地幔流体作用———地幔捕虏体中流体包裹体的研究.pdf

地幔流体作用 地幔捕虏体中流体包裹体的研究 刘丛强， 苏根利， 李和平， 黄智龙 （中国科学院 地球化学研究所， 贵州 贵阳 “““） 摘要 被碱性玄武岩和金伯利岩带到地表的地幔捕虏体是认识地球深部信息的窗口， 是人们能够直 接观察到的一种上地幔样品， 其矿物中流体包裹体的存在提供了上地幔流体活动的直接证据。流体 地幔矿物之间元素的分配对约束地幔交代过程中流体相的作用和上地幔流体的组成， 揭示俯冲带壳 幔物质的再循环过程， 解释岛弧玄武岩高场强元素亏损的原因有重要意义。文章对近年来有关地幔 捕虏体中流体包裹体的研究进行了评述， 并结合近年来流体地幔矿物之间元素分配的高温高压实验 研究讨论了流体在地幔中的重要作用。 关键词 地幔捕虏体； 流体包裹体； 元素分配与迁移 中图分类号 988 4968A， G8HI） J63K L6K* 28MK ““ 质结核含金云母和少量的角闪石， 甚至一些化学式不 含挥发份的矿物如辉石、 橄榄石、 石榴石等在结构中 也含一定量的挥发份。有的金伯利岩含碳酸盐矿物 并广泛发育蛇纹石化， 在一些超镁质结核和金伯利岩 中存在石墨和硫化物。尽管蛇纹石和至少部分碳酸 盐、 金云母、 硫化物和石墨代表了先前存在物质的蚀 变， 但蚀变发生在不确定的深度上， 可能参加蚀变的 一些或甚至大部分挥发份也来自原始固体物质生成 的深度。另外， 所有的岩浆都含挥发份， 特别是 “ 、 “， 它们对约束部分熔融的特征和规模起着重要作 用。-1的 和 22的 ’， 这些地幔物质中的磷灰石是氟磷灰石， 少数所含 的 ’ 达 9。 虽然地幔物质中惰性气体的含量很少， 但深部来 源地幔物质的 ， 3， AB， CB 和 D 同位素研究对了解 地球深部的作用具有特别的意义。这些气体在超镁 质捕虏体的 “包裹体中的浓度较高， 但在固体样品 中则很少。地幔样品中的惰性气体有以下 E 个来源 地球未脱气部分的原始气体；“由已耗尽的9“FG 和“5/ 放射性形成的未脱气的9“FD 和91991HD；由 I， JEHG9H7 ,GE17 捕虏体和巨晶中 “为主的 碳质流体中， 的摩尔分数达到 ;-’ J ;-3.。 45678975 等 ［］ 第一次报道了 E5E8K 岛 LE5ME8N7 捕虏 体中尖晶石和橄榄石中纯 和 “D混合物包裹 体， 在这些捕虏体中 的组成从 ; 连续变化到 ’;;。在 LE5ME8N7 的捕虏体中氮是重要的流体种 类， 是由于交代作用使得下伏富集的未脱气的地幔释 放出大量的原始氮进入上地幔， 或是因为沉积物中生 物结合的氮通过俯冲进入上地幔造成的。在合适的 物理条件下 （高水活度、 低氧逸度） ， 在矿物结合的铵 存在于俯冲带较大的深度时， 又可重新结合到地幔橄 榄岩含挥发份的矿物中。在水存在的条件下， 或在含 水矿物稳定的条件下， 氮一般被分配到固体中， 这可 以解释全球上地幔捕虏体包裹体中 缺乏的原因。 由于交代硅酸盐熔体的富 “流体的加入， 硅酸盐矿 物中以铵结合的氮在水活度降低时可以有效地释放 出来。 “惰性气体 正如 7 和 48 能提供地球脱气历史独特信息一 样， 地幔捕虏体流体包裹体中的惰性气体对了解地幔 在整个地质时代中的挥发份负荷和演化具有重大意 义。因此， 在这个领域进行了大量的研究， 已发表了 许多地幔捕虏体惰性气体的同位素数据。高37特征 指示着来源于未脱气原始深部地幔储存库。大量的 研究表明惰性气体在一些地幔捕虏体的流体包裹体 中是肯定存在的， 只是含量变化较大， 但即使少量惰 性气体的存在就会对 “的熔融和均一化温度有重 要影响。 “-; J ;-’;） 的 ,“ 、 , 或 D“D,。I87MMNNF ［R］在 S7578FT7 的尖晶石二辉橄榄岩和方辉橄榄岩捕虏体中 发现高密度含碳酸盐的富 “流体包裹体中有摩尔 分数为 ’的 ,“存在， 这些富 “流体包裹体在 斜方辉石中呈簇或呈随机的定向排列产出。在一些 地幔捕虏体中硫化物熔体包裹体和高密度的 “共 存， 明确揭示了硫在上地幔的重要性 ［.， U］ 。硫化物 包裹体的产状证据和扫描电子显微镜图像表明包裹 体形成于含 ’; （质量分数） “的硫化物熔体包裹 体的均一化捕获， 捕获后 “作为独立的流体相释放 出来， 在固化硫化物熔体的外壳中形成 “气泡。 E5E8K 岛尖晶石方辉橄榄岩、 二辉橄榄岩和纯橄岩捕 .B刘丛强，苏根利，李和平，等 0地学前缘（*E8NV ,1F7517 I85NF789） ;;’， .（3） 虏体含球状的硫化物包裹体， 这些包裹体在残碎斑晶 中呈分散的包裹体 （原生的） 和次生的包裹体排列存 在， 在新生变晶中呈原生包裹体存在 ［“］ 。硫化物也 与硅酸盐玻璃和多相包裹体中的其它相共存， 表明地 幔中曾经存在富硫的硅酸盐熔体。硫化物熔体通常 呈球泡在硅酸盐熔体中产出。菲律宾岛弧 0 等 ［4］首先发现了金刚石中的流体包裹 体， 他们利用红外光谱在八面体金刚石的纤维薄膜中 鉴别出了水和碳酸盐的存在。近年来对纤维状金刚 石的研究取得了一些重要的进展。在世界上的大多 数金刚石矿床中发现的纤维金刚石一般是立方晶体 或作为八面体金刚石的薄膜， 当从中心切开时， 这种 类型的金刚石具有纤维内部结构和微包裹体形成的 云带， 包裹体一般含同生的高压地幔流体。在工业上 纤维金刚石又被称作 “立方” 、“薄膜” 、“外壳” 或 “圆 粒” 金刚石， 占矿井产量的一小部分 （通常质量分数小 于 ““ 的 A“, 矿 山 达 B8） 。 /6C;D ［］ 根据纤维金刚石的形态对纤维金刚石进行了 描述、 分类， 把它分为型 （立方形态） 和 ［G,6） 022 和 T*E ［0］研究了 S*， A， PN145 Z5272UM234825109 N571304517 5 O070914N 05 0527414N 725N2 ; \0123 5 829145L ; 805192 M2341412 ［］ . 6/.7 * -./，AAR， C CCDCSQ. ［ E ］ KF“ ，W,Y ，K ]，21 09. ;;2N17 ; \0123 5 1628“ 13057;380145 V45214N7 45 05 I0397 94P452 ［］ . ““，AAR， R RBDRE. ［ R ］ /;2N1 ; W 5 162 S[DV4982123 724784N 47N5145D 41N145 Z52 80L801478 ［］ . 9*.2 -*. “ ..， AA， [ CBRDCES. ［[］ *F’G ’ I， 162 7OD03N 805192 45;2332 ;38 130N2 29282517 45 H6494MM452 U2594167 ［］ . ;*8 .1457 45 03N 80L807 ［］ . 38 *034050 Y7905 03N 05 13L6 ［］ . 0/“2’ 6/4’/“2’ \0123 45 162 M213L252747 ; *034050 13L6 80L807 ［］ . 9*.2 -*. “ ..， AAS， AD CB. ［B］’38 J4N1340，713094048M94N01457 ;3 805192 82107801478 ［］ . 6/.7 * -./， ARS， RR EDRB. ［E］ “’-*, I，94 45N97457 45 0 N8M7412 M2341412 U259416 48M94N01457 ;3 805192 UL0N41MM23 805192L2N6284N09 48M94N01457 ［］ . .2/4， AR， S CCDSE. ［A］ *, M69LM412 84N07 ;38 716 ;34N0 V48O239412 ［］ . 6/.7 * -./，ARQ， AC CAADS[R. ［[］ “’,, *. H031414545L ; ;93452 05 N693452 O21\225 0M01412 05 027 ;947 01 64L6 M327732 05 128M23013248M94N01457 ;3 162 ;93452 05 N693452 N51251 ; 64L6 18 ;947 ［］ . 9*.2 -*. “ ..， AAC， [E QEDQRR. ［］ / G， ’-’ , /. *05192 82107801478DM32N373 1 N514D 525109 09V09452 P9N05478 ［］ . 0/“2’ 6/4’/“2’ 162 7OD03N 805192 45;2332 ;38 130N2 29282517 45 H6494MM452 U2594167 ［］ . ;*8 .V5，I0500 ［］ . , -./， AA[， C CEDS[[. ［E］ *NIFIW * ，-*“ . -2N6284N09 05 L2ON145 Z52 80L801478 ［］ . 9*.2 -*. “ ..， AA， [ CBRDCES. ［R］’38 O070917 ［］ . 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W7 7494N0D 34N6 82917 45 162 7OD03N 805192 05 16243 3290145764M \416 23M12 03N 90P07 ［］ . ;*.4 45N9745 71427 ; 2_2N12 5927 ;38 H945405 23M1457 ; *1. 880DJ27P47 ［］ . , D/“*/ 0/.2’ 刘丛强，苏根利，李和平，等 ‘地学前缘（0316 N425N2 ]3514237） [[， R（C） A “， “ ABC “ CD B““““;B“ D ;“CG;C;“BC;“ CDIABCGD GE -CID CEGD“YC“DI“ GACI;CGD G““ ;;CP[ ［J］ “;“[GF“D“ CDIABCGD CD C EGD GYCDI“，XCD ［J］ .“455 DA[“ G ABCM“CDP CEGD GE JD“DP，QG;D ［J］ .“45C;CGDCDP M“;““D P“CG;C;“ ECD “A D ;“G“CE“D;A ; GE ’A ;BC“ G ;“ C;CMB;CGD G “ “; ;I“ “A“E“D; EGDP CACI;“ ECD“A D ACNBC D ;“ ［J］ .“45“ ［J］ A4C;CGDCDP G GACI;CGD GGC;CGD GD ;I“ “A“E“D; ;G;C;CGDCDP G ““; “A “E“D; D ;“ACI;CGD ;G EG“A G ABCGIO CD;“;C;CGDCDP G .M，3，TACI;CGD G CPC“A;A“;CGD CD CAD I MA; ［J］ ;*5 ,* A4 A WCD“;C;CGDCDP G ;I“ “A“E“D; ; **c D Lb* 7VIGD;CD; GD ;“ ;I“ “A“E“D; I“EC; IB;A ABC ［J］ .“45 A WCD“;C;CGDCDP G ;“CE“D;A ; G P[GF“D“，D ACI;CGD G ED;A“ E“;GE;CE ［J］ .“45C;“ CD;“I ;CGD CD ;“ ED;A“ “P“ G BMBI;CGD ZGD“ ［J］ “;CGD G M““BACI;CGD G EPE P“D“C CD BMBI;CGD ZGD“ ［J］ .“B587 C7 ， ， ’ *““ “A““ ““ D GCPCD G I EPE ［J］ - D“4* .“56 C7， \， L L “A“E“D; CD P[GF“D“ GE PD“; A“ZGAC;“ DGBA“ CD OCEM“AC;“ ［J］ ;*5 ,* A4;“D G P“C;;CGD D ED;A“ E“;G E;CE“YC“DI“ GE ;“ ;I“ “A“E“D; I“EC;[ G CACI;“ CDIAB CGD CD CEGD “ L刘丛强，苏根利，李和平，等 a地学前缘（0; 1IC“DI“ 8GD;C“B］ OKH*O ，SHOLG J，JKLLIMNOF* D; E5/’.-/“ 0R（I-， M .-3，14*/2，5* 6“7 ， A］ *EWWFEH N; M0,- 6/*， BT; SFPZ ZMFPIZKI Z DOLFE [EKFZLNI E\ZEMEI SKH SFPZZ\KF\E DOLFE WHKMEIIEI FZP M085 O ’ L3 R’/4 6’/,0 “ L3 ’“ 2 L3, * ,-“’ 70’3,； R’/4 6’/,0,； ’“ 2-08 刘丛强，苏根利，李和平，等 地学前缘（E-3 I66 S-0-,） TT， Y（C） C