劉哲等-Geology:揭示西伯利亞克拉通巖石圈內(nèi)部不連續(xù)面的成因
克拉通是地球上最穩(wěn)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(jié)構(gòu)對(duì)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(xù)面,稱為巖石圈內(nèi)部不連續(xù)面(MLD),其巖石學(xué)和地球化學(xué)性質(zhì)仍然未知,可以通過建立詳細(xì)的地幔巖石學(xué)剖面加以限定。由于地幔包體數(shù)量所限,相關(guān)研究嚴(yán)重不足。
中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士研究生劉哲,在徐義剛研究員和法國(guó)蒙彼利埃大學(xué)Dmitri A. Ionov教授的指導(dǎo)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)。通過電子探針獲得了高精度礦物主量元素組成。在此基礎(chǔ)上,利用礦物對(duì)溫壓計(jì)估算了地幔包體的平衡溫壓,并結(jié)合文獻(xiàn)資料,重建了西伯利亞克拉通中部巖石圈地幔的溫壓結(jié)構(gòu)與地球化學(xué)變化剖面,取得如下認(rèn)識(shí):
(1)研究區(qū)巖石圈地幔熱剖面結(jié)構(gòu)復(fù)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(xiàn)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(jié)堆積加熱方輝橄欖巖等圍巖,并將其轉(zhuǎn)化為二輝橄欖巖或易剝橄欖巖的結(jié)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(jié)構(gòu)和巖性剖面

圖2 西伯利亞克拉通中部“熱”和強(qiáng)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(guó)際地學(xué)著名刊物Geology上。本研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金(41688103)和中科院B類先導(dǎo)專項(xiàng)(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

新聞動(dòng)態(tài)