克拉通是地球上最穩(wěn)定的塊體，具有最古老和最厚的大陸巖石圈地幔，了解克拉通巖石圈地幔的結(jié)構(gòu)對(duì)于了解地球的演化具有重要意義。地震學(xué)研究揭示，在60-160 km深度的巖石圈地幔存在地震波速降低的不連續(xù)面，稱為巖石圈內(nèi)部不連續(xù)面（MLD），但其巖石學(xué)和地球化學(xué)性質(zhì)仍然未知。近日，中外科研人員通過火山巖中幔源包體的研究揭示了西伯利亞克拉通巖石圈內(nèi)部不連續(xù)面的成因。相關(guān)研究發(fā)表于Geology。
來自中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士研究生劉哲，在徐義剛院士和法國蒙彼利埃大學(xué)Dmitri A. Ionov教授的指導(dǎo)下，與意大利帕多瓦大學(xué)教授Paolo Nimis、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所賀鵬麗博士、俄羅斯科學(xué)院V.S. Sobolev地質(zhì)與礦物研究所研究員Alexander V. Golovin合作，在西伯利亞克拉通中部Udachnaya金伯利巖巖筒中搜集了200多個(gè)地幔包體，并從中挑選出92個(gè)石榴石相樣品。通過電子探針獲得了高精度礦物主量元素組成。在此基礎(chǔ)上，利用礦物溫壓計(jì)對(duì)估算了地幔包體的平衡溫壓，并結(jié)合文獻(xiàn)資料，重建了西伯利亞克拉通中部完整的巖石圈地幔溫壓結(jié)構(gòu)及地球化學(xué)剖面，取得如下新認(rèn)識(shí)：
一是，研究區(qū)巖石圈地幔熱剖面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，80~130 km處的巖石圈地幔對(duì)應(yīng)于40~35 mW/m2的模式地溫梯度、140~190 km的巖石圈對(duì)應(yīng)于較冷的模式地溫梯度（35 mW/m2），而巖石圈地幔的底部（190~230 km）和大約135 km處則為明顯的熱異常層。
二是，發(fā)現(xiàn)克拉通巖石圈地幔135 km處的巖石溫度高出35 mW/m2地溫梯度約150°C，富含石榴石和單斜輝石，具有低的橄欖石Mg#和與熔體平衡的稀土配分模式。該加熱層是上侵熔體固結(jié)堆積加熱方輝橄欖巖等圍巖，并將其轉(zhuǎn)化為二輝橄欖巖或易剝橄欖巖的結(jié)果，可能代表了MLD。
三是，190 km深度以下的巖石圈地幔主要由粗粒和變形的橄欖巖組成，Mg#Ol降至0.8，代表了巖石圈-軟流圈相互作用的產(chǎn)物。
據(jù)介紹，該項(xiàng)研究建立了迄今為止最為詳細(xì)的克拉通型巖石圈地幔的溫壓和巖石學(xué)結(jié)構(gòu)，為地震學(xué)觀察提供了詳實(shí)的巖石學(xué)約束。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1130/G49947.1
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