地幔榴輝巖和石榴輝石巖 Sm-Nd和Lu-Hf封閉溫度以及克拉通地幔冷卻

小組成員：李瑞瑛、薛琦琪、孟旭男、盧文寧目錄前言（李瑞瑛）分析方法及樣品信息（李瑞瑛）數(shù)據(jù)分析（薛琦琪）討論（薛琦琪、孟旭男、盧文寧）金伯利巖漿中攜帶的太古代榴輝巖和石榴輝石巖包體可以用來反映克拉通的形成和地球的早期演化。榴輝巖和石榴輝石巖包體的化學(xué)特征和同位素組成不同。地幔成因：從基性巖漿沉淀俯沖成因：俯沖洋殼蝕變Introduction成因模式經(jīng)歷的地質(zhì)過程復(fù)雜，難以獲得確切的年齡。包體易受金伯利巖的混染，不能有效獲得全巖同位素?cái)?shù)據(jù)，

但可以通過Grt.和Cpx.獲取。Grt.和Cpx.兩點(diǎn)等時(shí)線：i記錄金伯利巖漿侵位年齡

ii記錄與地質(zhì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的冷卻事件

iii榴輝巖成巖年齡

iv礦物混染的假等時(shí)線年齡筆者將平衡溫度與兩點(diǎn)等時(shí)線結(jié)合，參考已發(fā)表的數(shù)據(jù)：限定了Sm-Nd，Lu-Hf體系的封閉溫度，并對(duì)冷卻年齡、

噴發(fā)年齡和假等時(shí)線年齡進(jìn)行了區(qū)分；通過冷卻年齡和封閉溫度推演的克拉通地幔的冷卻變化。分析方法：EPMA、LA-ICP-MS、MC-ICP-MSSamplesGrt：顆粒新鮮，僅沿裂隙被富K相交代Cpx：新鮮顆粒相對(duì)較少，沿裂隙、解理被富K相交代，生成此生貧-Na的Cpx。原生Cpx越富Na，蝕變?cè)絿?yán)重A：Grt與低Na的Cpx共存——石榴輝石巖B1：沒有藍(lán)晶石和剛玉、Na含量中等B2：含藍(lán)晶石和剛玉，Na2O~9%——榴輝巖將Grt和Cpx的Fe2+-Mg交換系數(shù)與地溫梯度（38mW/m2）結(jié)合：溫度700-1200℃壓力3-6GPa存在的問題:Fe3+

（無Na體系可以忽略）Cpx中有霓石（NaFe3+[Si2O6]）時(shí)，溫度會(huì)被高估將Grt和Cpx的Fe2+-Mg交換系數(shù)與地溫梯度（38mW/m2）結(jié)合：溫度700-1200℃壓力3-6GPa存在的問題:Fe3+

（無Na體系可以忽略）Cpx中有霓石（NaFe3+[Si2O6]）時(shí)，溫度會(huì)被高估硬玉（NaAlSi2O6]）Moessbauer光譜測(cè)得Grt和Cpx中Fe3+很低，Cpx中Al較高金伯利巖將富集高度不相容元素，并且在低壓環(huán)境下易向地幔礦物中擴(kuò)散，特別是對(duì)于富Na的Cpx；礦物自擴(kuò)散比化學(xué)擴(kuò)散快；金伯利巖的143Nd/144Nd和176Hf/177Hf值很低。巖漿混染：含有硬玉的Cpx仍被保存在榴輝巖中；原生Cpx能通過肉眼和顯微鏡鑒別；原位分析及同位素稀釋法數(shù)據(jù)；δ7Li：捕擄晶、巨晶、斑晶不同綜上，本文樣品分選干凈，沒有收到混染，測(cè)得的數(shù)據(jù)以及結(jié)論可靠同位素測(cè)試結(jié)果Sm-Nd同位素等時(shí)線圖0.54083Lu-Hf同位素等時(shí)線圖0.67168GroupA：低溫（<900℃）BE3、BE8、BE10

高溫BE9（912℃）、BE7（942℃）GroupB：BE2、BE4、BE5（957-1070℃）BE1、BE6、BE11（1085-1173℃）檢測(cè)礦物分選情況檢測(cè)礦物分選情況檢測(cè)礦物分選情況檢測(cè)礦物分選情況兩點(diǎn)等時(shí)線年齡-計(jì)算溫度圖a.兩點(diǎn)等時(shí)線年齡；b.Lu-Hf、Sm-Nd封閉溫度5.討論5.1什么是準(zhǔn)克拉通地幔演化？地幔：成因：俯沖or地幔柱地?zé)崽荻龋旱責(zé)崽荻炔蛔儯?/p>

120Ma發(fā)生構(gòu)造巖漿活動(dòng)，等溫線隨年齡減小迅速下降冷卻速率：5.2在地幔兩點(diǎn)等時(shí)線年齡的意義是什么，哪一個(gè)表示達(dá)到穩(wěn)定的地溫梯度已有2.5Ga？1平衡溫度<封閉溫度，生長年齡2平衡溫度>封閉溫度，僅為金伯利巖噴出年齡3封閉溫度在樣品平衡溫度范圍之間：

平衡溫度<封閉溫度的樣品存在隨溫度降低，年齡增加的關(guān)系；平衡溫度>封閉溫度的樣品是噴出年齡Sm-Nd體系易被金伯利巖混染，來自接近殼幔邊緣的低溫樣品少沿著低溫線的樣品的年齡只能解釋為冷卻年齡，不能是生長年齡:因?yàn)镃px和Grt中都有很高的放射性成因的Nd,Hf同位素比值，而Cpx的176Lu/177Hf很低。唯一可能的就是在冷卻過程中，還沒有到達(dá)封閉溫度之前，Cpx和有著高176Lu/177Hf的Grt在進(jìn)行平衡交換。低溫線和噴出年齡線之間的等時(shí)線數(shù)據(jù)是可能為假年齡。主要的原因是Cpx，它的Nd和Hf同位素比值很低，或者是因?yàn)楸唤鸩麕r混染或者是樣品分離不干凈。

由于物理?xiàng)l件的改變，通過內(nèi)部及礦物邊部的擴(kuò)散，會(huì)使得礦物的化學(xué)組成發(fā)生變化。熔體或者流體存在時(shí)，礦物顆粒邊界的擴(kuò)散會(huì)增強(qiáng)，無水礦物中H的存在會(huì)使礦物內(nèi)部擴(kuò)散增強(qiáng)。擴(kuò)散在某一溫度時(shí)會(huì)停止，Dodson定義封閉溫度為該溫度，封閉溫度取決于冷卻速率，顆粒大小，擴(kuò)散速率，初始溫度

在冷卻過程中，當(dāng)溫度達(dá)到封閉溫度之下時(shí)，放射性同位素開始計(jì)時(shí)。封閉溫度是未知的。

對(duì)于Grt和Cpx礦物對(duì)，Sm-Nd,Lu-Hf同位素的封閉溫度在所有樣品的溫度范圍之內(nèi)，因?yàn)椋?在圖4存在低溫線：隨溫度降低，年齡增加的關(guān)系；2沿著這條線的年齡合理的解釋為冷卻年齡1平衡溫度<封閉溫度，生長年齡2平衡溫度>封閉溫度，僅為金伯利巖噴出年齡3封閉溫度在樣品平衡溫度之間：

平衡溫度<封閉溫度的樣品存在隨溫度降低，年齡增加的關(guān)系；平衡溫度>封閉溫度的樣品是噴出年齡852℃封閉溫度冷卻年齡920℃封閉溫度冷卻年齡兩個(gè)封閉溫度之間有68℃的差別?？赡苁怯捎谠谝粋€(gè)相里擴(kuò)散慢的子體同位素的擴(kuò)散差異。該元素應(yīng)為Hf，因?yàn)樵贕rt和Cpx中Hf比Nd擴(kuò)散慢。封閉溫度：Lu-Hf>Sm-Nd,和對(duì)Grt（來自地殼變質(zhì)巖）估算的趨勢(shì)一致，但是我們的數(shù)據(jù)比前人估算的高了100℃?？赡艿脑颍?樣品的選擇,處理2REE和Hf元素在Cpx和Grt中的擴(kuò)散速率不一樣3太古代地幔是干燥的，而地殼經(jīng)常有一些含水相，例如角閃石和黑云母5.3對(duì)克拉通地幔冷卻的制約——Sm–Nd、Lu–Hf前提——忽略地殼剝蝕對(duì)壓力的影響RV30：

噴發(fā)：730℃、3.1GPa——38mW/m2Lu–Hf：1.95Ga、920℃Sm-Nd：0.96Ga、852℃冷卻年齡冷卻速度：0.07℃/MaKaapvall的克拉通地?！?Ga-120Ma、46-38mW/m2theSlavecraton：Diavik樣品Kaapvall和Slavecraton：冷卻速度和現(xiàn)今的地溫梯度相似冷卻速度受封閉溫度差異的影響：封閉溫度差異越小冷卻速度越小Sm-Nd等時(shí)線年齡誤差導(dǎo)致：grt和cpx的Sm-Nd相差很小4個(gè)樣品：冷卻速度0.07—0.1℃/Ma對(duì)兩個(gè)同位素、不同的時(shí)間和深度：克拉通地幔的冷卻速度——0.1℃/Ma與MichautandJaupart(2007),Bedinietal.(2004)andGalerandMezge