矿物岩石地球化学通报
・地幔地球化学和壳幔演化・
Bulletin of M ineralogy ,Petrology and G eochem istry
V ol.20N o.4,2001Oct.
relic  收稿日期:2001206220
基金项目：国家自然科学基金资助项目(49873005)
第一作者简介：支霞臣(1942—
)，男，教授，博士生导师，地球化学专业1扬子克拉通东北缘岩石圈地幔的Re 2Os 同位素地球化学：大陆岩石圈地幔的形成和演化的制约
支霞臣1
,L.Reisberg 2
，彭子成1
，余春江
1
(11中国科学技术大学地球和空间科学系，安徽合肥　230026;
2.法国国家科学研究中心(C NRS )南锡岩石学和地球化学研究中心(CRPG )，法国南锡)
摘　要：苏皖地区新生代碱性玄武岩中有丰富的地幔橄榄岩捕虏体，测定了20多个样品的Re 2Os 元素丰度和锇同
位素组成，结果:Re =0.027×10-9～0.375×10-9,Os =0.112×10-9～3.35×10-9,187Os Π188
Os =0.117～0.134。由代理等时线法187Os Π188Os 2Y b 获得该区岩石圈地幔早期熔体亏损事件的年龄为1.7G a (中元古代)。苏皖地区岩石圈地
幔的古老性表明它是元古代后岩石圈拆沉2减薄作用的残余地幔部分。岩石圈地幔经过了亏损2富集多阶段演化。
关　键　词:Re 2Os 同位素体系；岩石圈地幔；橄榄岩捕虏体；扬子克拉通
中图分类号:P542+.5:P611.7  　文献标识码:A    文章编号:100722802(2001)0420248203
1　样品和产地
  扬子克拉通东北缘，苏皖两省交界地区的嘉山—六合—仪征一带广泛发育新生代玄武岩，在碱性玄武岩中富含地幔橄榄岩捕虏体，样品新鲜个体较大，是研究大陆岩石圈地幔地球化学的宝贵样品。自80年代以来作了大量的地质、岩矿和地球化学的研究。本文的样品采自江苏省六合县盘石山、南练山、方山和安徽省嘉山县女山等地。样品以尖晶石相二辉橄榄岩为主，伴有少量方辉橄榄岩，都是无含水矿物相的干包体。样品以原生粒状和残碎斑状结构为主，少数为强烈变形的等粒或他形粒状变晶结构。
2　分析方法
  用XRF 和湿法化学测定橄榄岩全岩的主量元
素成分。用ICP 2MS 法测定全岩和单斜辉石的REE 和其他微量元素含量。用E MP 法测定橄榄岩组成矿物的主要元素成分。200目全岩粉末样的Re 2Os 同位素分析在法国国家科学研究中心(C NRS )南锡
岩石学和地球化学研究中心(CRPG )完成。采用的流程简述如下:1)溶样：采用T eflon 密闭容器加Cari 2us 管法溶样。2)Os 的分离和纯化：采用溴法将OsO 4从水相转移至液溴，与水相中的Re 和其他杂质元素分离，再用微蒸馏法纯化，供质谱测定用。3)锇同位素测定：在MAT 2262质谱仪的N 2TI MS 系统
上进行。4)Re 的分离和纯化：采用阴离子树脂交换法。(5)铼含量测量：用同位素稀释ICP 2MS 法。
2　分析结果和地球化学特征
  35个(其中6个平行样)橄榄岩捕虏体全岩样品的主要元素成分显示了从饱满地幔到亏损地幔的变化特征，其中主要成分如:MgO 含量(%，下同)为37.13～44.21,SiO 2(42.79～45.72),Fe 2O 3(T )(8.26～10.28),Al 2O 3(0.79～4.25),CaO (1.32～4.18)。在全岩主要化学成分之间存在协变关系，其中Al 2O 3、CaO 、Na 2O 和T iO 2等玄武质组分随MgO 含量增高而明显减小,SiO 2、Fe 2O 3(T )和MnO 等组分也随MgO 增高而减小，但是后者与M gO 的线性相关程度较
前者的要差。Cr 2O 3和NiO 组分随M gO 增高而增高。
矿物岩石地球化学通报249
表明尖晶石相橄榄捕虏体代表了岩石圈地幔的碎片，它们是原始地幔经过不同程度部分熔融作用后的残留体。高MgO样品代表经较大程度部分熔融后的残留体。低MgO样品代表较小程度部分熔融后的残留体。
全岩和单矿物REE分析结果表明,LREE变化大，从亏损到富集,HREE变化小，从亏损到饱满。球粒陨石标准化的单斜辉石REE型式，可以分成4种类型:1)LREE富集,HREE亏损,LREEΠHREE分异大;2)LREE
稍微富集,HREE平坦，接近于饱满;3) LREE亏损,HREE平坦，从亏损到饱满;4)MREE富集，呈倒U型。后3种类型LREEΠHREE的分异都不大。
铼2锇同位素体系分析结果表明,Re含量为0.027×10-9～0.375×10-9(n=20)，而Os含量为0.112×10-9～3.35×10-9(n=23),187OsΠ188Os为0.117～0.134(n=24)。结果与澳大利亚东南新火山岩省[1]、加拿大西部C ordillera[2]和美国西南部S ierra Nevada和C olorado[3,4]等地新生代玄武岩中的尖晶石相地幔橄榄岩捕虏体的对应结果相一致。苏皖地区的尖晶石相橄榄岩捕虏体的187OsΠ188Os与主量元素Al2O3和HREE(Y b和Lu)都具有明显的线性相关性。但是187OsΠ188Os与187ReΠ188Os之间没有简单的线性相关性。
4　讨  论
  (1)扬子克拉通东北缘岩石圈地幔早期熔体亏损事件的Re2Os同位素体系定年：由于Re2Os同位素体系的亲铜2亲铁性以及在地幔部分熔融过程中锇的相容性和铼的中等不相容性，因而该体系是目前测定大陆岩石圈地幔早期熔融事件年龄的唯一最佳方法。除了等时线法和常用模式年龄法外，通常采用铼亏损模式年龄法和代理等时线法。本文采用187OsΠ188Os2Y b的代理等时线法，获得187OsΠ188Os的初始值为0.115，在球粒陨石型的对流地幔的锇同位素演化线上获得模式年龄为1.7G a，为中元古代。它是岩石圈地幔早期熔体亏损事件的年龄。最亏损玄武质组分的样品具有最低的锇同位素组成，样品组中最低
的187OsΠ188Os值为0.117，同时具有最低的Al2O3含量为0.69%，和最低的Y b含量为0.03×10-6。饱满样品的Al2O3含量为3.95%，有最高的Y b含量为0.447×10-6,187OsΠ188Os值为0.132。常量元素、微量元素HREE和锇同位素组成都反映了岩石圈地幔的部分熔融作用。
(2)扬子克拉通东北缘岩石圈的地幔和地壳部分年龄的解耦：对于太古代克拉通地区岩石圈地幔的Re2Os同位素体系定年研究获得了一个极其重要的认识，太古代克拉通岩石圈的地幔和地壳部分具有一致的形成年龄，如南非的K aapvaal、Z imbabwe和T anzanian克拉通；东亚的西伯利亚克拉通；北美的怀俄明和Slave克拉通等，反映了壳2幔年龄的耦合性和成因联系。
扬子克拉通的西部已经获得地壳年龄>3.2G a 的证据[5]，在其东部也得到了古老地壳年龄的证据.在本研究区嘉山县城东南40km南黄钻孔井深610～695m的片麻岩中分离的锆石，由单颗粒锆石定年，获得上交点年龄2493±77Ma，其中有一个样品十分接近上交点的一致性年龄[6]。表明扬子克拉通东北缘存在新太古代基底。对比岩石圈地幔的形成年龄1.7G a，反映了两者的解耦，为认识克拉通地区岩石圈的形成和演化的复杂性提供了新的证据。对于华北克拉通岩石圈的年代学研究也有类似的结果，华北克拉通的地壳年龄大于3.8G a，而汉诺坝尖晶石相橄榄岩捕虏体Re2Os同位素体系确定的岩石圈地幔地年龄小于1.8G a[7,8]，也呈现解耦现象。
(3)扬子克拉通东北缘岩石圈地幔演化的多阶段性：岩石圈地幔主要元素成分的变化和锇同位素组成特征
都表明了中元古代的地幔部分熔融作用。REE地球化学特征表明，在熔体提取作用之后，还有地幔的隐性交代作用或不相容元素的富集作用，造成了LREE不同程度的富集，形成多种REE的分布型式，反映了岩石圈地幔演化的复杂性和多阶段性。
(4)我国东部大陆岩石圈地幔的拆沉2减薄作用：我国东部中生代(?)岩石圈的拆沉2减薄作用已引起国内外地球科学家的高度关注。在华北克拉通的胶辽陆核有最明确的证据。该区发育的古生代金伯利岩中含有金刚石和石榴子石橄榄岩捕虏体，反映了当时的岩石圈地幔的深度达到150～200km。该区新生代碱性玄武岩中含有尖晶石相橄榄岩捕虏体，由古地温资料和现在的地球物理测量，表明新生
250支霞臣等/扬子拉克通东北缘岩石圈地幔的Re2Os同位素地球化学：大陆岩石圈地幔的形成和演化的制约
代以来岩石圈地幔深度已减薄到60～120km。另外，我国东部的尖晶石相橄榄岩具有显生宙海洋岩石圈地幔的化学属性。一些研究者认为我国东部大陆岩石圈地幔是中生代以后的新生地幔，置换了原先的古老地幔。但是扬子克拉通东北缘和华北克拉通北缘尖晶石相橄榄岩捕虏体的Re2Os同位素年龄都是中元古代的。这个事实对我国东部显生宙岩石圈拆沉2减薄的规模和强度提出了新的制约，同时也提出了存在前中元古代岩石圈地幔大规模置换作用的可能性。对此需作深入研究。
5　结  论
  铼2锇同位素体系研究表明，扬子克拉通东北缘尖晶石相橄榄岩捕虏体揭示的岩石圈地幔部分具有中元古代的熔体亏损年龄，它是元古代后岩石圈地幔拆沉2减薄作用的残余部分，不是中2新生代新生的地幔部分。根据古老克拉通岩石圈地壳2地幔部分年龄的耦合性，推测中元古代之前我国东部岩石圈地幔可能发生过大规模的置换作用，破坏了古老的太古代地幔，代之以元古代地幔。两者具有不同的地球化学属性。
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R e2Os Isotope G eochemistry of Lithospheric Mantle B eneath N ortheastern Yangtze Craton: Constraint on the Origin and Evolution of Continental Lithospheric Mantle
ZHI X ia2chen1,Laurie Reisberg2,PE N Z i2cheng1,Y U Chun2jiang1
(1.Department o f Earth and Space Sciences,Univer sity o f Science and Technology o f China,
Anhui,H e fei230026,China;2.CRPGΠCNRS,B P20,54501Vandoeuvre2les2Nancy Cedex,France)
Abstract:The abundances of Re and Os and the isotopic com positions of Os are reported here,for m ore than20sam ples of man2 tle peridotite xenolith fromJiangsu2Anhui basaltic province.The concentration ranges of Re and Os are(0.027-0.375)×10-9 and(0.112-3.35)×10-9respectively and the Os isotopic com position range is0.117-0.134.The early melt depletion age of the lithospheric mantle beneath the N ortheastern Y angtze Craton is1.7G a,from the proxy isochron of　187OsΠ188Os vs.Y b. This evidence suggests that the present lithospheric mantle beneath the area is the relic part after th
e lithosphere thinning in the P ost2M iddle Proterozoic.The lithospheric mantle has multistage ev olution of depletion and enrichment.It also suggests that there may occur a lithosphere mantle replacement in Eastern China during Pre2M iddle Proterozoic.
K ey w ords:Re-Os isotope system;lithospheric mantle;peridotite xenolith;Y angtze Craton

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