淺析巖石圈地幔的組成和演化

摘 要：大陸巖石圈地幔（SCLM）的組成與上覆地殼的構造年齡有關，代表了一種大陸巖石圈地幔形成過程中的長期變化。基于對一套捕擄體和捕擄晶體的研究，多數研究者認為貧石榴二輝橄欖巖具有高的斜方輝石巖或橄欖巖。全球和區域的地震斷層掃描表明，大多數克拉通捕擄體巖體來自低速的巖石圈塊體，我們提出假設，絕大多數的太古宙大陸巖石地幔原始組成是高的貧純橄巖/方輝橄欖巖，與挪威西部的太古宙造山帶地塊相似。這種位克拉通上部的地震和重力數據說明大量的巖石保存在克拉通核部，但是火山巖樣品很差，我們認為這不是大陸巖石圈地幔形成進程中逐漸演化，而是太古宙和更年輕的構造體系之間的尖銳的分立。大陸巖石圈地幔的兩種類型在浮力和粘度之間的差異在陸殼的組成，保存和循環方面起到了重要作用。

關鍵詞：大陸巖石地幔；地幔演化；地震斷層；地幔交代；太古宙巖石圈

1 巖石圈地幔組成的長期演化

地球的陸殼在大陸巖石圈層地幔之下，延伸從數公里的裂谷帶到250公里以上太古宙克拉通，SCLM主要是由超鎂鐵質巖石組成，組成范圍從二輝橄欖巖（橄欖石+單斜輝石+斜方輝石+-石榴石+-尖晶石）到純橄巖和方輝橄欖巖（橄欖石+斜方輝石），這些組成范圍通常被解釋為在部分熔融中玄武質部分逐步被消耗。對火山巖中的捕擄體和移動帶中出露的地塊研究表明SCLM的組成與上覆地殼的年齡有關[1]。古老的克拉通底部通常貧大陸巖石圈地幔，在該區大多數位于顯生宙活動帶之下的大陸，巖石圈地幔只是相對貧底部軟流圈。陸殼的構造活動是的該成分具有顯著的變化，因為他們影響浮力和巖石圈的剛性。橫向組成和物理性質的差異影響地幔的地球動力學行為理解大陸巖石圈地幔的起源是非常重要的，因為不同的模式對地球地幔之間的構造演化具有不同的影響。

地幔柱被分為上伏巖殼的構造年齡[2]，定義是最后一次主要構造活動事件的時間，主導地區巖殼從2.5Ga之前不受影響，次要地區構造活動在2.5-1.0Ga，構造形成或改造在1Ga以后。SCLM成分來自橄欖巖或來自火山巖的捕擄體或捕擄晶體[3]，每個都有優缺點，橄欖巖塊體可以通過不同巖石種類識別，但是巖塊來自相對較淺的巖石地幔，在其構造侵位中被改造和變質。多發生在年輕的構造活動帶，僅能提供一點巖石地幔克拉通的成分組成，除此之外在一些超高壓變質帶也有發現，例如挪威西部（Brueckner），中國的蘇魯-大別秦嶺造山帶和西藏北部（Song），巖石地幔克拉通深部格局隨著陸殼一起俯沖，當俯沖停止時，也隨之帶出。

來自金伯利巖玄武巖和其他火山巖的捕擄體提供了很多來自大陸巖石地幔垂直方向的樣品，但是巖石種類間的關系仍不清楚。地幔樣品可能是到地表帶上來的，是不同類型的巖漿形成的，對成分的估計是來自分析礦物的平均值，可能有破壞。在克拉通地區，全面研究的捕擄體來自一個小的金伯利巖，很多是為了開采鉆石。

很多實例中，具有較大分布空間，是由來自橄欖巖圍巖攜帶的捕擄晶，是從金伯利巖或其他火山巖中提供的，石榴石捕擄晶比較特別，可以說明很多問題。橄欖石榴巖捕擄晶的主量元素和微量元素可以用來估計溫度、形成時深度和母巖的主要元素組成，共存的橄欖石和斜方輝石的Mg的含量。對大量的石榴石做數據分析推測出來自火成巖的大陸巖石地幔的成分估計。

2 虧損地幔：來自捕擄體捕擄晶的證據

大多數克拉通石榴石橄欖石巖套或明或暗的認為石榴石和單斜輝石成分受原巖熔融結晶分異程度影響[4]。然而，這些關系也能影響石榴石單斜輝石侵入貧方輝橄欖巖的交代作用，再次富集殘留物。捕擄體和捕擄晶數據說明元古宙/太古宙大陸巖石地幔在交代過程中再富集，原虧損巖石富集，幾種類型可以通過捕擄體和石榴石捕擄晶特征來分辨。鉆石和其他伴生低鈣是爐石可能是通過降低地幔流體與貧方輝橄欖巖的交代作用。高斜方輝石/橄欖石在橄欖巖捕擄體中常見，這些捕擄體來自kaapvaal克拉通的西南部分，偶爾也可見于其他巖體，高斜方輝石/橄欖石的出現可以影響富Si流體的侵入，可能和俯沖有關。單斜輝石、二輝橄欖石榴石和金云母通過交代作用在金伯利巖-碳酸鹽巖中被低體積流體侵入[5]。交代作用在地震速率中的影響和低的mg值，升高的富集石榴石輝石和金云母。當溫度升高時，大陸巖石地幔拉筒的地震速度隨之降低，Vp也受影響但隨深度降低，因此我們可以解釋大陸巖石地幔下部低的地震速度，例如金伯利和萊索托北部地區，捕擄體和捕擄晶受交代作用影響再富集。

3 陸殼和地幔

高度虧損的太古宙地幔厚的部分的浮力具有典型克拉通地溫對流，其無水組合將給太古宙地幔一個新的剛性度，并且全部因素都有助于其產生即使在主構造活動下。交代作用會降低浮力和速度，油氣是在較深的巖石圈層，但是大多數的元古宙地幔成分停留在軟流圈之上。因此我們提出很多元古宙地盾特別是在太古宙史前可上可下的地層具有地幔根，一般在太古宙生成。

如果這種解釋是正確的，這表明大陸地幔保留了相對恒定起碼從太古宙末期。地幔浮力能夠提供太古宙地殼上升的動力，也就是太古宙地殼能從循環中保留下來，地殼捕擄體中詳細的年代學和地球化學表明這種古老地殼分布廣泛，并且停留在原始深度。如果高速地幔下部是大范圍的現代大陸，那么太古宙地殼可能同樣分布廣泛。地殼的增長速率在地表的條件下需要允許高于早期太古宙的地殼速率地殼增長，循環和巖石圈的演化對全球動力學和地球化學具有重要意義。

參考文獻

[1]鄭建平.中國東部地幔置換作用與中新生代巖石圈減薄[M].中國地質大學出版社，1999.

[2]池際尚，等.華北地臺金伯利巖及古生代巖石圈地幔特征[M].科學出版社，1996.

[3]張宏福.橄欖巖-熔體的相互作用：巖石圈地幔組成轉變的重要方式[J].地學前緣，2006（2）.

[4]Yi Gang Xu，Xiao-Long Huang，Jin-Long Ma，Yan-Bin Wang，Yoshiyuki Iizuka，Ji-Feng Xu，Qiang Wang，Xiang-Yang Wu. Crust-mantle intera4ction during the tectono-thermal reactivation of the North China Craton： constraints from SHRIMP zircon U-Pb chronology and geochemistry of Mesozoic plutons from western Shandong[J].Contributions to Mineralogy and Petrology，2004（6）.

[5]林舸，Y.H.Zhang，王岳軍，等.華北陸塊巖石圈減薄作用：熱薄化與機械拉伸的數值模擬研究[J].大地構造與成礦學，2004（1）.