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苏斌等-JGR: 克拉通岩石圈地幔起源于洋中脊
2018-12-06 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  克拉通是地球早期长期稳定的大陆,通常具有>200km的巨厚岩石圈地幔。这种古老而巨厚的岩石圈地幔是如何形成的,仍是地球早期演化过程中的未解之谜,与之关联的重要科学问题有:(1)地球早期是先有洋,还是先有陆?(2)地球早期大洋岩石圈地幔和大陆岩石圈地幔有没有成因联系? 

  对于克拉通岩石圈地幔起源,目前国际上有三种观点:(1)地幔柱深部(高压)部分熔融成因;(2)洋中脊地幔浅部(低压)部分熔融成因;(3)岛弧地幔(低压)高程度部分熔融成因(1)。三种观点争议的焦点在于熔融压力。以往的工作都是通过克拉通橄榄岩包体的全岩成分,来反演其初始熔融压力。然而,克拉通橄榄岩包体广泛遭受了交代作用改造,往往导致熔融压力限定不准。 

1  克拉通岩石圈地幔的成因模式。(a)地幔柱环境高压部分熔融;(b)洋中脊环境低压部分熔融;(c)俯冲带环境低压部分熔融

  中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室苏斌博士后与合作导师陈意副研究员从全球金刚石中地幔石榴子石包裹体成分出发,通过热力学模拟计算,建立石榴子石和橄榄岩成分之间的定量函数关系(2)。在此基础上,计算获得早期克拉通岩石圈地幔的全岩成分,发现初始克拉通岩石圈地幔具有较高的Cr#和较低的CaO/Al2O3,指示低压部分熔融过程。他们将计算获得的全岩成分进一步与全球克拉通岩石圈地幔包体、MORSSZ型蛇绿岩套地幔橄榄岩、深海橄榄岩以及岛弧橄榄岩的全岩成分对比,发现克拉通岩石圈地幔更可能起源于洋中脊环境(3)。     

2 石榴子石矿物成分与橄榄岩全岩成分之间的定量线性关系

  

3 大洋岩石圈地幔和岛弧地幔高压相变形成石榴子石的成分模拟结果    

  此项研究的科学意义包括:(1)确立了大洋与大陆岩石圈地幔的成因联系,论证克拉通岩石圈地幔由大洋岩石圈地幔堆叠加厚而成,揭示地球早期可能是先有洋后有陆;(2)建立了地幔橄榄岩全岩成分和石榴子石矿物成分的线性函数关系,可通过石榴子石成分反向推导全岩成分,进而判断部分熔融过程,为研究地幔演化提供一种全新的途径。     

  研究成果发表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth。(Su B, Chen Y. Making cratonic lithospheric mantle[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2018, 123(9): 7688-7706(DOI: 10.1029/2018JB016179) 

 
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