興蒙造山帶北部巖石圈地幔橄欖巖氧逸度特征研究*

劉金霖 李懷濱 王建 張?jiān)品?/p>

1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，大慶 163318 2.自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130026 3.東北石油大學(xué)三亞海洋油氣研究院，三亞 572024 4.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130026

造山帶作為巖石圈及地殼中構(gòu)造和巖漿活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)，是巖石圈形成演化信息儲(chǔ)存和記錄的關(guān)鍵研究帶，而巖石圈地幔是伴隨地殼熔體抽取而形成的低密度的富鎂殘留，是聯(lián)系軟流圈與地殼的重要紐帶(吳福元等, 2007)，所以對(duì)于造山帶巖石圈地幔的研究也就至關(guān)重要。興蒙造山帶位于西伯利亞板塊和華北板塊之間，屬中亞造山帶的東段(徐備等, 2014, 2018)，泛指受到古生代構(gòu)造作用影響的我國東北以及部分俄羅斯區(qū)域，是多個(gè)構(gòu)造體系疊加與改造的典型區(qū)域。目前，對(duì)于興蒙造山帶各微陸塊基底屬性、拼合歷史、古大洋構(gòu)造體系改造時(shí)間及影響時(shí)空范圍(Wuetal., 2011)、地殼增生與再造等問題還存在爭議。

氧化-還原狀態(tài)，又被稱為氧逸度(fO2)，是制約地幔源區(qū)和地表之間物理-化學(xué)反應(yīng)方式的重要參數(shù)，影響著金屬的活動(dòng)性、氣(液)相組成和熔體的性質(zhì)，對(duì)巖漿起源、巖漿脫氣、交代作用過程起著重要的作用(Wangetal., 2012)。巖石圈地幔的氧逸度值的變化受到交代作用和構(gòu)造背景等條件的制約。古老克拉通橄欖巖的氧逸度值低(Creightonetal., 2010)，而H2O、Fe2O3和CO2等氧化流體交代地幔會(huì)使氧逸度升高。Wangetal.(2012)研究了南部汪清地區(qū)巖石圈地幔，得到了相對(duì)還原的氧化-還原狀態(tài)。而劉金霖(2014)發(fā)現(xiàn)柴河地區(qū)陸下巖石圈地幔部分熔融程度高的樣品具有高的氧逸度值，這表明了興蒙造山帶巖石圈地幔的氧化-還原狀態(tài)在空間分布的不均一性。但其成因仍存在爭議。研究區(qū)自古生代以來經(jīng)歷了古亞洲洋俯沖、蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造體系以及古太平洋俯沖等作用的疊加，對(duì)研究區(qū)巖石圈地幔的氧化-還原狀態(tài)產(chǎn)生了深刻的影響。本文通過電子探針測(cè)試興蒙造山帶北部諾敏、科洛地區(qū)橄欖巖包體礦物主量元素，并結(jié)合其它地區(qū)的研究數(shù)據(jù)，通過對(duì)研究區(qū)氧逸度的計(jì)算以及數(shù)據(jù)分析，以加深我們對(duì)于研究區(qū)地幔演化歷史的認(rèn)識(shí)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景和樣品巖石學(xué)特征

我國東北地區(qū)有兩個(gè)復(fù)雜的地質(zhì)單元，分別是華北克拉通和興蒙造山帶(圖1)。興蒙造山帶具有復(fù)雜且漫長的演化史，是目前我國已知的發(fā)展歷史最長、巖漿活動(dòng)最復(fù)雜的造山帶。興蒙造山帶的大地構(gòu)造位置位于西伯利亞板塊、華北板塊和太平洋板塊之間，屬中亞造山帶的東段。Wuetal.(2011)認(rèn)為興蒙造山帶是于古生代-中生代期間由不同小塊體碰撞、拼接成的構(gòu)造堆疊區(qū)，而興蒙造山帶的構(gòu)造演化實(shí)際上是重溯這些塊體的拼合過程。北部的額爾古納地塊、西北部的興安地塊、中間的松遼地塊，東南部的佳木斯地塊為興蒙造山帶的主要組成部分，在這些塊體上發(fā)現(xiàn)了少量的新元古代的侵入體(Tangetal., 2013)，并且在興安地塊上也找到了～2.6Ga的花崗巖(孫立新等, 2013)，這證實(shí)了在這些微陸塊中存在有前寒武紀(jì)基底。興蒙造山帶在古生代期間主要受到古亞洲洋構(gòu)造體系的影響，表現(xiàn)為額爾古納地塊與興安地塊沿塔源-喜桂圖縫合帶于早古生代早期完成拼合(Wuetal., 2011)，興安地塊與松嫩-張廣才嶺地塊與晚古生代完成拼合(Lietal., 2018)，并且古亞洲洋于晚二疊世-中三疊世期間沿著西拉木倫-長春-延吉縫合線最終閉合(Xiaoetal., 2015; Wangetal., 2019)。在中生代期間，興蒙造山帶受到了來自北部的蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造體系和東部的古太平洋構(gòu)造體系的俯沖及改造。多次的大洋俯沖伴隨著大量流體揮發(fā)分和易熔組分(如Fe2O3、CO2等)氧化流體被釋放進(jìn)入上地幔，從而引起地幔的交代和部分熔融，形成大規(guī)模的巖漿活動(dòng)(Fanetal., 2003)，進(jìn)而造成研究區(qū)地表覆蓋了大量的火山巖及其中裹挾上來的橄欖巖包體，為研究巖石圈地幔氧化-還原狀態(tài)提供了可能。

圖1 興蒙造山帶火山巖分布簡圖及研究區(qū)位置(據(jù)隋建立等, 2012)

研究樣品采自于興蒙造山帶北部的諾敏和科洛地區(qū)。諾敏地區(qū)樣品采集于小四方山(49°38′02.78″N、124°00′42.07″E)、半拉山(49°34′22.35″N、123°40′0.6.98″E)、泵站(49°36′33.57″N、123°43′47.69″E)等；科洛地區(qū)采樣點(diǎn)為科洛大椅山(采樣點(diǎn)1：49°38′02.78″N、125°53′44.13″E；采樣點(diǎn)2：49°17′49.54″N、125°53′57.47″E)(圖2)。包體個(gè)體形狀較小，一般為4～8cm，表面風(fēng)化程度高。根據(jù)手標(biāo)本及巖石薄片的礦物顯微觀察，諾敏地區(qū)的地幔橄欖巖包體主要為尖晶石二輝橄欖巖和方輝橄欖巖，未見金云母和石榴石，原生粒狀結(jié)構(gòu)，出溶及交代現(xiàn)象顯著。橄欖巖樣品發(fā)育有膝折帶(圖3e)，膝折帶的存在可以證明橄欖石在地幔熔融過程中經(jīng)歷了塑性變形，所以說橄欖巖樣品是地幔巖石經(jīng)巖漿攜帶到地表的。一些包體礦物邊界和裂隙有熔體包裹體，并可能與尖晶石、輝石等反應(yīng)形成反應(yīng)邊(圖3d)。同時(shí)橄欖巖包體中的單斜輝石和斜方輝石發(fā)現(xiàn)有呈乳滴狀的出溶，這證明了橄欖巖包體從地下向上的過程中的發(fā)生了減壓熔融?？坡宓貐^(qū)橄欖巖包體采自于大椅子山，巖石類型主要為尖晶石相方輝橄欖巖和二輝橄欖巖，橄欖巖包體較小，一般為3～6cm，多數(shù)為原生粒狀結(jié)構(gòu)和等粒變晶結(jié)構(gòu)，大部分樣品較新鮮，呈綠色，少部分樣品因?yàn)槭艿窖趸饔寐燥@褐色(圖3e)。

圖2 研究區(qū)橄欖巖包體野外產(chǎn)狀

圖3 研究區(qū)橄欖巖包體手標(biāo)本及顯微照片

2 礦物主量元素分析及平衡溫度

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

樣品的巖石薄片是在中國地質(zhì)博物館進(jìn)行制備。橄欖巖礦物的主量元素含量測(cè)定是在自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的JEOL-JXA-8100型電子探針上完成，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T.15074—2008《電子探針定量分析方法通則》。電子束直徑應(yīng)小于1μm、電子束束流在10-4～10-3A之間、加速電壓為1.5～2kV，采用的是ZAF法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。誤差<0.1%。測(cè)試結(jié)果見表1。同時(shí)本文還對(duì)樣品中礦物反應(yīng)邊中的熔體進(jìn)行了測(cè)試，分析結(jié)果見表2。

表1 諾敏-科洛區(qū)地幔橄欖巖包體礦物主量元素(wt%)

表2 諾敏-科洛區(qū)地幔橄欖巖包體礦物反應(yīng)邊熔體電子探針數(shù)據(jù)(wt%)

2.2 主量元素

橄欖石在地幔中相對(duì)富集Fe、Mg、Ni等元素，是橄欖巖包體中主要的礦物組成；FeO含量在二輝橄欖巖中為8.44%～9.96%，在方輝橄欖巖中為7.48%～8.21%；MgO含量較高，屬鎂橄欖石。研究區(qū)樣品比平均地幔巖虧損Al2O3和CaO，但MgO含量較高，橄欖巖樣品發(fā)生的熔體抽提普遍程度較高。方輝橄欖巖橄欖石Mg#值介于0.914～0.921之間，略高于二輝橄欖巖(0.896～0.911)。在橄欖石Mg#與尖晶石Cr#的相關(guān)圖解中(圖4)，橄欖石Mg#與尖晶石Cr#具有一定的正相關(guān)性，沿著趨勢(shì)線存在高M(jìn)g#、高Cr#的部分熔融程度高的古老巖石圈地幔殘留。一部分樣品落入Griffinetal.(1998)定義的元古宙地幔區(qū)域內(nèi)，也有一部分樣品落入太古代巖石圈地幔區(qū)域內(nèi)入(圖5)。因此，從成分上看，研究區(qū)一部分樣品以方輝橄欖巖為主，熔融程度高。這類樣品具有原生粒狀結(jié)構(gòu)，且橄欖石和斜方輝石自形程度較高，顆粒較大。單斜輝石和尖晶石含量較少。具有古老克拉通地幔性質(zhì)。而另一部分樣品，表現(xiàn)出相對(duì)年輕的特點(diǎn)。主要以二輝橄欖巖為主，原生粒狀結(jié)構(gòu)，橄欖石為自形半自形結(jié)構(gòu)，單斜輝石多為他形，顆粒較小。

圖4 諾敏-科洛區(qū)地幔橄欖巖包體橄欖石Mg#與尖晶石Cr#相關(guān)圖解

圖5 諾敏-科洛地區(qū)橄欖巖包體鎂橄欖石Fo和橄欖石含量Ol mode(%)關(guān)系圖解(據(jù)隋建立等, 2012)

研究區(qū)方輝橄欖巖中斜方輝石的Mg#(Mg/(Mg+∑Fe))為0.890～0.914，大于二輝橄欖巖中斜方輝石的Mg#(0.879～0.905)；二輝橄欖巖的FeO在5.04%～6.51%之間，方輝橄欖巖在5.04%～5.54%之間；Al作為能夠反映斜方輝石成因的敏感元素，在方輝橄欖巖中Al2O3含量介于1.82%～3.64%之間，在二輝橄欖巖介于2.97%～4.22%之間；其地球化學(xué)元素特征均與古老克拉通(Belletal., 2005; Kelemenetal., 1998)及島弧下伏地幔楔(Arai, 1994; Araietal., 2003)中被改造的斜方輝石的特征(低Al2O3)相似，表明研究區(qū)的斜方輝石經(jīng)歷了一定的后期改造。

單斜輝石作為橄欖巖重要組成礦物之一，我們可以通過它元素的含量豐度范圍的不同來判斷地幔的熔融程度。單斜輝石的Mg#在二輝橄欖巖中為0.869～0.995，均值0.936，略小于方輝橄欖巖中的Mg#(0.914～0.983，均值0.947)。

由于鋁在部分熔融過程中優(yōu)先進(jìn)入到熔體中，所以尖晶石中Cr的含量反映了殘余橄欖巖的部分熔融程度。二輝橄欖巖中尖晶石Cr#為0.102～0.295，均值0.241，小于方輝橄欖巖中的Cr#(0.304～0.509，均值0.352)，表明了二輝橄欖巖的部分熔融程度要低于方輝橄欖巖。從Cr#與Mg#關(guān)系來看我們的樣品一部分投到了古老巖石圈地幔范圍內(nèi)，也有一部分落到新生地幔范圍里(圖6);而在圖7中尖晶石中的Cr#與Fo的關(guān)系圖中，我們的樣品在Arai(1994)定義的Ol-Sp地幔范圍在耐熔演化趨勢(shì)線的內(nèi)側(cè)，大部分在深海橄欖巖的范圍內(nèi)。在這些投點(diǎn)中的高Cr#、高Fo的樣品，具有較高的部分熔融程度。

圖6 諾敏-科洛區(qū)地幔橄欖巖包體尖晶石Mg#-Cr#關(guān)系圖(據(jù)Wang et al., 2013)

圖7 諾敏-科洛區(qū)地幔橄欖巖包體尖晶石Cr#-橄欖石Fo關(guān)系圖(據(jù)Wang et al., 2013)

2.3 平衡溫度

當(dāng)同一地區(qū)的樣品具有類似的地溫梯度時(shí)，可以利用平衡溫度的高低來大致判斷包體的來源深度。在我們計(jì)算平衡溫度時(shí)，由于不同溫度計(jì)測(cè)試范圍與礦物的類型是不同的，所以我們需要用到不同的地質(zhì)溫度計(jì)(Wells, 1977; Bertrand and Mercier, 1985; Brey and K?hler 1990)。輝石的平衡溫度的計(jì)算現(xiàn)在公認(rèn)的計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確的是Bertrand and Mercier(1985)和Brey and K?hler(1990)設(shè)計(jì)的溫度計(jì)(徐義剛, 1993)。通常Wells(1977)溫度計(jì)試用溫度在1000℃以下，而Brey and K?hler(1990)溫度計(jì)的范圍是在900～1400℃之間且適合Fo>0.8的橄欖巖包體。但平衡溫度的計(jì)算的前提是包體內(nèi)礦物之間達(dá)到化學(xué)平衡，一般可以用橄欖巖包體礦物之間的Mg#值來判斷平衡與否。研究區(qū)Cpx(Mg#)-Opx(Mg#)大都體現(xiàn)了良好的線性關(guān)系，這說明研究區(qū)橄欖巖包體的共生礦物之間已經(jīng)達(dá)到了元素平衡，符合估算平衡溫度的必要條件(圖8)。

圖8 諾敏-科洛區(qū)地幔橄欖巖包體單斜輝石Mg#-斜方輝石Mg#圖

本文主要以Brey and K?hler(1990)溫度計(jì)計(jì)算研究區(qū)礦物平衡溫度。諾敏橄欖巖包體的平衡溫度值在800～1200℃范圍內(nèi)，其平均值為922℃?？坡彘蠙鞄r包體的平衡溫度值在796～991℃范圍內(nèi)，其平均值為854℃。通過目前獲得的我國東部新生代時(shí)期的地溫梯度及徐義剛等(1995)確定的地溫曲線，對(duì)諾敏-科洛橄欖巖來源的深度進(jìn)行大致的估算，得到諾敏研究區(qū)的橄欖巖包體源自40～65km的深度，深于科洛地區(qū)。

3 巖石圈地幔氧化-還原狀態(tài)計(jì)算方法及結(jié)果

3.1 研究區(qū)氧逸度計(jì)算方法

本文運(yùn)用已經(jīng)測(cè)得的諾敏、科洛地區(qū)橄欖巖包體礦物電子探針數(shù)據(jù)來進(jìn)行氧逸度的計(jì)算，選擇Brey and K?hler(1990)溫度計(jì)來計(jì)算地幔橄欖巖的平衡溫度。并采用了Nell and Wood(1991)的二次校正法來獲得尖晶石的Fe3+/∑Fe比值。計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 諾敏-科洛區(qū)地幔橄欖巖包體的氧逸度計(jì)算結(jié)果表

計(jì)算方法過程：

(1)地幔fO2計(jì)算所依據(jù)的反應(yīng)平衡：

公式(a)

(2)選用Nell and Wood(1991)的活度計(jì)算公式把尖晶石的Fe3+活度轉(zhuǎn)化為Fe3O4的活度,公式如下：

logaFe3O4=log((Fe2+)(Fe3+)2/4)+1/T[406(Al)2+653(Mg)(Al)+299(Cr)2+199(Al)(Cr)+346(Mg)(Cr)]

公式(b)

公式(b)中小括號(hào)內(nèi)的元素代表尖晶石結(jié)構(gòu)式中以4個(gè)氧原子為基礎(chǔ)所對(duì)應(yīng)的Mg、Fe2+、Fe3+、Cr和Al的原子(離子)數(shù)。

(3)氧逸度的計(jì)算結(jié)果顯示為相對(duì)于FMQ(Fayalite-Magnetite-Quartz oxygen buffer)緩沖反應(yīng)的高低，公式如下：

Δlog(fO2)FMQ=log(fO2)P.T-log(fO2)FMQ=220/T+0.35-0.0369P/T-12logXFeOl-2620(XMgOl)2/T+3log(XFeM1·XFeM2)Opx+2logaFe3O4spinel

公式(c)

公式(c)中T是絕對(duì)溫度(K),P為壓力，其單位為bar，XFeOl和XMgOl各自代表橄欖石的Fe/(Fe2++Mg)同Mg/(Fe2++Mg)的值，而(XFeM1)Opx與(XFeM2)Opx分別為斜方輝石(Opx)的M1和M2位置上Fe的原子分?jǐn)?shù)(Woodetal., 1990)。

3.2 研究區(qū)地幔橄欖巖氧逸度結(jié)果

諾敏地區(qū)二輝橄欖巖的氧逸度范圍為FMQ+2.13～2.38，方輝橄欖巖的為FMQ+2.29～2.69；科洛地區(qū)方輝橄欖巖的氧逸度范圍為FMQ+1.95～3.01，二輝橄欖巖的為FMQ+2.09～2.37。諾敏地區(qū)氧逸度均值為2.38(n=7)，略低于科洛地區(qū)的(2.49，n=7)。研究區(qū)的氧逸度整體范圍在FMQ+1.95～+3.01之間，體現(xiàn)了一個(gè)相對(duì)較窄的范圍。從前文已知研究區(qū)存有老的巖石圈地幔。而古老巖石圈地幔通常其氧化-還原狀態(tài)應(yīng)該為還原環(huán)境或弱氧化環(huán)境，其氧逸度值會(huì)表現(xiàn)為低值，然而我們的數(shù)據(jù)表明興蒙造山帶北部地區(qū)的地幔氧逸度值具有明顯的高值(表3)。本文通過對(duì)華北克拉通東部地區(qū)及世界典型地區(qū)地幔氧逸度進(jìn)行對(duì)比(圖9)，發(fā)現(xiàn)該范圍值與弧下地幔楔橄欖巖氧逸度范圍值相近。

4 討論

4.1 巖石圈地幔氧化-還原狀態(tài)的影響因素

地幔氧化-還原狀態(tài)(即氧逸度)同地幔的溫度、壓力類似，是控制地幔演化過程的重要參數(shù)(劉叢強(qiáng)等, 2001)。氧逸度的范圍制約著地幔中C-O-H流/熔體組分的具體狀態(tài)，而C-O-H流/熔體狀態(tài)又直接影響地幔固相線的狀態(tài)以及所產(chǎn)生的液相特點(diǎn)，所以說氧化-還原狀態(tài)對(duì)巖漿的起源、脫氣以及交代作用過程起著及其重要的作用(Taylor and Green, 1988; Ballhaus and Frost, 1994; Holloway, 1998)。巖石圈地幔氧逸度不是一成不變的，它受到多種條件的制約：1)交代作用：交代介質(zhì)的性質(zhì)、來源和交代程度都能影響到地幔氧逸度，一般認(rèn)為陸下巖石圈地幔是因?yàn)榈蒯＝淮饔脧亩尤隖e2O3、CO2和H2O使得氧逸度升高。氧化物質(zhì)能夠通過熔/流體遷移到上覆地幔中進(jìn)行交代，而碳酸鹽熔體的交代也能造成氧逸度的升高(McGuireetal., 1991)；2)構(gòu)造環(huán)境：大陸巖石圈地幔俯沖帶環(huán)境中的地幔橄欖巖具有高的氧逸度值，這是因?yàn)檠趸镔|(zhì)通過熔/流體遷移到上地幔發(fā)生交代作用造成的(Woodetal., 1990)。俯沖帶環(huán)境的地幔橄欖巖記錄了高的氧逸度值；橄欖巖地塊記錄了與深海橄欖巖相似的fO2，它們代表了一般的軟流圈的氧化-還原狀態(tài)(Woodetal., 1990)；而產(chǎn)于陸下巖石圈地幔的橄欖巖包體，一般記錄了略微高于深海橄欖巖的fO2(Woodetal., 1990; Ionov and Wood, 1992)。穩(wěn)定的克拉通巖石圈地幔因?yàn)槠渌幍纳疃纫约皬?fù)雜的演化歷史使其保留了最低的氧逸度值，最低能達(dá)到ΔlogfO2(-4.5)。所以說，構(gòu)造環(huán)境也是制約地幔氧逸度的重要因素。

4.2 研究區(qū)巖石圈地幔高氧逸度成因

一般情況下，不同構(gòu)造環(huán)境下古老克拉通和新生的大洋型的地幔橄欖巖性質(zhì)截然不同，前者熔融程度較高，具有虧損特征，而后者體現(xiàn)熔融程度較低、相對(duì)飽滿的屬性。諾敏、科洛地區(qū)的樣品(Fo 91～92)部分熔融程度相對(duì)較高，一部分為殘留的古老巖石圈地幔。張彥龍(2008)對(duì)諾敏、科洛地區(qū)橄欖巖包體進(jìn)行過Re-Os同位素分析，結(jié)果顯示部分樣品Re虧損年齡為1.9Ga，表明研究區(qū)存在年齡為早元古代巖石圈地幔，然而其fO2普遍偏高，不符合古老巖石圈地幔偏低氧逸度的特征。首先的可能性是軟流圈地幔的底辟、上涌，但因?yàn)檐浟魅Φ难跻荻戎迪鄬?duì)較低(Bryndzia and Wood, 1990)，所以軟流圈地幔的上涌不會(huì)使fO2值升高。華北克拉通東部如寬甸、龍崗等地區(qū)的新生的大洋型地幔橄欖巖氧逸度值相對(duì)較低，其根本原因就是交代介質(zhì)來源于軟流圈，所以不對(duì)其同源的橄欖巖氧逸度產(chǎn)生明顯改變(楊清福等, 2011)。而王建等(2012)也通過對(duì)萊蕪純橄巖和強(qiáng)交代的方輝橄欖巖樣品的氧逸度值的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與弧下地幔楔相當(dāng)，明顯高于古老克拉通下的地幔，認(rèn)為是特提斯大洋板塊或者是揚(yáng)子克拉通邊緣沉積物質(zhì)的俯沖作用提供了氧化物質(zhì)，而不是軟流圈上涌造成的。部分熔融作用、構(gòu)造環(huán)境都對(duì)巖石圈地幔fO2有一定的制約作用。研究區(qū)巖石圈地幔經(jīng)歷了不同程度的部分熔融，前文也證明了樣品的部分熔融程度較高。由于在部分熔融過程中Fe3+會(huì)優(yōu)先進(jìn)入熔體，所以說部分熔融作用會(huì)使殘余地幔中的fO2下降。研究區(qū)位處于興蒙造山帶的北部是多個(gè)構(gòu)造體系的疊加區(qū)域，自古生代起先后經(jīng)歷多期次的板塊俯沖作用：1)古生代時(shí)古亞洲洋的俯沖作用；2)中生代古太平洋板塊的俯沖作用。古亞洲洋作為最先作用于研究區(qū)的大洋俯沖，主要的表現(xiàn)為各微陸塊之間的拼合，最終在晚二疊世-中三疊世期間沿著西拉木倫-長春-延吉縫合線閉合(Xiaoetal., 2015; Wangetal., 2019; 許文良等, 2019)。古太平洋板塊于侏羅紀(jì)開始向西俯沖，到目前為止俯沖依然在繼續(xù)(張彥龍, 2011)。所以古亞洲洋以及古太平洋的俯沖就成為了造成研究區(qū)fO2陡升的最有可能的因素。從尖晶石Cr#與fO2的關(guān)系圖也能夠看出Cr#呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)性(圖10)，而造成這種現(xiàn)象的原因可能是古亞洲洋以及古太平洋板塊在俯沖的過程中會(huì)隨著俯沖進(jìn)程不斷的釋放Fe2O3、CO2、H2O，而這些富氧物質(zhì)會(huì)隨著流體進(jìn)入上地幔，部分熔融程度高的樣品更容易被后期的交代事件改造，導(dǎo)致其氧逸度值升高。這種演化過程與華北克拉通東部巖石圈地幔的演化特征類似，均反映了俯沖物質(zhì)對(duì)巖石圈地幔的復(fù)雜改造過程(湯艷杰等, 2021)。

圖10 諾敏-科洛區(qū)地幔橄欖巖包體尖晶石Cr#與fO2關(guān)系圖

4.3 研究區(qū)富鉀流體來源

興蒙造山帶北部內(nèi)存在多個(gè)火山區(qū)，在其南部的拉哈河-綽爾河火山區(qū)為鈉質(zhì)堿性玄武巖系列，而北部的諾敏河火山區(qū)，五大連池火山巖帶主要為鉀質(zhì)火山巖系列(樊祺誠等, 2008, 2012; 李霓等, 2012)。近年來，一直有學(xué)者研究鉀質(zhì)火山巖的形成機(jī)制，并提出自己觀點(diǎn)，如俯沖循環(huán)、地殼增厚拆沉、部分熔融等等，但是最終的結(jié)論一直頗有爭議(Menziesetal., 1987; McKenzie, 1989; Chuetal., 2013; Guoetal., 2014)。鉀在地幔賦存和分配受一些富鉀的副礦物的支配，如金云母、角閃石、富鉀輝石等，不同的礦物代表了不同的地幔演化過程，具有一定的成因意義。在諾敏地區(qū)有學(xué)者在地幔橄欖巖中發(fā)現(xiàn)了高鈦金云母，金云母中K2O的含量大約占10%(趙新苗等, 2007; 趙勇偉和樊祺誠, 2011; 隋建立等, 2014)。高鈦金云母是地幔主要的富鉀礦物，而流/熔體地幔交代作用或是巖石反應(yīng)是地幔鉀質(zhì)富集的重要因素，所以說金云母的發(fā)現(xiàn)表明地幔受到富鉀地幔流體的交代作用。然而富鉀流體的來源還需要更多的證據(jù)來證實(shí)：1)再循環(huán)下地殼的部分熔融：由于下地殼的K2O含量也不是很高，平均只有0.61%，其中所含有的鉀元素不足以形成富鉀的地幔流體，最終形成高鉀的地幔礦物；2)軟流圈釋放的小體積巖漿交代作用(McKenzie, 1989)。通過前文我們得知，研究區(qū)具有古老地幔殘余，熔融程度較高，其改造程度明顯弱于華北克拉通東部由于受周圍板塊擠壓，巖石圈底部拆沉而導(dǎo)致的軟流圈物質(zhì)上涌的大規(guī)模破壞程度。而且研究區(qū)陸下巖石地幔具有較高氧化-還原狀態(tài)，其氧逸度值明顯高于軟流圈地?；蚴苘浟魅τ绊懙年懴聨r石圈地幔氧逸度值。3)俯沖大洋板塊所釋放的富鉀流體。經(jīng)過前文的數(shù)據(jù)分析可知研究區(qū)具有古老巖石圈地幔的殘留并且具有高的地幔氧逸度值。488～484Ma特提斯洋的俯沖為秦嶺造山帶帶來了大量的富水雜巖，其屬于鉀玄武系(王浩和吳元保, 2014)。鄭建平等(2019a, b)、唐杰等(2019)也找到了俯沖帶的殼幔相互作用的證據(jù)，結(jié)合前文論述，我們認(rèn)為，大量的富鉀物質(zhì)隨著古亞洲洋和古太平洋的俯沖到達(dá)巖石圈地幔，從而保留下來，之后在新生代發(fā)生巖石圈地幔的部分熔融，與巖漿發(fā)生鉀質(zhì)成分的交代，造成地幔鉀元素含量的升高。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)地幔橄欖巖主要由二輝橄欖和方輝橄欖巖組成。地幔包體中橄欖石Mg#介于0.896～0.921之間，部分樣品Mg#>0.920，說明研究區(qū)存在部分熔融程度高的古老巖石圈地幔的殘留。

(2)研究區(qū)內(nèi)的二輝橄欖巖和方輝橄欖巖均顯示了較高的氧化-還原狀態(tài)。地幔包體所顯示的氧逸度值與部分熔融程度(尖晶石中的Cr#)顯示了一定相關(guān)性。這說明古亞洲洋及古太平洋板塊的俯沖可能為興蒙造山帶地幔楔提供了氧化物質(zhì)，并導(dǎo)致其氧逸度的升高。

(3)研究區(qū)地幔包體高鉀被認(rèn)為是研究區(qū)陸下巖石圈地幔經(jīng)歷了多期富鉀流體活動(dòng)，富鉀流體的來源可能與俯沖再循環(huán)的殼源物質(zhì)有關(guān)。

致謝感謝吉林大學(xué)鄭常青教授、李文慶高級(jí)工程師給予的技術(shù)幫助；同時(shí)感謝吉林大學(xué)劉正宏教授及兩位審稿專家對(duì)本文的完善提供的建設(shè)性意見。