中国东部大地幔楔形成时代和华北克拉通岩石圈减薄新机制--深部再循环碳的地球动力学效应  

Formation time of the big mantle wedge beneath eastern China and a new lithospheric thinning mechanism of the North China Craton——Geodynamic effects of deep recycled carbon

作　　者：李曙光[1,2] 汪洋[1] 

机构地区：[1]地质过程与矿产资源国家重点实验室,中国地质大学,北京100083 [2]中国科学院壳幔物质与环境重点实验室,中国科学技术大学地球和空间科学学院,合肥230026

出　　处：《中国科学：地球科学》2018年第7期809-824,共16页Scientia Sinica(Terrae)

基　　金：国家自然科学基金项目(批准号：41730214,41473036,91014007,41230209); 中国科学院战略性先导科技专项项目(编号：XDB18000000)资助

摘　　要：地震P波速度成像显示,西太平洋俯冲板片滞留在地幔过渡带,在中国东部形成"大地幔楔"结构.中国东部大陆玄武岩的Mg同位素调查揭示了该俯冲滞留板片携带大量碳酸盐交代地幔过渡带上覆的对流地幔,形成了碳酸盐化橄榄岩,它是中国东部晚白垩世和新生代大陆强碱性玄武岩的源岩.该玄武岩的Mg-Sr同位素组成与年龄关系显示自106Ma以来,该地幔源区的碳酸盐种属为菱镁矿+少量白云石,发生初熔的深度为300~360km.因此,该地幔源区的碳酸盐化交代作用应发生在大于360km的深度,即在106Ma以前俯冲板片已经开始滞留地幔过渡带,形成了大地幔楔结构.这一时代支持大地幔楔的俯冲板片后撤形成机制.根据高温高压实验结果,碳酸盐化橄榄岩熔融产生的含碳酸盐硅酸盐熔体在到达至华北克拉通初步减薄的岩石圈底部(180~120km)时仍可以有高达25~18wt%的CO_2含量,其SiO_2和含量及类似于强碱性的霞石岩和碧玄岩,并具有较高的εNd值(2~6).该熔体向上渗透并交代底部岩石圈地幔可形成碳酸盐化橄榄岩.由于克拉通地热增温线与碳酸盐化橄榄岩固相线相交于130km深度,则华北克拉通岩石圈底部的碳酸盐橄榄岩将发生部分熔融导致其物理性质类似软流圈且较容易被对流上地幔置换.其新生成的碳酸盐-硅酸盐熔体又可以向上渗透交代上覆的岩石圈地幔.如此重复这一碳酸盐化交代-熔融过程,可以使岩石圈减薄,而碳酸盐-硅酸盐熔体也转变呈较富硅和具有较低εNd值(低至-2)的碱性玄武岩.随着华北克拉通岩石圈的减薄,其地热增温线逐步向大洋岩石圈靠近,岩石圈碳酸盐化橄榄岩的初熔深度可小于130km和逐步接近70km.因此,富碳酸盐熔体与岩石圈相互作用是华北克拉通岩石圈减薄过程在晚白垩世和新生代的一种可能机制.据中国东部低玄武岩的年龄统计,106~25Ma区间岩石圈的碳酸盐化交代-熔

关 键 词：大地幔楔 华北克拉通 岩石圈减薄 深部碳循环 碱性玄武岩 

分 类 号：P31[天文地球—固体地球物理学] P541[天文地球—地球物理学]