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水可以显著降低岩石圈的流变强度并影响上地幔部分熔融,对华北克拉通橄榄岩捕虏体的含水量研究可以为探讨中生代岩石圈破坏提供约束。本文采集了华北克拉通阳原、汉诺坝、鹤壁、山旺和女山五处碱性玄武岩中的橄榄岩捕虏体,并使用傅立叶变换显微红外光谱仪测量了橄榄岩中的矿物含水量。
阳原位于华北克拉通中部造山带北缘,南北重力梯度带以西。对阳原橄榄岩捕虏体的详细红外光谱测量表明:样品中的橄榄石含有微量的水(4-9 ppm),斜方辉石含水量为105-201 ppm,单斜辉石含水量为260-440 ppm,计算得出的全岩含水量是49-75 ppm。值得注意的是,富流体交代以及后期蚀变作用使得含角闪石的斜方辉橄岩样品中单斜辉石的含水量显著高于其他样品。研究表明阳原橄榄岩矿物受氢扩散的影响较小,红外光谱测量的矿物含水量可以代表上地幔原位含水量,这指示了橄榄岩寄主岩浆快速的上升速率。阳原橄榄岩中橄榄石、单斜辉石与斜方辉石的含水量均存在明显的正相关关系,其中水在单斜辉石和斜方辉石间的分配系数D cpx/opx OH=2.4±0.9,与全球橄榄岩样品的平均值基本一致(D cpx/opx OH=2.2±0.1);水在阳原斜方辉石与橄榄石间的分配系数嘴D cpx/ol OH=18.8±4.0,而在单斜辉石和橄榄石间的分配系数D cpx/ol OH=60.1±1.9。其余四个地区橄榄岩含水量的初步研究显示:样品中的橄榄石均无水,而斜方辉石和单斜辉石普遍含水且含水量存在明显的不均一性。南北重力梯度带以西的汉诺坝(阳原东北方向~120 km)橄榄岩的含水量(斜方辉石32-37 ppm,单斜辉石75-170 ppm)低于阳原。鹤壁位于南北重力梯度带内,其斜方辉橄岩捕虏体中的斜方辉石含水量(16-55 ppm)低于其他地区。华北克拉通东部的山旺橄榄岩含水较多(斜方辉石48-74 ppm,单斜辉石244-263 ppm),而女山样品的含水量很不均一(斜方辉石0-72 ppm,单斜辉石0-174 ppm)。
阳原和汉诺坝橄榄岩的成分很相似,而阳原橄榄石和辉石的结构水含量都明显高于汉诺坝,这与阳原橄榄岩经历的多期上地幔富流体交代作用有关。鹤壁橄榄岩主量元素强烈亏损,指示鹤壁上地幔高度难熔的性质。前人的研究表明鹤壁上地幔的部分熔融程度较高,这导致鹤壁橄榄岩的含水量较低。山旺和女山橄榄岩的含水量可能受到流体活动影响:山旺和女山紧邻郯庐断裂带,这为流体活动提供了良好的通道。
现有数据的统计表明:全球克拉通玄武岩携带的尖晶石橄榄岩中的橄榄石含水量普遍较低(多为0-10 ppm),而斜方辉石和单斜辉石的含水量则存在明显的横向不均一性。华北克拉通橄榄石和辉石的含水量整体低于其它地区,这可能与中新生代华北克拉通广泛的岩浆活动有关。此外,统计显示金伯利岩中的橄榄石巨晶以及金伯利岩携带的石榴石橄榄岩中斜方辉石和单斜辉石的含水量都明显高于玄武岩携带的尖晶石橄榄岩中相应矿物的含水量,这暗示了上地幔含水量的纵向差异性。金伯利岩捕虏体中矿物的高含水量与金伯利岩来源深、富流体、上升快的性质有关。