地幔榴辉岩和石榴辉石岩 Sm-Nd和Lu-Hf封闭温度以及克拉通地幔冷却

小组成员：李瑞瑛、薛琦琪、孟旭男、卢文宁目录前言（李瑞瑛）分析方法及样品信息（李瑞瑛）数据分析（薛琦琪）讨论（薛琦琪、孟旭男、卢文宁）金伯利岩浆中携带的太古代榴辉岩和石榴辉石岩包体可以用来反映克拉通的形成和地球的早期演化。榴辉岩和石榴辉石岩包体的化学特征和同位素组成不同。地幔成因：从基性岩浆沉淀俯冲成因：俯冲洋壳蚀变Introduction成因模式经历的地质过程复杂，难以获得确切的年龄。包体易受金伯利岩的混染，不能有效获得全岩同位素数据，

但可以通过Grt.和Cpx.获取。Grt.和Cpx.两点等时线：i记录金伯利岩浆侵位年龄

ii记录与地质运动无关的冷却事件

iii榴辉岩成岩年龄

iv矿物混染的假等时线年龄笔者将平衡温度与两点等时线结合，参考已发表的数据：限定了Sm-Nd，Lu-Hf体系的封闭温度，并对冷却年龄、

喷发年龄和假等时线年龄进行了区分；通过冷却年龄和封闭温度推演的克拉通地幔的冷却变化。分析方法：EPMA、LA-ICP-MS、MC-ICP-MSSamplesGrt：颗粒新鲜，仅沿裂隙被富K相交代Cpx：新鲜颗粒相对较少，沿裂隙、解理被富K相交代，生成此生贫-Na的Cpx。原生Cpx越富Na，蚀变越严重A：Grt与低Na的Cpx共存——石榴辉石岩B1：没有蓝晶石和刚玉、Na含量中等B2：含蓝晶石和刚玉，Na2O~9%——榴辉岩将Grt和Cpx的Fe2+-Mg交换系数与地温梯度（38mW/m2）结合：温度700-1200℃压力3-6GPa存在的问题:Fe3+

（无Na体系可以忽略）Cpx中有霓石（NaFe3+[Si2O6]）时，温度会被高估将Grt和Cpx的Fe2+-Mg交换系数与地温梯度（38mW/m2）结合：温度700-1200℃压力3-6GPa存在的问题:Fe3+

（无Na体系可以忽略）Cpx中有霓石（NaFe3+[Si2O6]）时，温度会被高估硬玉（NaAlSi2O6]）Moessbauer光谱测得Grt和Cpx中Fe3+很低，Cpx中Al较高金伯利岩将富集高度不相容元素，并且在低压环境下易向地幔矿物中扩散，特别是对于富Na的Cpx；矿物自扩散比化学扩散快；金伯利岩的143Nd/144Nd和176Hf/177Hf值很低。岩浆混染：含有硬玉的Cpx仍被保存在榴辉岩中；原生Cpx能通过肉眼和显微镜鉴别；原位分析及同位素稀释法数据；δ7Li：捕掳晶、巨晶、斑晶不同综上，本文样品分选干净，没有收到混染，测得的数据以及结论可靠同位素测试结果Sm-Nd同位素等时线图0.54083Lu-Hf同位素等时线图0.67168GroupA：低温（<900℃）BE3、BE8、BE10

高温BE9（912℃）、BE7（942℃）GroupB：BE2、BE4、BE5（957-1070℃）BE1、BE6、BE11（1085-1173℃）检测矿物分选情况检测矿物分选情况检测矿物分选情况检测矿物分选情况两点等时线年龄-计算温度图a.两点等时线年龄；b.Lu-Hf、Sm-Nd封闭温度5.讨论5.1什么是准克拉通地幔演化？地幔：成因：俯冲or地幔柱地热梯度：地热梯度不变；

120Ma发生构造岩浆活动，等温线随年龄减小迅速下降冷却速率：5.2在地幔两点等时线年龄的意义是什么，哪一个表示达到稳定的地温梯度已有2.5Ga？1平衡温度<封闭温度，生长年龄2平衡温度>封闭温度，仅为金伯利岩喷出年龄3封闭温度在样品平衡温度范围之间：

平衡温度<封闭温度的样品存在随温度降低，年龄增加的关系；平衡温度>封闭温度的样品是喷出年龄Sm-Nd体系易被金伯利岩混染，来自接近壳幔边缘的低温样品少沿着低温线的样品的年龄只能解释为冷却年龄，不能是生长年龄:因为Cpx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却过程中，还没有到达封闭温度之前，Cpx和有着高176Lu/177Hf的Grt在进行平衡交换。低温线和喷出年龄线之间的等时线数据是可能为假年龄。主要的原因是Cpx，它的Nd和Hf同位素比值很低，或者是因为被金伯利岩混染或者是样品分离不干净。

由于物理条件的改变，通过内部及矿物边部的扩散，会使得矿物的化学组成发生变化。熔体或者流体存在时，矿物颗粒边界的扩散会增强，无水矿物中H的存在会使矿物内部扩散增强。扩散在某一温度时会停止，Dodson定义封闭温度为该温度，封闭温度取决于冷却速率，颗粒大小，扩散速率，初始温度

在冷却过程中，当温度达到封闭温度之下时，放射性同位素开始计时。封闭温度是未知的。

对于Grt和Cpx矿物对，Sm-Nd,Lu-Hf同位素的封闭温度在所有样品的温度范围之内，因为：1在图4存在低温线：随温度降低，年龄增加的关系；2沿着这条线的年龄合理的解释为冷却年龄1平衡温度<封闭温度，生长年龄2平衡温度>封闭温度，仅为金伯利岩喷出年龄3封闭温度在样品平衡温度之间：

平衡温度<封闭温度的样品存在随温度降低，年龄增加的关系；平衡温度>封闭温度的样品是喷出年龄852℃封闭温度冷却年龄920℃封闭温度冷却年龄两个封闭温度之间有68℃的差别。可能是由于在一个相里扩散慢的子体同位素的扩散差异。该元素应为Hf，因为在Grt和Cpx中Hf比Nd扩散慢。封闭温度：Lu-Hf>Sm-Nd,和对Grt（来自地壳变质岩）估算的趋势一致，但是我们的数据比前人估算的高了100℃。可能的原因：1样品的选择,处理2REE和Hf元素在Cpx和Grt中的扩散速率不一样3太古代地幔是干燥的，而地壳经常有一些含水相，例如角闪石和黑云母5.3对克拉通地幔冷却的制约——Sm–Nd、Lu–Hf前提——忽略地壳剥蚀对压力的影响RV30：

喷发：730℃、3.1GPa——38mW/m2Lu–Hf：1.95Ga、920℃Sm-Nd：0.96Ga、852℃冷却年龄冷却速度：0.07℃/MaKaapvall的克拉通地幔——2Ga-120Ma、46-38mW/m2theSlavecraton：Diavik样品Kaapvall和Slavecraton：冷却速度和现今的地温梯度相似冷却速度受封闭温度差异的影响：封闭温度差异越小冷却速度越小Sm-Nd等时线年龄误差导致：grt和cpx的Sm-Nd相差很小4个样品：冷却速度0.07—0.1℃/Ma对两个同位素、不同的时间和深度：克拉通地幔的冷却速度——0.1℃/Ma与MichautandJaupart(2007),Bedinietal.(2004)andGalerandMezge