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新增生的软流圈地幔具有MORB源区的水含量和Sr—Nd同位素组成,而残余的老地幔则具有克拉通地幔的特点。因此,水含量和Sr—Nd同位素的配套分析是了解岩石圈地幔时代特征的有效途径。已有针对地幔橄榄岩捕虏体的研究结果显示,华北克拉通东部地区山东北岩的岩石圈地幔是减薄后的新生地幔,而西部地区河北阳原既存在残余的古老地幔,也可能存在新增生地幔。因此,我们选择山东北岩和河北阳原的新生代玄武岩中的橄榄岩捕虏体作为研究对象,由于在橄榄岩中,单斜辉石是赋存稀土元素的主要矿物相,并且其水含量也最高,因而单斜辉石是进行配套分析最合适的样品。
本文对北岩和阳原橄榄岩捕虏体中单斜辉石的主量元素、微量元素、水和Sr—Nd同位素进行了全面的分析,结果显示,两地区的样品均受到部分熔融和地幔交代的影响,而控制水含量的因素只是部分熔融,地幔交代的后果就是造成了水和87Sr/S6Sr的反相关。其中北岩橄榄岩捕虏体中斜方辉石的水含量为15—114ppm,单斜辉石的水含量为77—453ppm;阳原橄榄岩捕虏体中斜方辉石的水含量为129—225ppm,单斜辉石的水含量为258—654ppm。北岩和阳原的初始水含量均得到了保存,没有H的扩散丢失;相关数据表明了岩石圈地幔中水含量的分布存在大尺度上横向的不均一性。同时,结合两地辉石中Al~H2O和Al~Mg的关系,揭示了Al3+H+←→Si4+;Al3+H+←→2Mg2+可能是H在辉石中的结合方式。
从Sr—Nd同位素组成和H2O含量的关系来看,北岩源区的初始87Sr/86Sr比值(~0.7030)和MORB源区相当,其源区单斜辉石的H2O含量(450—700ppm)也和MORB源区相当,因而北岩橄榄岩确实是新增生软流圈物质。而对阳原来说,Sr—Nd同位素组成和单斜辉石的水含量之间的关系只能从以下方面来解释:既存在着87Sr/86Sr高至0.7045、H2O含量小于300 ppm的EM1型的古老地幔,也存在着初始87Sr/86Sr为0.7030左右、H2O含量大于600 ppm的新增生地幔。
本研究的结果显示,对橄榄岩的单斜辉石进行主量元素、微量元素、Sr—Nd同位素以及H2O含量的配套分析,是一种新的判定岩石圈地幔时代特征的途径。