Question

岩石圈地幔类型

Answer 1

8.5.1.1　鄂尔多斯克拉通型岩石圈地幔

众所周知，金刚石是稳定克拉通的特有矿产，地幔深部出现的小热扰乱（Wyllie,1987；邓晋福等，1996b），才可导致金伯利岩岩浆形成并携带在岩石圈冷的根带形成的金刚石快速进入地壳浅部（Boyd et al.,1996）。反言之，含金刚石金伯利岩浆活动是稳定克拉通大陆的标志。

华北地台东部的古生代金伯利岩中金刚石中橄榄石的Mg/（Mg+Fe）比值与世界上克拉通区的金刚石包裹体成分非常相似（图8.28）。根据金刚石包裹体的成分对岩石圈温压进行的估算，辽宁复县和山东蒙阴的岩石圈厚度分别为208km和222.7km（池际尚、路凤香等，1996），说明古生代时期华北地台具有巨厚的古老岩石圈根（150～220km，路凤香等，1991），为典型的克拉通；根据热流估算古地温为42 m W/m²（汪集旸等，1988）与根据金伯利岩中金刚石固相包裹体和重砂矿物（尖晶石、石榴子石）的地质温压计算的古地温为35～40 m W/m²（Xu et al.,1995a; Griffin et al.,1998）吻合，表明古生代时期岩石圈为低温状态，与著名的南非Kaapvaal克拉通的古地温类似（图8.30，图8.31）。因此，华北地台东部的古生代金伯利岩及金刚石包裹体中的地幔橄榄岩，可代表华北地区克拉通岩石圈的地幔组成。

图8.28 华北金伯利岩和世界各地金刚石包裹中橄榄石成分对比

（转引自徐义刚等，1995）

图8.29 华北岩石圈新生代和古生代古地温之对比

新生代地温据徐义刚等（1995）；两个长方形为山东蒙阴和辽东复县金刚石固相包裹体温压范围；澳洲东南部和南非Kaapvaal克拉通地温线分别引自0'Reilly and Griffin,1985和Finnerty and Boyd,1987；热传导地温据Chaptnan and Polack,1977

在华北地区自新太古代—古元古代形成了统一的具大陆根的克拉通以来，一直保持稳定克拉通的是西部的鄂尔多斯块体，除周遍的断陷盆地外，主体仍保持构造上的稳定整体隆升，无玄武岩喷发，无地震，总体上大陆根没有被破坏，大陆地壳亦没有被改造，因此，在山东蒙阴和辽宁复县等地的古生代的含金刚石金伯利岩及金刚石捕虏体中的橄榄岩包体，可看作鄂尔多斯克拉通型上地幔组成的一个重要参照。

8.5.1.2　华北平原大陆裂谷型岩石圈地幔

新生代时期，华北地台又进入了一个新的演化阶段，是在燕山期造山带形成的壳幔结构基础上又重新“活化”转变为构造上活动性的过程，属于典型的大陆裂谷发育，由岩石学推导的岩石圈厚度为60～80km（邓晋福等，1996），不同于巨厚的克拉通岩石圈，说明中新生代华北岩石圈被强烈减薄和发生岩石圈去根作用（邓晋福等，1992,1996）。中生代末、古近纪初裂谷发育阶段古热流达80 m W/m²（汪集旸等，1985,1988），新近纪以来岩石圈热状态逐步衰减，降到目前所观察的63 m W/m²（汪集旸等，1985,1988），山旺、栖霞现代热流值（鲁东，44.9～55.3 m W/m²）现代热流值（用郯庐断裂带中者，平均值68.6 m W/m²），与随大陆裂谷发育，成为热岩石圈的特点相符（图8.29，图8.30）。

图8.30 中国东部不同时代岩石圈地幔地温状态对比

（引郑建平，1999）

空方块代表金刚石中的包裹体；实方块代表古生代石榴子石地幔橄榄岩；空圆代表新生代石榴石子橄榄岩；实圆代表中生代基性麻粒岩

新生代二辉橄榄岩包体毫无例外的赋存于碱性玄武岩中，橄榄岩包体及其寄主玄武岩的Nd和Sr同位素研究表明（刘若新等，1992；赵海岭等，2003），新近纪—第四纪碱性玄武岩中的多数橄榄岩是偶然包体。根据含橄榄岩捕虏体（直径5～70 cm）的玄武岩岩浆上升速率计算结果分别为23.6 cm/s和481.8 cm/s，这么快的速度将不可能在上升过程中产生结晶分离和混染作用（莫宣学，1987），因此大多数橄榄岩捕虏体可以反映华北地区新生代地幔岩石圈组成特征。

8.5.1.3　华北造山型岩石圈地幔

图8.30为由古生代、中生代和新生代深源包体计算的反映样品形成时的温度、压力和热流状态，从图中可以看出古生代橄榄岩来源深度大（用压力p表示），t/p值低，热流值低（40～45 m W/m²），这与古生代岩石圈厚度大、地温低相的克拉通特征吻合。新生代橄榄岩包体来源深度小，t/p值高，热流值（65 m W/m²）较高，与新生代岩石圈厚度小、地温高的特点相对应。中生代是造山时期，由中生代基性麻粒岩反映出该时期具有高热流特点（热流值是3个区中最高的，90 m W/m²），与燕山期大规模的岩浆侵入活动相符，对比鄂尔多斯块体的稳定和华北平原的新生代裂谷活动推测，中生代时期的地幔可能处于上述两者之间的中间或过渡状态。

根据华北大陆的形成演化和岩浆活动历史，我们已划分出鄂尔多斯克拉通型、燕山—太行造山带型和华北平原大陆裂谷型3类陆壳类型，浅部的地质构造是深部地质作用的响应，上述不同区域、不同时期深源包体所反映的特征差异的事实说明，研究区可以划分出与陆壳类型相对应的3类岩石圈地幔类型：鄂尔多斯克拉通型、燕山—太行造山带型和华北平原大陆裂谷型岩石圈地幔，它们分别代表了华北地区不同时期的壳幔作用过程和记录。