福建新生代玄武巖及其地幔包體的礦物學(xué)特征

摘要：

福建新生代玄武巖廣泛發(fā)育且攜帶了大量地幔包體，其礦物元素特征能夠反演巖石圈地幔性質(zhì)。本文對(duì)福建沿海的廈門及內(nèi)陸地區(qū)的明溪、閩清等地新生代玄武巖及其橄欖巖包體中的礦物進(jìn)行了電子探針、單斜輝石LA-ICP-MS微量元素和原位Sr同位素分析，

探究福建地區(qū)巖石圈地幔屬性特征及演化歷史。結(jié)果表明：玄武巖及其橄欖巖包體中單斜輝石主要為透輝石，橄欖巖包體根據(jù)礦物學(xué)特征分為A、B兩組，A組（Mg^#gt;90）代表了古老難熔巖石圈地幔，B組（Mg^#lt;90）代表了經(jīng)改造后年輕飽滿巖石圈地幔。A組橄欖巖包體中的單斜輝石高場強(qiáng)元素Nb、Ti輕微負(fù)異常，Hf、Zr、Ta強(qiáng)烈負(fù)異常。B組橄欖巖包體中的單斜輝石有所不同，高場強(qiáng)元素Zr、Hf輕微負(fù)異常，大離子親石元素Ba強(qiáng)烈負(fù)異常。玄武巖斑晶和基質(zhì)中的單斜輝石均呈現(xiàn)LREE富集、HREE虧損的特征，且單斜輝石斑晶邊部比核部虧損高場強(qiáng)元素Th、Nb，富集大離子親石元素Sr、Eu。橄欖巖包體中大部分A組和B組單斜輝石都經(jīng)歷了硅酸鹽熔體交代，少數(shù)A組單斜輝石介于硅酸鹽熔體交代和碳酸鹽熔體交代之間。單斜輝石原位Sr同位素范圍在0.702 57～0.703 67之間，大多單斜輝石邊部的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值比核部要高，可能受到了高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值物質(zhì)交代作用。福建橄欖巖包體很可能代表的是太平洋板塊俯沖軟流圈地幔經(jīng)歷減壓上升后新改造的巖石圈地幔。

關(guān)鍵詞：

新生代玄武巖；橄欖巖包體；礦物學(xué)；原位Sr同位素；巖石圈地幔

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230304

中圖分類號(hào)：P588.145

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Mineralogical Characteristics of Cenozoic Basalts and Mantle Xenoliths in Fujian： Constraints on "Properties of "Lithospheric Mantle

Yan Xue， Wang Liyuan， Chen Zhouxin， Zhang Wenhui

Zijin School of Geology and Mining， Fuzhou University，F(xiàn)uzhou 350108，China

Abstract：

The Cenozoic basalts in Fujian are widely developed and contain abundant mantle xenoliths， whose mineralogical characteristic provide insights into the properties of lithospheric mantle. This study conducted electron microprobes， clinopyroxene LA-ICP-MS trace element， and in-situ Sr isotopes analyses on the minerals in Cenozoic basalts and peridotite xenoliths from Xiamen along the Fujian coast， as well as Mingxi and Minqing in the inland region. The results indicate that the clinopyroxenes in both basalt and peridotite xenoliths are predominantly diopside. The peridotite xenoliths are divided into two groups based on mineralogical characteristics： Group A （Mg^# gt; 90）， representing an ancient， refractory lithospheric mantle， and Group B （Mg^#"lt; 90）， representing a younger， modified enriched lithospheric mantle. Group A clinopyroxene exhibit slight negative anomalies in high-field strength elements Nb and Ti， and strong negative anomalies in Hf， Zr， and Ta. In Group B peridotite， clinopyroxene shows differences， with slightly negative anomaly in high high-field strength elements Zr and Hf and a pronounced negative anomaly in the large ion lithophile element Ba. The clinopyroxene in both the phenocrysts and matrix of the basalt exhibits LREE enrichment and HREE depletion， with the rims showing greater depletions in high-field strength elements Th and Nb compared to the cores， along with enrichments in large ion lithophile elements Sr and Eu. Most clinopyroxenes in both Group A and Group B xenoliths have experienced silicate melt metasomatism， while a few Group A clinopyroxene suggest a mix between silicate and carbonate melt metasomatism. In-situ Sr isotope ratios for clinopyroxene range from 0.702 57 to 0.703 67， with most rims showing higher ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios than the cores， like due to interaction with materials of higher ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios. The Fujian peridotite probably represents a newly modified lithospheric mantle of the Pacific plate subduction asthenosphere mantle， following decompression ascent.

Key words：

Cenozoic basalts; peridotite xenoliths; mineralogy; in-situ Sr isotope; lithospheric mantle

0"引言

中國東南部中生代至新生代廣泛出露堿性玄武巖，且攜帶了大量橄欖巖包體及輝石等巨晶。玄武巖及其攜帶的深部包體是來自地球深部的“探針”，對(duì)其成分及顯微構(gòu)造的研究可以為巖石圈地幔屬性提供最為直接的信息和證據(jù)^[1-3]。玄武巖及其地幔包體性質(zhì)可揭示新生代中國東南部地幔的演化過程。前人研究表明新生代玄武巖在東南沿海及閩中、閩西等地區(qū)發(fā)育，主體起源于軟流圈地幔，與洋島玄武巖有相似的地球化學(xué)特征，且有少量富集地幔Ⅱ富集^[4-7]。福建堿性玄武巖攜帶的橄欖巖包體主要反映年輕飽滿的巖石圈地幔性質(zhì)。福建尖晶石二輝橄欖巖包體部分熔融程度（lt; 5%）較方輝橄欖巖包體部分熔融程度（10%～20%）低，反映尖晶石方輝橄欖巖經(jīng)歷了更高程度的熔融。福建橄欖巖包體中部分方輝橄欖巖樣品經(jīng)歷了碳酸鹽熔體交代作用，而其余均經(jīng)歷了硅酸鹽熔體交代作用^[5]，交代作用的形成可能與古太平洋板塊俯沖有關(guān)。包體的礦物學(xué)及地球化學(xué)特征指示寄主玄武巖和單斜輝石可能經(jīng)歷了熔體-橄欖巖反應(yīng)^[8]。巖石圈地幔經(jīng)歷的部分熔融和交代作用多期且復(fù)雜，因此巖石圈地幔在多階段俯沖背景下是如何演化的仍需進(jìn)一步的研究探討。本文擬通過對(duì)福建地區(qū)新生代堿性玄武巖及其橄欖巖包體中的礦物主量元素、單斜輝石微量元素及原位Sr同位素的研究，揭示福建地區(qū)巖石圈地幔屬性特征及演化歷史。

1"地質(zhì)背景與巖相學(xué)特征

福建省地處歐亞大陸板塊東南緣，瀕臨太平洋板塊，華南褶皺系東部，元古宙以來經(jīng)歷了不同地體拼貼，形成前震旦系變質(zhì)基底，后又經(jīng)歷了加里東、華力西—印支、燕山及喜馬拉雅等四個(gè)構(gòu)造旋回。全省地層發(fā)育較齊全，各時(shí)代侵入巖、火山巖均很發(fā)育，受多期次構(gòu)造及巖漿活動(dòng)影響，斷裂構(gòu)造也非常發(fā)育（圖1），一些規(guī)模較大的斷裂表現(xiàn)為長期性、繼承性多旋回，構(gòu)造巖漿作用強(qiáng)烈^[9]。在第三紀(jì)末期，玄武巖在東南沿海及閩中、閩西等部分地區(qū)發(fā)育，閩清地區(qū)主要發(fā)育在洋桃和桃灣等地（圖1b），閩西明溪境內(nèi)中部NE向和NW向斷裂構(gòu)造再次復(fù)活，在翠竹洋—大洋窠噴溢基性—超基性玄武巖（圖1c）。福建新生代玄武巖歸屬佛曇組，從內(nèi)陸到沿海均有分布。從西部向東部堿性逐漸減弱，玄武巖沿NE向斷裂帶分布，堿性玄武巖大多攜帶地幔包體，在西部的明溪和中部的閩清新生代玄武巖均發(fā)育豐富的橄欖巖包體，主要為尖晶石相橄欖巖。

玄武巖樣品采自福建廈門、明溪和閩清（圖1、圖2），發(fā)育柱狀節(jié)理構(gòu)造（圖2a、b），巖石為灰黑色，塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為間粒結(jié)構(gòu)（圖3a）、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖3b），斑晶為橄欖石、單斜輝石，部分巖石可見粒徑為1～2 cm的暗黑色單斜輝石巨晶（圖2c）。玄武巖中普遍含有橄欖巖包體（圖2d、e、f），呈綠色、黃綠色，具塊狀構(gòu)造，包體粒徑為3～20 cm。

橄欖巖包體主要為尖晶石二輝橄欖巖，二輝橄欖巖包體中的單斜輝石發(fā)育反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)（圖3c）。二輝橄欖巖包體中的橄欖石偶見肯克帶結(jié)構(gòu)（圖3d），發(fā)育環(huán)狀裂紋，沿裂紋發(fā)育蛇紋石化（圖3e）、滑石化構(gòu)成網(wǎng)狀細(xì)脈結(jié)構(gòu)，有些橄欖石被蝕變通道貫穿，發(fā)育港灣溶蝕結(jié)構(gòu)，且包橄結(jié)構(gòu)較為常見（圖3f）。二輝橄欖巖包體中尖晶石單偏光下呈褐色，正交偏光下呈黑色，自形程度差，充填在其他礦物之間（圖3e）；單斜輝石兩組完全解理近于直交，產(chǎn)狀以原生粒狀、熔融殘余形式出現(xiàn)；橄欖石和輝石之間出現(xiàn)三聯(lián)點(diǎn)結(jié)構(gòu)（圖3g），這表明經(jīng)歷了重結(jié)晶，達(dá)到平衡狀態(tài)；有的單斜輝石與其他礦物邊界清晰（圖3g），還有部分單斜輝石發(fā)育海綿邊結(jié)構(gòu)（圖3h）。部分二輝橄欖巖包體中金云母呈脈狀形式產(chǎn)出（圖3i）。

2"分析方法

礦物成分分析在福州大學(xué)礦產(chǎn)資源研究中心實(shí)驗(yàn)室使用JEOL JXA-8230 電子探針測試完成。實(shí)驗(yàn)電壓設(shè)定為15 kV，電流為20 nA，分析束斑為5 μm，Si、Al、Cr、Fe、Mg、Ca 和 K元素特征峰的測量時(shí)間為10 s，Ti、Mn、Na 和 Ni元素特征峰的測量時(shí)間為20 s，上下背景的測量時(shí)間分別是峰測量時(shí)間的一半。X-射線強(qiáng)度使用ZAF校正法進(jìn)行校正。SPI 標(biāo)準(zhǔn)礦物作為實(shí)驗(yàn)標(biāo)樣，詳細(xì)實(shí)驗(yàn)條件描述見文獻(xiàn)[10]。

a. 玄武巖基質(zhì)由橄欖石、單斜輝石、斜長石組成間粒結(jié)構(gòu)；b. 玄武巖斑晶自形程度好，基質(zhì)為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)；c. 玄武巖中單斜輝石發(fā)育反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)；d. 二輝橄欖巖包體中橄欖石發(fā)育肯克帶結(jié)構(gòu)；e. 二輝橄欖巖包體中尖晶石單偏光下呈褐色，橄欖石沿裂紋發(fā)育蛇紋石化；f. 二輝橄欖巖包體中斜方輝石發(fā)育席勒構(gòu)造，斜方輝石包裹著橄欖石（包橄結(jié)構(gòu)）； g. 二輝橄欖巖包體中橄欖石與輝石形成三聯(lián)點(diǎn)結(jié)構(gòu)；h. 二輝橄欖巖包體中單斜輝石發(fā)育海綿邊結(jié)構(gòu)；i.二輝橄欖巖包體中金云母呈脈狀產(chǎn)出。Ol. 橄欖石；Cpx. 單斜輝石；Pl. 斜長石；Sp. 尖晶石；Srp. 蛇紋石；

Opx. 斜方輝石；Phl. 金云母。

單斜輝石微量元素及原位Sr同位素是在詳細(xì)的鏡下巖相學(xué)觀察基礎(chǔ)上，在探針片上選點(diǎn)進(jìn)行原位測試，分析單位為武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司，單斜輝石微區(qū)原位微量元素分析用激光剝蝕系統(tǒng)GeoLas HD，等離子體質(zhì)譜儀為Agilent 7900，激光能量80 mJ，頻率5 Hz，激光束斑直徑44 "μm。具體分析條件及流程詳見文獻(xiàn)[11]。微量元素校正標(biāo)準(zhǔn)樣品：NIST 610、BHVO-2G、BIR-1G、BCR-2G、GSE-1G。以上樣品均為國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，數(shù)據(jù)的離線處理采用軟件ICPMSDataCal完成。

微區(qū)單斜輝石Sr同位素分析使用LA-MC-ICP-MS完成，激光剝蝕系統(tǒng)為Geolas HD，MC-ICP-MS為Neptune Plus。8個(gè)法拉第杯被同時(shí)用于接收Kr、Rb、Er++、Yb++和Sr的離子信號(hào)，分析束斑為120 μm，激光剝蝕速率為8 Hz，激光能量密度固定在約10.0 J/cm²。分析結(jié)果采用Iso-Compass進(jìn)行數(shù)據(jù)處理^[12]。

3"分析結(jié)果

3.1"礦物主量元素特征

二輝橄欖巖包體中橄欖石含有高w（NiO）（0.21%～0.55%）、低w（CaO）（lt;0.1%），w（MnO）為0.09%～0.17%（表1），Mg^#（100Mg/（Mg+ Fe）， 摩爾比）分布于88.7～90.6之間，Mg^#與w（MnO）、w（CaO）投圖，樣品均落在飽滿區(qū)域附近（圖4a、b），Mg^#與w（NiO）呈現(xiàn)輕微負(fù)相關(guān)（圖4c）。橄欖石具有均一的低Mg^#（88～91），主體為飽滿型的地幔橄欖巖特征，部分具有過渡型地幔橄欖巖性質(zhì)。包體可根據(jù)橄欖石的Mg^#分為A、B兩組（A組Mg^#gt;90，B組Mg^#lt; 90）。其中閩清的洋桃、明溪的翠竹洋的Mg^#在90～91之間，而閩清的桃灣和明溪的翰仙Mg^#小于90。

二輝橄欖巖包體中尖晶石具有相對(duì)均一的組成，其Cr^#分布在7.6～19.3之間，Mg^#范圍處于72.7～77.8之間，w（TiO₂）為0.00%～0.37%（表2）。當(dāng)尖晶石Cr^#處于10～60之間時(shí)，據(jù)Hellebrand等^[13]提出的熔融程度計(jì)算公式F=10ln（Cr^#/100）+24，計(jì)算所得樣品的熔融程度較低，在2.8～7.5之間。通過尖晶石Mg^#與Cr^#投圖，樣品均落在飽滿區(qū)域（圖4d），表明福建明溪、閩清地區(qū)橄欖巖包體均來自年輕的、飽滿的巖石圈地幔。尖晶石的Cr^#與w（TiO₂）之間呈正相關(guān)關(guān)系（圖4e），且熔融程度均處在10%附近，屬于低程度部分熔融（圖4f）。

玄武巖和二輝橄欖巖包體中單斜輝石多數(shù)為透輝石，存在少量普通輝石、頑透輝石和次透輝石（圖5）。單斜輝石的Cr^#能反映地幔橄欖巖的部分熔融程度。橄欖巖包體中單斜輝石Cr^#變化范圍較大，難熔和飽滿橄欖巖的區(qū)域引自文獻(xiàn)[14]；部分熔融趨勢參數(shù)來源于文獻(xiàn)[15]。

為4.3～16.3，w（Al₂O₃）為3.79%～7.09%，w（CaO）為18.69%～22.69%，w（Na₂O）為0.57%～1.91%（表3），w（Al₂O₃）、w（CaO）、w（Na₂O）與Cr^#呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖6a、b、c）。二輝橄欖巖包體中單斜輝石Mg^#介于89.7～92.8之間，w（TiO₂）為0.09%～0.49%

（表3），且w（Al₂O₃）與Mg^#呈現(xiàn)相En=Mg/（Mg+ Fe²⁺+ Ca），頑火輝石；Fs=Fe²⁺/（Mg+ Fe²⁺+ Ca），鐵輝石；Wo=Ca/（Mg+ Fe²⁺+ Ca），硅輝石。

對(duì)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖6d），w（CaO）與Mg^#呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖6e），w（TiO₂）與Mg^#之間呈現(xiàn)相對(duì)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖6f）。單斜輝石的Al^VI/Al^IV值均在0.5～4.0之間（圖7），且均處于榴輝巖范圍附近，形成于高壓環(huán)境，處于大陸橄欖巖而非洋中脊橄欖巖區(qū)域。

福建新生代玄武巖中的單斜輝石Mg^#變化范圍較大（73.2～91.4），w（Al₂O₃）為2.30%～9.07%，w（CaO）為16.54%～24.44%，w（MnO）較低，在0.07%～0.19%之間（表4），單斜輝石的w（Al₂O₃）與Mg^#之間無明顯相關(guān)性（圖8a），w（CaO）與Mg^#呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖8b），而w（MnO）與Mg^#之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢（圖8c）。此外，橄欖石Mg^#變化范圍也較大，為59.3～90.6（表1），w（MnO）為0.12%～0.56%，w（NiO）為0.01%～0.42%，w（SiO₂）為36.63%～41.11%，且w（MnO）與Mg^#之間明顯負(fù)相關(guān)（圖8d），w（NiO）、w（SiO₂）與Mg^#之間明顯正相關(guān)（圖8e、f）。

3.2"單斜輝石微量元素及 Sr 同位素特征

根據(jù)單斜輝石微量元素繪制微量元素蛛網(wǎng)圖和稀土元素配分圖，如圖9所示。A組二輝橄欖巖包體中的單斜輝石高場強(qiáng)元素Nb、Ti輕微負(fù)異常，Hf、Zr、Ta明顯負(fù)異常，重稀土元素平坦，輕重稀土元素分異明顯，總稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大（（9.03～112.63）×10^-6）（表5，圖9a、d）。B組總稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（19.02～41.41）×10^-6，明溪地區(qū)樣品（La/Yb）_N lt;1（0.28～0.80），而閩清地區(qū)樣品（La/Yb）_N gt;1（3.91～7.36），高場強(qiáng)元素Nb、Zr、Hf、Ti輕微負(fù)異常，大離子親石元素Ba強(qiáng)烈負(fù)異常（圖9b、e）。玄武巖中的斑晶和基質(zhì)的單斜輝石稀土元素圖呈右傾趨勢，LREE富集，HREE虧損，斑晶總稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40×10^-6左右，基質(zhì)總稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為400×10^-6，玄武巖中單斜輝石斑晶邊部比核部虧損高場強(qiáng)元素Th、Nb，富集大離子親石元素Sr、Eu（圖9c、f）。

二輝橄欖巖包體中單斜輝石原位Sr同位素⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值整體偏低（表5），范圍在0.702 57～0.703 67之間，個(gè)別樣品達(dá)到0.712 27，Rb/Sr值較小，范圍為0～0.07。

3.3"平衡溫度

平衡溫度指的是橄欖巖在被玄武巖捕獲的時(shí)候巖石圈地幔的溫度狀態(tài)。樊祺誠等^[17]測得明溪尖晶石/石榴石二輝橄欖巖溫度為1 058 ℃，壓力為2.05 GPa，深度為66 km；閩清石榴石二輝橄欖巖溫度為1 199 ℃，壓力為2.36 GPa，深度為76 km。據(jù)此劃分了巖石圈地幔的分層，莫霍面以下為尖晶石二輝橄欖巖。估算包體形成溫度的基本原理是以共生礦物對(duì)元素分配的實(shí)驗(yàn)資料為基礎(chǔ)，由于本區(qū)包體中共存兩種輝石——單斜輝石和斜方輝石，故可用輝石的地質(zhì)溫度計(jì)來進(jìn)行計(jì)算。尖晶石相橄欖巖通常穩(wěn)定存在于0.8～2.5 GPa環(huán)境中^[18]，其形成時(shí)的準(zhǔn)確壓力值較難用壓力計(jì)計(jì)算，研究選取前人研究所用的壓力值1.5 GPa為參考值^[19]。一般Brey等^[20]的溫度計(jì)具有較好的溫度標(biāo)定功能，比較適合Mg^#比較高（gt;80）的橄欖巖包體，利用Brey等^[20]方法中的二輝石溫度計(jì)與斜方輝石鈣溫度計(jì)分別計(jì)算了福建閩清、明溪地區(qū)橄欖巖包體的形成溫度。福建橄欖巖包體的二輝石與斜方輝石鈣溫度計(jì)的計(jì)算范圍分別為861.55～1 114.39和662.06～1 053.38 ℃（表6），不同溫度計(jì)誤差50～200 ℃，大多數(shù)二輝石溫度計(jì)溫度都要高于斜方輝石鈣溫度計(jì)，這通?？梢酝ㄟ^所使用溫度計(jì)的不確定度及輝石對(duì)之間的不平衡來解釋。

4"討論

4.1"巖石圈地幔屬性特征

橄欖石的Mg^#能夠指示巖石圈地幔飽滿與虧損程度，能夠在一定程度上指示巖石圈地幔的性質(zhì)及其經(jīng)歷的演化過程^[21]。當(dāng)橄欖石Mg^#＞92時(shí)表示地幔難熔，小于90時(shí)表示地幔飽滿，在90～92之間則為過渡型地幔。在福建玄武巖所捕獲的二輝橄欖巖包體中，閩清的洋桃、明溪的翠竹洋的Mg^#在90～92之間，為過渡型地幔；而閩清的桃灣和明溪的翰仙Mg^#＜90，表示其地幔年輕飽滿。Liu等^[5]測得明溪橄欖巖包體形成時(shí)代從古元古代到顯生宙（TRD（Re虧損年齡）lt; 1.79 Ga）也證實(shí)了這一點(diǎn)。

部分熔融作用和地幔交代作用蘊(yùn)含著有關(guān)大陸巖石圈地幔成分以及演化的重要信息，巖石圈地幔的性質(zhì)（飽滿/難熔）可以通過橄欖巖包體的礦物含量以及礦物的主、微量元素特征來判別^[22-23]。在各種地幔作用過程中，橄欖巖， 特別是其中的富鋁礦物（尖晶石）、單斜輝石中會(huì)留下不同的地球化學(xué)痕跡。單斜輝石微量元素可反映部分熔融、交代作用等深部地幔過程^[24]，其中部分熔融會(huì)導(dǎo)致橄欖巖中不相容元素（輕稀土元素等）的虧損，地幔交代作用會(huì)導(dǎo)致不相容元素的富集^[25]。

二輝橄欖巖包體中橄欖石Mg^#與w（MnO）呈正相關(guān)關(guān)系，單斜輝石Mg^#與w（Al₂O₃）呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，這表明二輝橄欖巖包體經(jīng)歷了不同程度的部分熔融。部分單斜輝石呈現(xiàn)向上凸的稀土元素分布模式（圖9d），它與富集輕稀土元素的熔體接近平衡，表明在部分熔融之后發(fā)生了二次熔體滲透^[26]。在閩清橄欖巖一些單斜輝石的邊緣出現(xiàn)了海綿狀紋理，而且單斜輝石的邊部比原生單斜輝石核部具有更低的w（Na₂O）和w（Al₂O₃），更高的w（CaO），更高或者更低的w（Rb），理論上部分熔融可以顯著降低殘余橄欖巖中的Rb/Sr值，降低w（Al₂O₃）、w（Na₂O），使得殘余橄欖巖的w（Al₂O₃）、w（Na₂O）較低，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的放射性較低。這也證實(shí)了熔體滲透與單斜輝石發(fā)生不一致熔融。此外，流體-巖石相互作用導(dǎo)致流體可移動(dòng)元素的損失或增加^[27]，高度不相容和可流動(dòng)的元素（如Rb）可能比流動(dòng)性較差的元素（如Nb）更容易受到玄武巖風(fēng)化的影響^[28]。故單斜輝石斑晶邊部與核部Rb質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異也可能是流體-巖石相互作用所致。

一些相對(duì)不活動(dòng)組分，如Y和HREE不受后期交代作用的影響，因而可以較好地反映橄欖巖經(jīng)歷的熔融程度。將單斜輝石Y和Yb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與模擬的部分熔融趨勢進(jìn)行比較，大多尖晶石二輝橄欖巖均沿熔融趨勢分布，A組單斜輝石熔融程度均在1%～3%之間，而部分B組單斜輝石（明溪）熔融程度＜1%，另一部分（閩清）熔融程度在15%～20%之間，表明閩清地區(qū)單斜輝石經(jīng)歷了較高程度的部分熔融。此外，A組單斜輝石都呈現(xiàn)HREE平坦的特征，而B組閩清地區(qū)HREE虧損，表明閩清二輝橄欖巖經(jīng)歷了高程度的熔體抽取，這與橄欖巖包體中單斜輝石Yb_N-Y_N圖解（圖10）一致。有一些樣品偏離熔融程度曲線，這可能是一定程度的交代作用在包體的演化歷史中發(fā)揮了一定的作用。

4.2"巖石圈地幔交代作用

地幔交代作用是地幔熔體與地幔圍巖發(fā)生反應(yīng)，使得地幔組分發(fā)生改變（隱性交代）或有新的礦物生成（顯性交代）的作用。顯性交代會(huì)有特征礦物產(chǎn)出，如含水礦物金云母、角閃石等^[30]。參與地幔交代作用的熔體/流體主要來自軟流圈、俯沖的大洋板片、俯沖的大陸地殼或者再循環(huán)的殼源物質(zhì)^[31-33]。單斜輝石的微量元素可指示地幔交代作用是否發(fā)生，以及交代作用類型和交代介質(zhì)性質(zhì)。一些高度不相容元素，活動(dòng)性高因而易于進(jìn)入熔體，其含量高低能夠反映地幔交代作用的性質(zhì)。Ti對(duì)于俯沖帶中殼幔作用具有高度靈敏性，而 Zr、Hf離子半徑及電荷相似，化學(xué)行為亦相似，通常不會(huì)發(fā)生顯著分餾^[34]。

根據(jù)單斜輝石Zr/Hf-Ti/Eu圖解（圖11a），福建明溪、閩清的橄欖巖包體均位于硅酸鹽熔體交代作用范圍內(nèi)，Zr/Hf值較低。一般經(jīng)歷了碳酸鹽熔體交代作用的單斜輝石都具有高的Zr/Hf值（gt;38）^[37]，本文單斜輝石除明溪3個(gè)樣品外，其他Zr/Hf值均lt; 38，表明可能極少經(jīng)歷碳酸鹽熔體交代。單斜輝石的（La/Yb）_N-Ti/Eu圖（圖11b）也可以判斷發(fā)生的是碳酸鹽熔體還是硅酸鹽熔體交代，在碳酸鹽體系中Ti比Eu更傾向于進(jìn)入單斜輝石礦物相，Ti/Eu 值普遍lt; 1 500，這表明經(jīng)歷了碳酸鹽熔體交代^[38]。本文橄欖巖包體中的大部分A組和B組單斜輝石都落在了硅酸鹽熔體交代范圍內(nèi)，表現(xiàn)出Ti/Eu值（3 549～6 870）較大、（La/Yb）_N值（0.10～12.23）較小的特征，而A組明溪地區(qū)單斜輝石處于硅酸鹽熔體交代和碳酸鹽熔體交代的過渡區(qū)。此外，稀土元素呈勺型分布的單斜輝石表現(xiàn)出明顯的Th正異常和Nb、Ta、Zr、Hf、Ti負(fù)異常（圖9a、b），其交代物質(zhì)可能是來自軟流圈地幔的小體積硅酸鹽熔體^[39]。明溪、閩清橄欖巖中存在角閃石和富含K₂O的金云母，認(rèn)為其經(jīng)歷的是含水富鉀、富鐵硅酸鹽熔體交代。

起源于再循環(huán)洋殼或陸殼的熔體/流體引起的交代作用不僅會(huì)造成LREE和LILE的富集，還會(huì)改變Sr、Li、Pb同位素的組成^[40-42]。單斜輝石的原位Sr同位素測定已被證明是一種有用的示蹤劑，可以確定巖石圈地幔交代物質(zhì)的來源^[43]。本次對(duì)福建明溪、閩清橄欖巖包體中的單斜輝石做了原位Sr同位素，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值處于0.702 57～0.703 67之間，表現(xiàn)為高非放射性Sr（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr lt; 0.704 5）單斜輝石，和華北克拉通晚白堊世和新生代橄欖巖包體中的單斜輝石相似^[44]。大多單斜輝石邊部的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值比核部要高，均低于原始地幔值，表明滲透熔體Sr同位素組成虧損。此外，Sr同位素組成變化不顯著，與MORB的Sr同位素組成重疊，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值與1/Sr值呈負(fù)相關(guān)趨勢（圖12），這可能是⁸⁷Sr部分熔融導(dǎo)致的。

華夏地塊自中二疊世以來一直是一個(gè)活躍的大陸邊緣^[45]，福建橄欖巖受到多種因素的交代作用，這種交代作用可能普遍存在于華夏地塊沿海地區(qū)下方的大陸巖石圈地幔中^[46]，且可能與古太平洋板塊向西俯沖有關(guān)。福建地區(qū)不均勻的Li同位素特征，可能代表了上涌的軟流圈物質(zhì)向大陸改造^[47]，交代作用以及上涌的軟流圈可能對(duì)福建下地?；瘜W(xué)成分的改變起了重要作用。

4.3"福建巖石圈地幔演化機(jī)制

中國東部巖石圈減薄目前已被公認(rèn)， 但對(duì)于其減薄機(jī)制存在很大爭議。主流的減薄機(jī)制包括：軟流圈上涌-地幔置換模式，強(qiáng)調(diào)軟流圈輕物質(zhì)上涌為主因，同時(shí)伴隨著殘留巖石圈碎塊下降，側(cè)重化學(xué)過程；巖石圈拆沉模式，強(qiáng)調(diào)巖石圈地幔甚至包括部分下地殼重物質(zhì)下沉為主因，共同拆沉，側(cè)重物理過程^[46]。中國東部新生代玄武巖是軟流圈大面積上涌的直接證據(jù)，也是巖石圈-軟流圈相互作用誘發(fā)的巖漿結(jié)晶產(chǎn)物，這一事件發(fā)生的時(shí)間應(yīng)該是巖石圈減薄的主要時(shí)期。

福建巖石圈厚度總體西厚東薄，西部巖石圈厚度約為130 km，向東部逐漸抬升到100 km。新生代以來南海北緣巖石圈減薄，早期的巖石圈厚度大阻礙了軟流圈的熔融，巖漿的主要來源是巖石圈內(nèi)部的易熔富集組分，軟流圈熔融只存在于石榴石相穩(wěn)定區(qū)，晚新生代時(shí)期巖石圈顯著減薄，故軟流圈發(fā)生熔融，此時(shí)地幔熔融主要發(fā)生在尖晶石-石榴石共存區(qū)以及更淺的尖晶石相區(qū)。本次所采集的明溪和閩清的橄欖巖包體樣品含有尖晶石，表明其來源于較淺（56～80 km）的地幔巖石圈^[48]。

華南板塊在古生代至侏羅紀(jì)晚期仍處于由板塊回撤引發(fā)的拉伸環(huán)境^[49-50]。而晚白堊世末—古近紀(jì)，古太平洋板塊消減作用逐漸終止，取而代之的是軟流圈上涌參與巖石圈地幔改造，持續(xù)的侵蝕和反應(yīng)導(dǎo)致先存巖石圈地幔被上涌軟流圈置換引發(fā)巖石圈的大幅減薄，在此過程中古老巖石圈地幔逐漸被新生的地幔所置換而形成了增生的巖石圈地幔^[51]。不過古老巖石圈地幔至今仍有部分殘留，如新生代玄武巖中仍然含有方輝橄欖巖包體。太平洋板塊俯沖導(dǎo)致軟流圈物質(zhì)上涌，巖石圈斷裂處為上升的流體提供通道，是巖石圈地幔改造的優(yōu)先發(fā)生區(qū)域^[14]。新生代以來，軟流圈上涌導(dǎo)致巖石圈地幔侵蝕移動(dòng)至福建地區(qū)，形成一系列的盆嶺構(gòu)造^[52]，全區(qū)深斷裂發(fā)育，明溪處于政和—紹興深斷裂帶上，閩清處于邵武—閩清大斷裂帶上。通過計(jì)算，福建新生代玄武巖所攜帶的橄欖巖包體溫度在1 115 ℃以下，普遍低于軟流圈溫度（1 280 ℃以上）^[53]，因此福建橄欖巖很可能代表的是軟流圈地幔經(jīng)歷減壓上升后新增生的巖石圈地幔。

5"結(jié)論

1）福建地區(qū)新生代玄武巖所攜帶的地幔包體巖石類型主要為尖晶石二輝橄欖巖，主體為飽滿型巖石圈地幔，部分為過渡型巖石圈地幔。

2）二輝橄欖巖包體中的單斜輝石多樣的微量元素配分模式以及Sr同位素組成特征，揭示了福建巖石圈地幔經(jīng)歷了與洋殼俯沖相關(guān)的富水硅酸鹽交代，在一些單斜輝石的邊緣，出現(xiàn)了海綿狀紋理，且邊部與核部成分組成差異，表明可能是硅酸鹽熔體滲透引發(fā)單斜輝石不一致熔融及寄主玄武巖漿與單斜輝石間的熔體-橄欖巖反應(yīng)。

3）福建巖石圈厚度總體是西厚東薄，地幔橄欖巖包體很可能代表的是太平洋板塊俯沖軟流圈地幔經(jīng)歷減壓上升后新改造的巖石圈地幔。

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