(δ26Mg：-1.51‰～-1.04‰)和重O同位素組成(δ18O：9.9‰～11.3‰)(Huetal., 2016, 2019; Zhaoetal., 2017)。上述地球化學(xué)特征表明漢諾壩單斜輝石巖地幔源區(qū)具有再循環(huán)的碳酸鹽和硅酸鹽沉積物成分的混入。 此外，單斜輝石巖δ66Zn(0.04‰～0.46‰)與含水熔體交代指標(biāo)(Rb/La、Ba/Th、K/U、Th/Nb)呈現(xiàn)出明顯的相關(guān)性(張崗嵐, 2022)，表明后期受到含碳酸鹽巖沉積物來(lái)源的含水熔體交代。綜上所述，漢諾壩單斜輝石巖記錄了兩期含碳酸鹽巖沉積物來(lái)源的熔體活動(dòng)。

圖10 漢諾壩單斜輝石巖的單斜輝石Li/Y(a)、全巖δ66Zn(b)、Rb/La(c)和Th/Nb(d)與全巖Ba/Th的關(guān)系變化圖(據(jù)張崗嵐,2022修改)單斜輝石巖數(shù)據(jù)來(lái)自于宗克清等(2005), Zheng et al. (2009), Hu et al. (2016, 2019), Zhao et al. (2017), 張崗嵐(2022)Fig.10 Plots of Li/Y in Cpx (a), whole-rock δ66Zn (b), Rb/La (c) and Th/Nb (d) againstwhole-rock Ba/Th for the Hannuoba clinopyroxenite (modified after Zhang, 2022)The clinopyroxenite data are from Zong et al. (2005), Zheng et al. (2009), Hu et al. (2016, 2019), Zhao et al. (2017), Zhang (2022)

3 地殼物質(zhì)再循環(huán)引起的大陸地幔不均一

地殼是地球上不相容元素的主要儲(chǔ)庫(kù)，例如，大陸地殼僅占硅酸鹽地球質(zhì)量的0.6%，但其不相容元素含量占地球總含量的20%～70%，包括一些放射性同位素體系的元素(Rb-Sr、Sm-Nd、U-Th-Pb、Lu-Hf等)(Rudnick and Gao, 2014)。因此，相比于原始地幔而言，地殼具有明顯高的不相容元素含量以及演化的Sr-Nd-Pb等同位素組成。當(dāng)富集的地殼物質(zhì)通過(guò)板片俯沖作用或下地殼拆沉作用等地質(zhì)過(guò)程加入至地幔時(shí)，會(huì)使得局部地幔巖石發(fā)生再富集作用，從而繼承地殼物質(zhì)的一些富集的元素和同位素組成信息。俯沖過(guò)程中，隨著俯沖深度的增加(即溫度和壓力升高)，來(lái)自板片的地殼物質(zhì)(如蝕變洋殼、沉積碳酸鹽巖、碎屑沉積物等)會(huì)以流體、熔體、超臨界流體或底辟體的形式遷移至上覆地幔楔(Kesseletal., 2005; Hermann and Rubatto, 2009; Behnetal., 2011; Marschall and Schumacher, 2012; Li and Ni, 2020)，從而改造地幔楔巖石的化學(xué)組成和物理性質(zhì)(如：熔點(diǎn)和氧逸度等)(Poli and Schmidt, 2002; Bénardetal., 2018; Heetal., 2020)。此外，地殼物質(zhì)也可隨著殘余板片俯沖至深部地幔中(Jacksonetal., 2007; Wangetal., 2017)。另外，由于榴輝巖密度高于橄欖巖，在加厚大陸地殼底部形成的榴輝巖可通過(guò)拆沉作用再循環(huán)至地幔中(Rudnick and Fountain, 1995; Gaoetal., 2004; Leeetal., 2006)。由于榴輝巖的熔融溫度低于橄欖巖，隨著拆沉的榴輝巖升溫發(fā)生熔融，會(huì)與周邊地幔橄欖巖發(fā)生反應(yīng)(Rappetal., 1999; Gaoetal., 2008)。

漢諾壩地區(qū)位于華北克拉通中部造山帶北緣，經(jīng)歷了晚古元古代華北克拉通東部陸塊和西部陸塊拼合、古亞洲洋板塊俯沖、以及太平洋板塊俯沖等地質(zhì)事件(Zhaoetal., 2001; Wuetal., 2019; Zhu and Xu, 2019)。這些地質(zhì)過(guò)程皆會(huì)引起地殼物質(zhì)再循環(huán)，可能會(huì)使得漢諾壩地區(qū)陸下地幔經(jīng)歷改造和再富集，呈現(xiàn)出局部地幔不均一特征。首先，從玄武巖角度來(lái)觀察漢諾壩地區(qū)深部軟流圈地幔和巖石圈底部記錄的再循環(huán)地殼物質(zhì)的成分信息。漢諾壩堿性玄武巖來(lái)自于深部軟流圈地幔頂部，源區(qū)為碳酸鹽化榴輝巖(Zouetal., 2022)。此外，堿性玄武巖后期在向上遷移至地表過(guò)程中與巖石圈地幔發(fā)生不同程度的相互作用，其記錄的碳酸鹽化榴輝巖特征被稀釋和掩蓋。碳酸鹽化榴輝巖在軟流圈頂部發(fā)生熔融可能是由先前存在的不含揮發(fā)分的榴輝巖被來(lái)自軟流圈深部的碳酸鹽熔體交代而觸發(fā)的，或碳在榴輝巖中以還原碳的形式存在，隨后被對(duì)流地幔攜帶至相對(duì)氧化的淺部地幔形成碳酸鹽化榴輝巖并發(fā)生熔融(Zouetal., 2022)。漢諾壩堿性玄武巖的研究結(jié)果表明俯沖的蝕變洋殼變質(zhì)形成的榴輝巖會(huì)加入至軟流圈地幔深度，引起軟流圈地幔巖性和成分的不均一；此外，軟流圈中的碳酸鹽化榴輝巖也可作為堿性玄武巖的源區(qū)，熔體向上遷移過(guò)程中會(huì)與巖石圈地幔發(fā)生相互作用，自身成分被改造的同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步影響巖石圈地幔巖石的化學(xué)組成(圖11a)。漢諾壩拉斑玄武巖來(lái)自于巖石圈地幔底部，其地幔源區(qū)為橄欖巖和少量輝石巖組成，具有少量再循環(huán)的古老洋殼和沉積物成分(>1Ga)的加入(Qianetal., 2015)。因此，這些古老的洋殼和沉積物成分極有可能是華北克拉通西部陸塊和東部陸塊拼合期間(～1.8Ga)加入至漢諾壩地區(qū)巖石圈地幔底部的。漢諾壩拉斑玄武巖的研究結(jié)果表明再循環(huán)的古老洋殼和沉積物成分會(huì)長(zhǎng)期穩(wěn)定存在于巖石圈地幔底部，未被周圍地幔所同化和稀釋，最后形成Sr-Nd-Pb同位素富集的地幔源區(qū)(圖11a)。

圖11 漢諾壩玄武巖和輝石巖成因模型概念圖以及記錄的地殼物質(zhì)再循環(huán)引起的大陸地幔不均一信息(a，據(jù)Zou et al., 2022修改)Fig.11 Cartoons of the petrogenesis of Hannuoba basalts and pyroxenites and recorded information on continental mantle heterogeneity caused by recycling of crustal materials (a, modified after Zou et al., 2022)

漢諾壩橄欖巖樣品的主、微量元素和Sr-Nd-Li-Ca同位素組成的研究表明橄欖巖受到不同程度和不同成分組成的熔/流體交代，包括蝕變洋殼來(lái)源的硅質(zhì)熔/流體以及沉積物來(lái)源的碳酸鹽熔體(Rudnicketal., 2004; Tangetal., 2007; Kangetal., 2016)。這些熔/流體可能通過(guò)洋殼及上覆沉積物俯沖變質(zhì)過(guò)程中脫揮發(fā)分作用直接形成，或者儲(chǔ)存于地幔中受后期熱事件干擾形成。淺部巖石圈地幔(<2.8GPa)主要以尖晶石相橄欖石為主(Robinson and Wood, 1998)，漢諾壩橄欖巖包體單礦物和全巖的地球化學(xué)分析表明漢諾壩地區(qū)淺部巖石圈地幔在厘米至微米尺度存在明顯的成分不均一特征，主要是由含地殼成分的熔/流體交代引起的(Rudnicketal., 2004; Tangetal., 2007; Kangetal., 2016)(圖11b)。

漢諾壩玄武巖攜帶的輝石巖包體類型豐富，包括石榴輝石巖、Cr-透輝石輝石巖、Al-普通輝石輝石巖和單斜輝石巖。雖然輝石巖在地幔整體中所占的比例較小，但是地幔中輝石巖直接證明了地?；瘜W(xué)成分不均一特征的存在(Downes, 2007; Tilhacetal., 2016)。另外，大多數(shù)情況下，輝石巖的形成過(guò)程中或多或少都具有地殼成分參與，如洋殼變質(zhì)以及俯沖板片和拆沉下地殼來(lái)源的熔/流體等(Yuetal., 2010; Zouetal., 2014; Montanini and Tribuzio, 2015; Svojtkaetal., 2016; Varas-Reusetal., 2018)。漢諾壩石榴輝石巖位于該地區(qū)巖石圈地幔淺部(1.2～2.1GPa)，常與橄欖巖形成復(fù)合包體(Liuetal., 2010b; Huetal., 2016; Zhaoetal., 2017)。漢諾壩石榴輝石巖巖相學(xué)以及地球化學(xué)證據(jù)表明其為熔體-橄欖巖相互作用的產(chǎn)物以及反應(yīng)的熔體是由俯沖的洋殼以及拆沉下地殼部分熔融形成的(Liuetal., 2005, 2010b; Huetal., 2016; Zhaoetal., 2017)。另外，石榴輝石巖中粒間玻璃也進(jìn)一步證明漢諾壩地區(qū)淺部巖石圈地幔中具有硅質(zhì)和碳酸鹽質(zhì)熔體活動(dòng)(Liuetal., 2010b)(圖7e, f、圖11b)。漢諾壩Al-輝石巖和單斜輝石巖來(lái)源深度相對(duì)石榴輝石巖更淺，大致形成于漢諾壩地區(qū)殼-幔過(guò)渡帶和巖石圈地幔頂部深度。漢諾壩Al-輝石巖的母質(zhì)巖漿來(lái)自于具有大陸地殼成分加入的富集地幔源區(qū)，而關(guān)于富集地幔源區(qū)的深度以及大陸地殼物質(zhì)加入的方式仍不清楚。不論如何，Al-輝石巖的研究表明來(lái)自富集地幔源區(qū)的熔體向上遷移過(guò)程中分離結(jié)晶過(guò)程會(huì)進(jìn)一步影響淺部巖石圈的成分均一性。漢諾壩單斜輝石巖記錄了來(lái)自于地幔源區(qū)以及后期交代介質(zhì)的富集地殼成分信息。漢諾壩單斜輝石巖的地幔源區(qū)具有富集的古老大陸上地殼以及碳酸鹽巖成分的加入，后期交代介質(zhì)為含碳酸鹽巖沉積物來(lái)源的含水熔體(張崗嵐, 2022)(圖11b)。另外，漢諾壩玄武巖中碳酸巖脈體也為漢諾壩地區(qū)大陸地幔中沉積物來(lái)源的碳酸鹽熔體活動(dòng)提供最直接的證據(jù)(Chenetal., 2016)。綜上所述，漢諾壩玄武巖以及橄欖巖和輝石巖包體表明軟流圈頂部至殼-幔邊界深度存在多來(lái)源及多成分的富集地殼物質(zhì)，包括蝕變洋殼、大陸下地殼、沉積碳酸鹽巖、碎屑沉積物等(圖11)，這些物質(zhì)的加入明顯影響了漢諾壩地區(qū)陸下地幔成分的均質(zhì)性，因此，漢諾壩地區(qū)陸下地幔的不均一的認(rèn)識(shí)為了解地殼物質(zhì)再循環(huán)提供了絕佳的窗口。

漢諾壩地區(qū)的玄武巖和地幔包體記錄的地幔深度未超過(guò)地幔過(guò)渡帶。而一些克拉通的金伯利巖以及攜帶的包體(如：金剛石等)可探究更深部地幔的成分均質(zhì)性。來(lái)自不同地幔深度(陸下巖石圈地幔—地幔過(guò)渡帶—下地幔)的金剛石中礦物包裹體氧同位素組成以及金剛石碳-氮同位素組成表明碳酸鹽化洋殼可俯沖至巖石圈至過(guò)渡帶深度(低于660km)，碳酸鹽化洋殼成分的加入會(huì)明顯影響巖石圈至過(guò)渡帶地幔深度的成分組成(Regieretal., 2020)。另外，金剛石中硫化物包裹體硫同位素分析表明<2.5Ga金剛石中硫化物具有S同位素非質(zhì)量分餾特征，表明俯沖開(kāi)啟后，大氣改造的淺表S同位素非質(zhì)量分餾特征并入大陸地幔中，并作為硫化物包裹體保存在金剛石中(Smitetal., 2019)。同時(shí)，金伯利巖也記錄了來(lái)自淺部沉積物的碳同位素組成特征(Giulianietal., 2022)。這些研究表明淺部沉積物和蝕變洋殼會(huì)進(jìn)一步影響深部地幔(直至地幔過(guò)渡帶)的元素和同位素組成，引起陸下地幔的成分不均一。

4 結(jié)語(yǔ)

漢諾壩玄武巖以及攜帶的橄欖巖和輝石巖包體表明該地區(qū)軟流圈頂部至殼-幔邊界深度中普遍存在不同來(lái)源的富集地殼物質(zhì)。俯沖板片將蝕變洋殼和上覆的沉積碳酸鹽巖和碎屑沉積物以及拆沉作用將榴輝巖相下地殼成分輸送至巖石圈和軟流圈地幔中，這些富集的地殼物質(zhì)加入引起漢諾壩地區(qū)陸下地幔發(fā)生不同程度的再富集和改造作用，使得陸下地幔的巖性和成分組成在微米至千米尺度呈現(xiàn)出明顯的不均一特征。由于漢諾壩地區(qū)經(jīng)歷了多期地質(zhì)構(gòu)造演化事件，因此，漢諾壩陸下地幔中富集地殼成分是以什么形式進(jìn)入地幔、何時(shí)進(jìn)入地幔等問(wèn)題目前還不清楚。

結(jié)合來(lái)自其他克拉通更深部地幔的金剛石及其礦物包裹體，表明大陸地幔中普遍存在富集的地殼成分。淺部地殼物質(zhì)的再循環(huán)過(guò)程是引起大陸地幔不均一性的重要因素。

致謝感謝郭鵬遠(yuǎn)副研究員以及另一位匿名評(píng)審人對(duì)本文提出的寶貴意見(jiàn)；感謝徐榮副研究員以及鄒宗琪博士在論文撰寫(xiě)過(guò)程中給予的幫助。