中国东部岩石圈地幔的新生

中国东部岩石圈地幔的新生

20世纪80年代以来，中国东部岩石圈的研究取得了重大进步。显示出该地区岩石圈明显减少。这一重要的地质现象也引起了外国科学家的注意。但对岩石圈减薄的具体时间与机制,目前还无清楚的认识。通过对该区中、新生代火成岩同位素特征的总结发现,中国东部现今岩石圈地幔是新生的,岩石圈减薄主要发生在中生代晚期,并与中国东部大面积、强烈的中生代岩浆活动相对应。1岩石圈地潭的同位素特征本世纪80年代以来,对中国东部新生代玄武岩的地球化学研究表明,尽管不同地区的玄武岩源区显示一定的不均匀性,但这些玄武岩主要来源于软流圈地幔。除东北地区玄武岩大体具有原始地幔性质并有向EMI型地幔过渡的趋势外,其它地区的玄武岩都明显具有亏损地幔的特点。但对这些玄武岩中地幔捕虏体及其巨晶的同位素研究发现(东南沿海由于捕虏体资料较少,本文不作讨论),除汉诺坝部分样品外,它们都具有比寄主玄武岩更加亏损的性质(图1～3),反映它们来自与玄武岩浆不同的源区,即这些地幔捕虏体和巨晶应是岩石圈地幔的碎块。但新生代期间岩石圈地幔的这种同位素特点与新生代以前的岩石圈地幔特点明显不同。以华北地台为例,其现今岩石圈地幔的同位素特点与由金伯利岩反映出的古生代岩石圈地幔极不相同。对这一特征可有两种解释:其一,古生代金伯利岩的同位素特点反映的是当时下部岩石圈的状况,即岩石圈下部为富集型,而上部岩石圈为亏损型,后来的岩石圈减薄作用已使富集的下部岩石圈消失,从而残留下浅部的亏损岩石圈,但这一解释与目前的矿物化学与同位素研究并不相符;第二种可能性是新生代期间的中国东部岩石圈地幔是在古生代以后由于软流圈地幔经历了强烈熔体亏损而新形成的。因此,从Sr-Nd同位素的特点来看,中国东部新生代期间的岩石圈地幔已不是原来应该存在的大陆岩石圈地幔,它是显生宙期间的新生岩石圈。先存的大陆岩石圈地幔大多已经由于减薄而不复存在。2新生代基性火成岩岩浆源区中国东部中生代岩浆活动极为强烈,大体可分为三个NNE向展布的岩带,即华南的东南沿海带、胶辽-老爷岭带和大兴安岭带。目前对这三个岩带岩浆活动的时间格架还缺乏明确的认识。与新生代岩浆活动特点不同的是,中生代岩浆活动主要表现为巨量花岗岩的侵位和地表中、酸性岩浆的喷发,伴生的基性火成岩数量较少。但近几年来的研究已经揭示出,此期的基性火成岩具有不同于新生代玄武岩的地球化学特点。如图4所示,中国东部不同地区的中生代基性火成岩具有不同的Sr、Nd同位素组成。具体表现为,东北地区的此类岩石具有较为亏损的性质,而华南和华北地区的同类岩石多表现为富集性质,特别是华北地区的此类岩石具有较低的εNd(t)值。这一特点明显与不同地区所具有的岩石圈地幔特点相一致,华南和东北地区部分白垩纪基性火成岩表现出软流圈地幔来源性质,并受到地壳物质的强烈混染。因此,从现有的资料可以得出结论,中国东部中生代玄武质岩浆岩主要来源于富集的岩石圈地幔,尽管由于这类岩石少含包体而难以对其岩浆来源的深度作出限制,但中国东部大面积的巨量中生代岩浆活动势必要消耗大量的岩石圈地幔,这可能是中国东部岩石圈减薄的原因之一。对不同地区新生代玄武岩中捕虏体的研究发现,它们往往含有麻粒岩捕虏体。对华北地台汉诺坝地区的此类麻粒岩捕虏体的研究发现(图5),它们具有与新生代玄武岩极不相同的同位素特点,主要表现为高初始锶和富集放射成因钕的特点。对比研究发现,这类麻粒岩捕虏体与在中生代期间形成的幔源基性火成岩的特点基本相同。结合目前进行的深部地球物理探测结果,可以认为,现今中国东部的下地壳(特别是其底部)主要为中生代期间的幔源岩浆板底垫托侵入体,这也从另外一个角度反映了我国东部中生代期间强烈的幔源岩浆活动。3岩石圈自转变期中生代中期从新生代玄武岩岩浆成分演化的特点来看,该区晚白垩纪—新生代早期以拉斑玄武岩为主,晚第三纪—第四纪为碱性-强碱性岩浆活动时期,表明新生代期间等温面下降、岩浆活动源区有逐渐加深的特点。一般认为这些岩浆来源于软流圈与岩石圈的交界部位,从这个意义上看,中国东部新生代应是岩石圈地幔的生长时期,而岩石圈减薄的主要时期应在前新生代。但对华北地台地质演化历史的分析发现,该区从古生代至早中生代,具有较为稳定的特点,由于岩石圈的的减薄多与岩浆作用密切伴生,因而可以认为,中国东部的岩石圈减薄发生在中生代晚期。对比中国东部不同地区新生代玄武岩中地幔捕虏体的特征发现,它们基本都具有强烈亏损的特点,但该区西部的汉诺坝地区却是例外。从图5可以看出,该区仍出现一定数量具有富集特点的幔源包体,其同位素特征与太古宙岩石圈地幔相吻合。这似乎暗示中国东部的西半部其岩石圈减薄后仍残存有太古代岩石圈地幔,而东半部似乎减薄作用较强,原先的岩石圈地幔已经减薄殆尽(软流圈地幔直接与地壳接触?)。目前对中国东部岩石圈减薄的原因还不甚明了,一种观点认为其与印度板块与欧亚板块的碰撞有关,而另一种观点认为与中生代时东缘大洋板块的俯冲有关。不同地区新生代玄武岩的Pb同位素地球化学特点显示其地幔岩浆源区具有DUPAL异常。如果认为DUPAL异常是南半球所具有的特点的话,考虑中国东部中生代期间东侧海洋板块的北向运动,联系亚洲东部其它地区出现的DUPAL异常,似乎暗示南半球印度洋型软流圈地幔的侵入与本区的岩石圈减薄密切相关。但从目前研究的情况来看,尽管岩石圈减薄与拆沉的方式不尽相同,但这种作用大多与早期岩石圈的加厚有关,因此对中国东部岩石圈减薄机制的研究还有待更深入的工作。4岩石圈减薄的时间中国东部在晚中生代期间表现为剧烈的岩浆活动,同时伴随暴发性成矿作用(东北地区还伴随松辽盆地的形成)和一系列的构造变动,即燕山运动,但对该运动的地球动力学本质一直缺乏明确的认识。本文的研究显示,燕山运动的实质就是岩石圈的减薄,由此导致一系列的岩浆-成矿事件。但由于资料有限,目前对岩石圈减薄的具体时间还存在认识上的不确切性。对大兴安岭地区的研究发现(另文讨论),该区存在三期不同时代的玄武质岩石,其中145Ma左右的玄武质岩石表现出较160Ma和125Ma左右的玄武质岩石碱度较低的特点,而Sr-Nd同位素研究表明,125Ma时的玄武质岩石已基本具有亏损地幔的特点。