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全球地幔不均一性研究表明，印度洋和太平洋-北大西洋大洋玄武岩(MORB和OIB)同位素组成存在明显的同位素差异，即在具有相同206Pb/204Pb比值时，印度洋大洋玄武岩比太平洋-北大西洋大洋玄武岩具较高的208Pb/204Pb、207Pb/204 Pb、87Sr/86Sr和较低的143Nd/144Nd同位素特征，这一大规模的同位素差异称为DUPAL异常。对DUPAL异常的成因解释将更好地理解地幔不均一性成因机制。然而，自上世纪80年代以来，关于DUPAL异常的成因仍然是一直存在争议的重要问题。通常认为原始地幔是均一的，后期的DUPAL地幔不均一性可能是地球形成后早期壳-幔分异的结果。不同时代的蛇绿岩地球化学研究是验证这一问题的关键线索之一，将对DUPAL异常是否由地幔早期历史上壳-幔分异演化而形成提供有利的证据。同时，对具有DUAPL同位素特征的古洋地幔域的综合研究为从时间尺度上来理解DUPAL异常的起因提供了一个突破口，这对地球历史上地幔早期的不均一性随时间的演化关系进行很好的约束。比如前人对特提斯洋蛇绿岩的同位素研究表明DUPAL异常可以更早地追溯到印度洋打开之前。然而，古亚洲洋蛇绿岩这方面的研究相当少，尤其缺乏高质量的Pb同位素数据，所以至今为止对古亚洲洋地幔域的同位素属性仍然不够清楚。本文以古亚洲洋构造域新疆境内东、西准噶尔蛇绿岩单元内基性岩为研究对象，通过野外地质调查、室内岩相学，元素地球化学，同位素年代学(LA-ICPMS)和同位素地球化学(Sr、Nd和高精度Pb同位素)等综合研究；试图查明古亚洲洋地幔域的化学组成及同位素组成特征，为探讨地幔不均一性的成因提供约束。同时，收集整理了现代大洋MORB(太平洋和印度洋)，年龄较老的印度洋MORB(46Ma～140Ma)。典型特提斯洋(93Ma～350Ma古特提斯和新特提斯洋)构造域蛇绿岩单元内MORB型基性岩的Nd-Pb同位素数据，进一步与古亚洲洋蛇绿岩(300Ma～570Ma)同位素数据进行对比研究，确定了地球历史上地幔DUPAL同位素特征随时间的演化关系。本文主要获得了以下几个方面的认识：
1.为了获得高质量的Pb同位素数据，开发了高精度双稀释剂法Pb同位素TIMS测试方法，表明利用207Pb-204Pb双稀释法在TIMS上测定低含量Pb地质样品同位素比值，可以有效校正由质谱分析造成的同位素分馏效应，提高分析的精度和准确度。经过两年的实验室测试过程表明，同位素双稀释剂法和传统的Pb同位素测试方法相比，即使在仪器不同的运行状态和测试条件下，同位素双稀释法校正后的标样SRM981和地质岩石样品的Pb同位素数据变化范围明显变小，可为地球化学研究提供了高质量的Pb同位素数据。经过严格的仪器分馏外部校正后，数据在206Pb/204Pb，207Pb/204Pb和208Pb/204Pb的外部准确度(±2×SD)分别为0.004，0.003和0.006，特别是对低含量Pb的基性、超基性地质样品测试有很大的优势。
2.东准噶尔克拉麦里蛇绿岩中英云闪长岩LA-ICPMS锆石U-Pb定年为371Ma，表明蛇绿岩形成不晚于泥盆纪。蛇绿岩中的基性岩和中酸性岩均呈现出从LREE亏损到富集的地球化学特征。基性岩主要为拉斑质，中酸性岩为钙碱性的，部分具有类似玻安岩的成分特征。大部分岩石样品亏损HFSE，暗示了其形成过程与俯冲作用有关，部分亏损的基性岩和MORB相似。蛇绿岩Sr同位素明显被海水蚀变作用影响，Nd同位素反映源区的性质。高εNd(t)(11.3-6.2)同位素特征说明了一个亏损的MORB地幔为基性岩和中酸性岩共同的源区。结合Pb同位素特征，MORB型基性岩表现出DUPAL异常同位素特征。这也证明了古亚洲洋地幔在370Ma时存在一个类似于印度洋MORB型地幔。主、微量元素MELTS模拟结果显示，蛇绿岩从基性到中酸性岩经历了一个复杂的岩浆演化历史，但总体上岩浆的结晶分异或者部分熔融主要发生一个高温(1000～1200℃)低压(0.5Kbar～10Kbar)相对较浅的位置(<23 km)。基性岩高εNd值揭示了一个非常亏损的地幔楔源区，这可能是被之前俯冲过程中弧后盆地岩浆作用造成的。综合前人和本文的研究结果，认为克拉麦里蛇绿岩可能与洋脊热俯冲影响的岛弧或者弧前岩浆作用有关。
3.西准噶尔达拉布特蛇绿岩镁铁质岩呈现出N-MORB、E-MORB和似OIB的地球化学特征，通过对阿克巴斯套岩体中的浅色辉长岩LA-ICPMS锆石年龄测定，获得达拉布特蛇绿岩E-MORB型镁铁质岩的年龄为302±1.7Ma。N-MORB和E-MORB型基性岩全岩及单矿物Nd，Pb同位素特征呈现出DUPAL异常同位素特征，具有和古特提斯洋相同的地幔同位素特征，揭示了古亚洲洋和古特斯洋在晚古生代期间同时存在印度洋型亏损地幔。鉴于达拉布特蛇绿岩中E-MORB和似OIB型镁铁质岩成因的复杂性，结合前人研究成果，对辉长岩锆石U-Pb年龄所代表的意义存在两种可能性：(1)E-MORB型和似OIB型镁铁质岩可能是弧后盆地扩张后期的产物，代表蛇绿岩的年龄，其表明西准噶尔地区可能晚石炭纪还有洋盆存在；(2)E-MORB型镁铁质岩是蛇绿岩消亡阶段由于扩张脊和俯冲带碰撞作用而形成的弧前海山，形成时代晚于达拉布特主体蛇绿岩，但其成因与蛇绿岩的演化密切相关。本文侵向于第二种可能性，认为新疆北部晚石炭.早二叠可能仍存在活动陆缘，俯冲作用仍然存在，扩张脊俯冲形成的板片窗效应导致地幔楔，俯冲板片和沉积物等熔融促使基性岩浆向长英质酸性岩浆转变，从而引发了二叠纪大规模玄武质岩浆底侵，导致了该时期的构造-岩浆-成矿-造山作用的发生。
4.通过对古业洲洋蛇绿岩MORB型基性岩的高精度Nd-Pb同位素研究，揭示了古亚洲洋地幔域西段(新疆区域)具有DUPAL异常同位素特征，这种地幔同位素异常可以更早地追踪到370Ma，甚至到570Ma的古亚洲洋地幔域。结合特提斯洋地幔域及现代印度洋地幔域DUPAL异常同位素特征，表明自570Ma以来从古亚洲洋地幔域到特提斯洋地幔域均存在DUPAL同位素异常，DUPAL异常不仅是目前地球上存在规模最大同位素异常，也是地球历史上存在时间最长的同位素异常。如此长时间、大规模的同位素异常不能简单归因于某个大洋地幔域，DUPAL异常可能反映了地球历史上地幔的一种普遍过程。通过对古亚洲洋和特提斯洋构造域内不同时代蛇绿岩的DUPAL异常同位素特征的对比研究，本文从时间尺度上追踪了DUPAL异常的变化关系，结果表明在300Ma～400Ma之间，古特提斯洋和古亚洲洋地幔域DUPAL异常强度明显增高而出现一个“DUPAL峰”，究其目前众多研究者对DUPAL异常的起因，无论“DUPAL峰”的形成是由于深部地幔柱成因还是浅部地幔SCLM拆沉的影响，均需要在300Ma～400Ma之间地幔的高热梯度才能形成这种极端的DUPAL特征，这暗示了地球历史上此时地幔的某种热异常。根据DUPAL地幔随时间的演化关系我们提出了“地幔稀释效应”模型，即在300Ma～400Ma期间，地幔的异常高温使得大量岩石圈地幔物质或者活跃的地幔柱活动使得下地幔物质加入古洋地幔，增高了地幔DUPAL异常的强度在正常的印度洋DUPAL基准之上，在随后数百万年之中，由于地幔对流作用把DUPAL异常的强度逐渐弱化稀释而降低至现今的印度洋地幔DUPAL异常基准的水平。
5.对SSZ型克拉麦里蛇绿岩地幔源区受俯冲带岩浆作用的影响进行了定量模拟计算限定，模拟结果表明～98％的地幔源区Nd，Pb来自于俯冲MORB板片，只有≤2％的俯冲成分(包括经过5％部分熔融后的沉积物熔体和俯冲流体)加入亏损地幔便可以说明克拉麦里蛇绿岩内基性岩母岩浆的特征。