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劉哲等-Geology:揭示西伯利亞克拉通巖石圈內部不連續面的成因

撰稿: 發(fā)布時(shí)間:2022-05-24

        克拉通是地球上最穩定的塊體,具有最古老和最厚的大陸巖石圈地幔。了解克拉通巖石圈地幔的結構對于了解地球的演化具有重要意義。探究克拉通巖石圈地幔內部結構有兩種手段,分別為地震學(xué)和火山巖中幔源包體的研究。在60-160 km深度的巖石圈地幔存在地震波速降低的不連續面,稱(chēng)為巖石圈內部不連續面(MLD),其巖石學(xué)和地球化學(xué)性質(zhì)仍然未知,可以通過(guò)建立詳細的地幔巖石學(xué)剖面加以限定。由于地幔包體數量所限,相關(guān)研究嚴重不足。
        同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室博士研究生劉哲,在徐義剛研究員和法國蒙彼利埃大學(xué)Dmitri A. Ionov教授的指導下,與意大利帕多瓦大學(xué)Paolo Nimis教授、廣州地球化學(xué)研究所賀鵬麗博士、俄羅斯科學(xué)院V.S. Sobolev地質(zhì)與礦物研究所Alexander V. Golovin研究員合作,在西伯利亞克拉通中部Udachnaya金伯利巖巖筒中搜集了200多個(gè)地幔包體,并從中挑選出92個(gè)石榴石相樣品(圖1B)。通過(guò)電子探針獲得了高精度礦物主量元素組成。在此基礎上,利用礦物對溫壓計估算了地幔包體的平衡溫壓,并結合文獻資料,重建了西伯利亞克拉通中部巖石圈地幔的溫壓結構與地球化學(xué)變化剖面,取得如下認識:
      (1)研究區巖石圈地幔熱剖面結構復雜,80~130 km處的巖石圈地幔處于40~35 mW/m2的模式地溫梯度、140~190 km的巖石圈具有較冷的模式地溫梯度(35 mW/m2),而巖石圈地幔的底部(190~230 km)和大約135 km處為明顯的受加熱層(圖1A)。
      (2)首次發(fā)現克拉通巖石圈地幔135 km處為異常熱巖石圈層,其巖石溫度高出35 mW/m2地溫梯度約150°C(圖1A),富含石榴石和單斜輝石,具有低的橄欖石Mg#和與熔體平衡的稀土配分模式。該加熱層是上侵熔體固結堆積加熱方輝橄欖巖等圍巖,并將其轉化為二輝橄欖巖或易剝橄欖巖的結果,可能代表了MLD(圖2)。
      (3)190 km深度以下的巖石圈地幔主要由粗粒和變形的橄欖巖組成,Mg#Ol降至0.8,代表了巖石圈-軟流圈相互作用的產(chǎn)物。
圖1  西伯利亞克拉通中部Udachnaya下巖石圈地幔的溫壓結構和巖性剖面
圖2  西伯利亞克拉通中部“熱”和強交代的巖石圈地幔層成因示意圖。
相關(guān)研究成果發(fā)表在國際地學(xué)著(zhù)名刊物Geology上。本研究受到國家自然科學(xué)基金(41688103)和中科院B類(lèi)先導專(zhuān)項(XDB18000000)的聯(lián)合資助。
論文信息:Zhe Liu(劉哲), Dmitri A. Ionov, Paolo Nimis, Yigang Xu(徐義剛), Pengli He(賀鵬麗), Alexander V. Golovin. (2022). Thermal and compositional anomalies in a detailed xenolith-based lithospheric mantle profile of the Siberian craton and the origin of seismic midlithosphere discontinuities. Geology; doi: https://doi.org/10.1130/G49947.1

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