殼幔作用途經(jīng)及其判定的地球化學(xué)方法

1、殼幔作用途經(jīng)及其判定的地球化學(xué)方法前人研究證明，形成地球的原始地殼是由地幔通過部分熔融產(chǎn)生的巖漿上侵和噴發(fā)而成。由于軟流圈是地幔巖漿的主要發(fā)源地， 因此， 軟流圈地幔和巖石圈地幔以及地殼三者之間的物質(zhì)交換過程很關(guān)鍵，且近年來，底侵作用和拆沉作用被用來解釋三者之間的物質(zhì)交換及其造成的山脈隆升、盆地形成過程和陸內(nèi)大規(guī)模巖漿作用等現(xiàn)象。殼幔作用的途經(jīng)底侵作用（underplating ）底侵作用是指來自深部的巖漿向上侵位、添加和囤積的過程，它包括兩種情況：來自上地幔部分熔融產(chǎn)生的基性巖漿侵入或添加到下地殼底部以及下地殼（包括殼幔混合層）巖石的部分熔融形成的巖漿向中上地殼的侵位和添加。目前探明的殼?；?/p>

2、合層中的 “層狀 ”，一方面可能是物質(zhì)成分的互層，另一方面也可能是不同時期多次底侵作用的結(jié)果。如澳大利亞東南部大量下地殼包體主要為基性輝石麻粒巖和石榴石麻粒巖。該區(qū)的下地殼是在很長時間內(nèi)通過多次基性巖漿底侵作用形成的。反射和折射地震成果也證實這個底侵層狀基性巖體代表了殼一幔過渡帶（5 e15km） ， Vp 從 6.5 km/s 漸變?yōu)?7.5km/s， 符合殼?；旌蠈拥牟ㄋ俳Y(jié)構(gòu)和巖石特點。底侵作用不僅是殼?；旌蠈拥奈镔|(zhì)來源，也是混合層物質(zhì)過程的驅(qū)動因素之一。底侵作用提供的熱可以使殼?；旌蠈觾?nèi)的物質(zhì)部分熔融并進(jìn)一步向中上地殼侵位。殼?；旌蠈拥牟粩嗉雍瘢€會引起拆沉作用，促使殼?；旌蠈拥奈镔|(zhì)重新

3、返回地幔，構(gòu)成殼幔物質(zhì)循環(huán)。拆沉作用(delamination )拆沉作用的概念最初是由Bird2-3 提出的。 他分別討論了喜馬拉雅造山帶的花崗巖漿作用、變質(zhì)作用和伴隨的隆升作用機制以及科羅拉多高原巖漿作用機制。前者熱模擬表明，逆沖斷層和放射性產(chǎn)生的熱不足以造成地殼熔融產(chǎn)生喜馬拉雅花崗巖和變質(zhì)作用而需要另外的熱源。后者， 板塊俯沖作用難以解釋科羅拉多高原的隆升和巖漿作用。Bird2-3 用拆沉作用引起軟流圈上升至地殼底部帶來的熱和巖漿活動來解釋兩種情況。然而Sleep等在討論密執(zhí)安盆地沉降機制時，實際上已涉及拆沉作用的思想。 Hou-seman 等從連續(xù)介質(zhì)力學(xué)角度研究表明造山帶地幔根應(yīng)迅速

4、沉入下伏軟流圈對流系統(tǒng)中，也即拆沉作用。狹義的拆沉作用即大陸下巖石圈地幔由于較軟流圈溫度低，故密度較大，由此產(chǎn)生重力不穩(wěn)定性，當(dāng)存在適合的裂隙時，巖石圈地幔將沉入軟流圈地幔中。Houseman 等 5-6 提出的對流減薄( convective thinning ) 模型認(rèn)為，由于密度較大的巖石圈地幔覆于密度較小的軟流圈地幔之上將造成對流，如此同樣會使巖石圈地幔沉入軟流圈中并使得巖石圈減薄。目前， 人們將這兩種機制均稱為拆沉作用6-7 。 現(xiàn)在， 拆沉作用應(yīng)泛指由于重力的不穩(wěn)定性導(dǎo)致巖石圈地幔、大陸下地殼或大洋地殼沉入下伏軟流圈或地幔的過程。 2 殼幔作用的地球化學(xué)證據(jù)和方法 地殼通過消耗地幔

5、而得以增生已普遍達(dá)成共識，但對地殼，尤其陸殼，能否以某種方式進(jìn)入地幔仍然存在爭議，我國大別蘇魯超高壓變質(zhì)巖中含金剛石和柯石英榴輝巖的發(fā)現(xiàn)是陸殼巖石進(jìn)入地幔的重要證據(jù)，此外還有以下證據(jù)。島弧巖漿巖的地球化學(xué)研究地球化學(xué)表明，島弧巖漿巖在形成過程中有俯沖的陸源沉積物的貢獻(xiàn)4-6 ，這得益于B 元素和 10Be 以及Sr， Nd， Pb， Hf等同位素的研究。10Be 為放射性元素，半衰期為115Ma ， 來源于大氣中氧和氮的衰變，之后在富粘土的沉積物中富集，導(dǎo)致海洋中最上部沉積物具有較高的10Be含量，其 N （10Be） /N （B）比值可達(dá)5000X 1011 ,遠(yuǎn)比洋中脊玄武巖 （MORB）

6、、洋島玄武巖（OIB） 和大陸地殼中的5X10- 11值高。研究發(fā)現(xiàn)，與俯沖成因有關(guān)的 島弧巖漿巖的一個重要特點是相當(dāng)高的N（ 10Be） /N（ B） 比值，暗示俯沖的年輕的沉積物曾明顯參與了巖漿的形成7-8 。 B 是10Be 性質(zhì)相近的另一元素，在海洋沉積物和蝕變的洋中脊玄武巖中含量甚高，因此，10Be 與 B 的聯(lián)合運用可明確指示島弧巖漿巖中沉積物的參與情況。研究表明，島弧熔巖明顯具有w（ B）/w （Be）與N （10Be） /N （Be）呈正相關(guān)的特點；且部分島弧熔 巖的w （B） /w （Be）值甚至比俯沖的沉積物還要高，反映有來 自更高的w （B） /w （Be）值組分的加入，

7、這種組分既可能是蝕 變的洋中脊玄武巖或海洋沉積物，也可能是上升的與沉積物有關(guān)的流體。微量元素及其原子比值或長半衰期的同位素研究結(jié)果也得出同樣的結(jié)論。如 Hawkesworth 等 （ 1993） 的研究發(fā)現(xiàn)，存在 w（ Ce） /w（ Yb） 值明顯不同的兩類島弧巖套，其中具高w（ Ce）/w （Yb）值的巖套具有較高的不相容元素含量、較大的Sr, Nd同位素比值范圍和較高的N（ 207Pb） /N（ 204Pb） 與 N（ 208Pb）/N（ 204 Pb） 值， 在 Pb-Pb 同位素圖上具有較陡的斜率，這些特征都應(yīng)歸因于俯沖的海洋沉積物的熔融。在利用地球化學(xué)方法來討論大陸內(nèi)部和島弧地區(qū)巖

8、漿巖成因時，必須考慮巖漿上升過程中陸殼物質(zhì)的混入因素，而海洋玄武巖就避開了這一問題。拆沉作用的地球化學(xué)證據(jù)Eu 異常 （ Eu/Eu*） 是示蹤地殼演化和殼 幔交換作用的重要探針。 幔源巖石通常無Eu 異常， 表明由地幔形成的新地殼同樣不具 Eu 異常。花崗巖漿活動引起的殼內(nèi)分異作用，使上地殼和由上地殼風(fēng)化、剝蝕而成的碎屑沉積巖具明顯負(fù)Eu 異常， 而殘余的下地殼具正Eu 異常。底侵作用產(chǎn)生的下地殼亦具明顯的正Eu 異常， 如一般認(rèn)為產(chǎn)于玄武質(zhì)火山巖中的基性麻粒巖為底侵作用的產(chǎn)物，全球基性麻粒巖包體的平均Eu/Eu*為1.18。大陸上地殼Eu/Eu*為0.650.75。根據(jù)前人已發(fā)表的大別 一蘇魯