华北克拉通(乃至中国东部)现今的上部地幔结构与大洋地幔结构相似,在减薄的岩石圈之下是地震波低速带。中生代以来岩石圈的减薄可看作是低速带的形成过程。富水流体及其诱发的富流体熔体是导致低速带的根源,俯冲于地幔过渡带的古太平洋板块为该区低速带的形成提供了水源,这是"底部加水弱化导致岩石圈减薄"机制的假说。该假说思想明确,物理过程直观,可以检验。本项目深入研究中国东部具年龄制约的中-新生代玄武岩及地幔捕虏体中1.流体的地球化学特征(H、C、O、S及稀有气体同位素组成),2.交代熔体(富H2O-CO2熔体,即熔体包裹体和交代脉等)组分的地球化学特征(微量元素及Sr、Nd、Pb、Hf和Os同位素),3. 用上述综合参数有效地区分流体来源:俯冲洋壳或原生地幔,4.采用新建的岩石学方法计算岩石圈厚度。厘定流体特征与岩石圈厚度的时空关系,检验/约束华北克拉通破坏的机制与时限,探讨大陆形成演化的新理论。
Eastern China;lithosphere thinning;Mantle metasomatism;trench retreat;plate tectonics
基于前人对中国东部中-新生代火山岩的年代学研究,本项目通过对这些火山岩的岩石学、元素-同位素地球化学的研究,取得如下认识1)华北克拉通破坏的空间范围不仅仅局限于重力梯度带以东,在重力梯度带以西地区也有发生,并有进一步向内陆蔓延的趋势,目前中国东部岩石圈仍处于净减薄状态;2)含地幔捕掳体的玄武质岩浆在快速上升过程中会继续发生不同程度的结晶分异演化。地幔捕掳体能否被携带至地表取决于熔体中挥发性组分的含量,进而取决于源区挥发性组分的富集程度;3)中国东部新生代碱性玄武岩的源区有俯冲的古太平洋洋壳的贡献,但该俯冲洋壳亏损不相容元素,不可能成为这些玄武岩的主要源区物质,有充分证据表明地幔交代作用是产生这些富集玄武岩的必要过程。这一认识对全球范围颇有争议的OIB和E-MORB的成因具有重要意义;4)没有古太平洋板块的俯冲就没有中国东部(尤其是华北克拉通)岩石圈的减薄。因此,中国东部岩石圈减薄是板块运动的特殊结果;5)与传统的“太平洋板块主动俯冲在东亚大陆之下”的认识相悖,我们认为西太平洋俯冲带的持续后撤使得太平洋板块“被动”地滞留在地幔过渡带中。如此,滞留在地幔过渡带的板块才能为岩石圈减薄提供水源,进而实现“底部加水弱化”的岩石圈减薄结果;(6)中国东部中生代以来岩石圈的减薄对认识全球地震波低速带(LVZ)的成因提供了一个全新思路。