Question

岩石圈、软流圈地幔的地球化学

Answer 1

从地球化学的角度看，一般来说，岩石圈地幔是原始地幔或弱亏损地幔经部分熔融后的残余部分，如在地球早期阶段，地幔经部分熔融形成地壳，古老岩石圈地幔则相当于熔融地壳后的残余组分。在地幔深部作用过程中，主元素及微量元素的富集与亏损的行为有时并不完全一致，因而习惯上将主元素中的易熔元素如Al₂O₃，CaO，K₂O，Na₂O，TiO₂等含量低的地幔称为贫瘠地幔（unfertile mantle）相反，将上述元素含量高的地幔称为饱满地幔（fertile mantle）。对微量元素及Sr、Pb等同位素而言，含量高者称富集地幔（enriched mantle）而含量低者称亏损地幔（depleted mantle）。由于岩石圈是提取岩浆后的残余，所以贫Al₂O₃，CaO，K₂O，Na₂O，TiO₂，富MgO，Mg/（Mg+Fe）比值高，也富Cr，Ni等相容元素。因其Mg/（Mg+Fe）高于软流圈，所以他的密度小于软流圈地幔，正是由于其低密度和高强度因此可以长期浮于软流圈之上。

大洋岩石圈是在大洋扩张的构造背景下，经过较高程度的部分熔融作用（约30%）形成的残留物，主元素属贫瘠的岩石圈地幔；微量元素也具有亏损特征，在Sr-Nd同位素图中与MORB共同位于第2象限（低的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr，高的¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd），属于亏损的MORB地幔（DMM）。一般来说，大洋岩石圈地幔与大洋地壳的玄武岩成分上具有互补关系，年龄相当，同时由于海底扩张与俯冲作用，岩石圈的存留时间不会太长，多数＜200Ma。

大陆岩石圈较大洋岩石圈要复杂得多，它们的存留时间长，一般与早期地壳形成的时间相当（＞2Ga）。由于其历史悠久，这些贫瘠的、亏损的地幔常常遭受到来自深部的熔/流体的交代，或来自俯冲到陆下的板片所释放的熔/流体的交代，致使这些古老的岩石圈地幔橄榄岩成分发生了改变，重新富集不相容元素，形成主元素仍然贫瘠而微量元素富集的大陆岩石圈。随时间的推移，大陆岩石圈地幔成分变的复杂和不均一，构造单元之间往往有差异，而且也表现出与下覆软流圈在成分上的不同。

上述TBL目前仍然归属于大陆岩石圈的下部，它在温度、变形及力学性质方面与真正的岩石圈有别，而且被认为是大陆溢流玄武岩（CFB）的源区，也可以在板块会聚的过程中有所增厚（如陆-陆碰撞），这样TBL的组成会随之改变并与真正的岩石圈有所区别。

研究认为MORB的源区可作为软流圈成分的代表，他是对流的、混合良好的、相对均一的、主元素肥沃（可以通过熔融作用提供玄武岩的形成）的，但微量元素并不富集即具有亏损的特征，但岩石圈和软流圈地幔在成分上还难以划出明确的边界。