板內(nèi)洋島玄武巖oib的成因來自地球化學(xué)的證據(jù)

如果事實與理論不一致，則事實將改變。——愛因斯坦這是愛因斯坦廣為流傳但不知出處的一句話.與此相近有出處的話來自我個人的書面交流:“所有事實都有半衰期,真理也是如此”(MichaelJ.O’Hara,1984,2007);“巖石成因?qū)W的歷史就是不斷改寫巖石成因的歷史”(PeterJ.Wyllie,2005).我認為,這些話對我們每一位做科學(xué)的人來說都具有很好的警示作用.其實許多所謂的事實并不是事實,而是解釋、經(jīng)驗甚至是流傳已久的傳說.就概念而言,區(qū)別解釋和事實并不難,但付諸行動并非易事.比如,野外觀察的現(xiàn)象未必都能當(dāng)作事實,因為它的含義是由觀察者決定的.最普遍的問題是,我們常常不由自主地把一些權(quán)威解釋當(dāng)成事實或者理所當(dāng)然的認為這些解釋是正確的.這既不健康又阻礙了科學(xué)的發(fā)展.更糟的是,當(dāng)發(fā)現(xiàn)權(quán)威解釋有錯時,我們沒有勇氣去挑戰(zhàn)它(也許原因很復(fù)雜),也沒有勇氣承認先前在支持權(quán)威解釋時自己所犯的錯誤.以上所述對科學(xué)研究具有普遍意義,尤其和本文專題有關(guān)——板內(nèi)洋島玄武巖(OIB)起源的研究歷史和當(dāng)前觀點.這個命題是當(dāng)代固體地球巖石學(xué)和地球化學(xué)最基本的問題之一,我自己也深入其中.認識到大洋玄武巖地幔源區(qū)的不均一性以及OIB比分布廣泛的MORB更富集不相容元素這兩個特點,Hofmann和White提出“古洋殼地幔柱”理論,明確指出OIB的地幔源區(qū)物質(zhì)是循環(huán)洋殼(即ROC模型).ROC模型普遍被認為是正確的,這在過去的27年里影響了很多人,幾乎整個領(lǐng)域,在某一時期也包括我自己.我第一個做出了洋底玄武巖高質(zhì)量的微量元素數(shù)據(jù).這些數(shù)據(jù)的某些方面可以用ROC模型來解釋:Niu和Batiza“TraceelementevidencefromseamountsforrecycledoceaniccrustintheeasternequatorialPacificmantle”.但是我很快認識到這些數(shù)據(jù)整體上與ROC解釋不符.從最基本的巖石學(xué)、地球化學(xué)和礦物物理學(xué)[3~5]上來說,ROC都不可能是OIB的主要源區(qū)物質(zhì).Hofmann及其合作者又發(fā)表了一系列文章來極力維護ROC模型,卻沒有對Niu和O’Hara提出的許多基本質(zhì)疑做任何回應(yīng).在這里,我提供一些新論點并用已有數(shù)據(jù)和已知觀察來討論OIB源區(qū)物質(zhì)的性質(zhì)和它們的巖石學(xué)成因.我并不期望所有的讀者都贊同我的觀點,但是我努力讓讀者體會到我的觀點是客觀的,我的結(jié)論是建立在對觀察的合理解釋上,并且經(jīng)過認真思考,經(jīng)得起邏輯推敲的.1oib源區(qū)的物質(zhì)組構(gòu)意義原始地幔(PM)是整個地球的硅酸鹽部分.如果我們假定PM在成分上均一,我們必須解釋為什么洋中脊玄武巖(MORB)的地幔源區(qū)中同位素和不相容元素都要比OIB的地幔源區(qū)更加虧損.地球演化早期[8~10]MORB地幔由于大陸地殼的抽取而變得虧損,因此OIB源區(qū)比MORB源區(qū)富集.但是,OIB源區(qū)不僅僅是富集些,而且比PM還富集不相容元素.并且島與島之間、島群與島群之間,不相容元素的豐度和比值及放射性同位素的比值變化很大.因此,OIB的地幔源區(qū)物質(zhì)在任何尺度上都是不均一的.如果假定整個地幔(或其絕大部分)都是處于固體狀態(tài)且在固體狀態(tài)下元素幾乎不分餾,那么我們可以合理地認為發(fā)生在上地幔和地殼中的地球過程(例如巖漿作用,變質(zhì)作用,差異風(fēng)化,遷移和沉積作用等)是引起元素分餾的原因.這些淺部或近地表的已分餾物質(zhì)可通過俯沖帶被帶到大洋玄武巖的地幔源區(qū).從這個意義上講,是板塊構(gòu)造和殼幔循環(huán)導(dǎo)致了地幔物質(zhì)的不均一性.在認識地幔物質(zhì)不均一性的眾多努力當(dāng)中,Hofmann和White的ROC模型是從板塊構(gòu)造的角度上來看問題的.他們認為“洋殼在俯沖帶回到地?！罱K,由于內(nèi)部的加熱而變得不穩(wěn)定(在核幔邊界處(CMB),見文獻),形成熱底辟穹窿,導(dǎo)致地幔柱,最終引起熱點火山作用,形成洋島玄武巖.”他們同時強調(diào)循環(huán)的古洋殼——OIB的源區(qū),相對于更加“虧損”的MORB源區(qū)更加富集K,Rb,U,Th和輕稀土元素.盡管在一些細節(jié)上存有爭議,ROC模型的主體思想自1982年以來已被固體地球科學(xué)家們普遍接受,當(dāng)然這不包括Niu及其合作者以及他們的贊同者.一些作者提出俯沖下去的陸源物質(zhì)應(yīng)該是造成OIB富集不相容元素的原因[16~18].另一些人則強調(diào)使OIB富集的重要途徑是地幔交代作用[3,4,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28].2roc模型的地球化學(xué)痕跡Niu和O’Hara從簡單的巖石學(xué)、微量元素/同位素和礦物物理學(xué)方面闡述了古循環(huán)洋殼不可能是OIB的主要源區(qū)物質(zhì).需要指出的是,盡管其量可能很小但我們?nèi)圆荒芘懦齇IB源區(qū)當(dāng)中存在循環(huán)洋殼物質(zhì)的可能性.假定:(1)板塊構(gòu)造始于30億年前(未知,見文獻),(2)最老的洋殼在俯沖于地幔之前不老于250Ma,(3)洋殼平均厚度為5km,那么30億年以來循環(huán)洋殼的總量會是整個地幔的~1.5wt%(如果地幔對流涉及整個地幔)或者上地幔的~6wt%(如果地幔對流僅局限于上地幔).因此,純粹從統(tǒng)計學(xué)的角度來講,OIB源區(qū)中應(yīng)該存在有古老俯沖洋殼的物質(zhì).然而,洋殼的物質(zhì)在地幔條件下密度很大,很難理解密度如此大的物質(zhì)是如何整體上升到OIB源區(qū)的.另一方面,如果從化學(xué)地球動力學(xué)角度仔細分析一下一些被人們普遍接受的觀點,我們很容易看出用ROC模型來解釋OIB簡直是不可能的.圖1展示了這種分析.熔融不相容元素相當(dāng)虧損的ROC怎么能產(chǎn)生不相容元素高度富集的OIB呢(圖1的步驟4)?圖2比較了OIB平均組成(文獻[19,30]不同方法獲得,但很相近)和N-MORB平均值及洋殼平均值.顯然,洋殼(進入地幔后是ROC)不可能是OIB的源區(qū).實際上,計算已經(jīng)表明ROC和PM部分熔融都不能產(chǎn)生OIB.也就是說,OIB所需要的源區(qū)物質(zhì)必須比PM還要富集(如[La/Sm]PM≥1),更不用說不相容元素相當(dāng)虧損的洋殼了(如[La/Sm]PM<1).Hofmann及其合作者不理睬這些最基本的,簡單明了的分析,仍然堅持用ROC模型來解釋OIB.Sobolev等人認為夏威夷火山巖中橄欖石熔體包裹體記錄了古循環(huán)輝長巖(下洋殼)中的斜長石信息.然而,寄主橄欖石是從地殼巖漿房里正在冷卻演化的熔體中結(jié)晶出來的液相線礦物,被包裹的熔體不可能是與地幔礦物達到平衡的原生巖漿.因此,用橄欖石熔體包裹體來反演地幔源區(qū)或地幔過程時應(yīng)當(dāng)謹慎,避免基本概念的錯誤.Sobolev等人認為,夏威夷熔巖中橄欖石Ni含量很高反映了在地幔源區(qū)中存在大量的ROC.ROC首先熔融產(chǎn)生SiO2飽和熔體,該熔體與方輝橄欖巖反應(yīng)產(chǎn)生沒有橄欖石的輝石巖.源區(qū)中橄欖石的缺失可解釋母巖漿中的高Ni含量,因此淺部巖漿房富Ni熔體可結(jié)晶出高Ni橄欖石斑晶.盡管這樣的解釋似乎有道理,但簡單的相平衡研究要求夏威夷玄武巖源區(qū)中必須有橄欖石存在.并且,橄欖石Ni分配系數(shù)和質(zhì)量平衡分析證明Sobolev等人夏威夷熔巖和橄欖石的計算方法和解釋是錯誤的.最重要的是,前述OIB源區(qū)無橄欖石模型根本不能解釋夏威夷OIB高度富集不相容元素的基本特征(圖2).Sobolev等人進一步強調(diào)橄欖石斑晶的Ni含量可以用來估計大洋和大陸玄武巖地幔源區(qū)中ROC的比例.他們觀察到噴發(fā)在厚巖石圈上(>70km)的玄武巖當(dāng)中橄欖石Ni含量高,薄巖石圈(<70km)玄武巖中橄欖石Ni含量低,MORB橄欖石Ni最低.實際上這是因為巖石圈厚度控制了熔融時的壓力,或者說是“頂蓋效應(yīng)”.也就是說,熔融壓力或者熔體平衡的最終深度隨著巖石圈(頂蓋)厚度的增加而增加,而橄欖石Ni分配系數(shù)隨著壓力的增加而減小.因此,厚巖石圈上的母巖漿是高壓高Ni熔體,而薄巖石圈上的母巖漿是低壓低Ni熔體.所以淺部巖漿房中結(jié)晶出來的橄欖石斑晶的Ni含量與母巖漿中Ni含量成正比,厚巖石圈之上玄武巖Ni含量高,而薄巖石圈之上玄武巖Ni含量低.ROC在OIB源區(qū)中的量隨巖圈的增厚而變多也許有可能,但這缺乏基本物理推理和科學(xué)基礎(chǔ).相對而言,簡單的相平衡控制則更合乎邏輯.總之,從統(tǒng)計學(xué)上講大洋玄武巖源區(qū)可以存在ROC物質(zhì).因此,盡管密度很大的ROC如何從下地幔(全地幔對流)或者從過渡帶(如果地幔對流僅局限于上地幔)整體上升到大洋玄武巖源區(qū)的機制仍未解決,大洋玄武巖中出現(xiàn)ROC的地球化學(xué)痕跡不足為奇.然而,如Niu和O’Hara所闡述,ROC模型存在的基本概念問題太多,幾乎無法解釋OIB的任何主要特征.讀者可從文獻中看到ROC模型的諸多問題,尤其是OIB中缺少俯沖帶變質(zhì)作用和巖漿作用的地球化學(xué)痕跡.在這里我只強調(diào)循環(huán)洋殼太虧損(如[La/Sm]PM<1),不可能是不相容元素高度富集的OIB的主要源區(qū)物質(zhì)(圖2).我特意展示圖3(文獻)希望能有一場真正的客觀的科學(xué)大討論.3oib的相對富集許多學(xué)者認為OIB富集不相容元素與俯沖的陸源沉積物有關(guān)[16,17,18,39,40,41,42,43].從地幔對流和殼幔循環(huán)的板塊構(gòu)造角度來說,陸源沉積物很有可能被運移到大洋玄武巖的源區(qū)中.問題在于這些沉積物是否就是OIB中見到的富集組分.在REE配分圖(圖4(a))上,平均OIB與陸殼整體成分和全球俯沖沉積物成分(GLOSS)很相近,但是參照其他元素(圖4(b))我們很容易看到問題.CC和GLOSS具有虧損Nb,Ta,P和Ti,富集Pb的特征,這種“陸殼特征”很明顯.如果陸源沉積物真是OIB中的富集組分的話,則會把這種特征賦予OIB.但實際上,OIB相對富集Nb(vs.Th)和Ta(vs.U),而不是虧損(圖4(b));文獻).具有明顯“陸殼特征”的“似-OIB”至今僅在印度洋的Naturaliste海臺及太平洋Savai’i洋島的個別熔巖中觀察到,但其確切成因有待進一步研究.值得注意的是,最近Rapp等人做了陸源沉積物的高壓(16~23GPa)試驗.他們發(fā)現(xiàn)高壓穩(wěn)定的礦物組合中含有15%~30%的K-hollandite并且這種礦物相在很大程度上控制了全巖不相容元素、大離子親石元素(LILEs,如Rb,Ba,Sr,K,Pb,La,Ce和Th)的含量.他們進一步指出若將K-hollandite與皮特克恩島EM-1型洋島玄武巖及其相關(guān)海山和Gaussberg鉀鎂煌斑巖進行元素豐度和比值對比,可以看出在這些熔巖的源區(qū)中存在高度循環(huán)的陸源沉積物.他們認EM-1型OIB儲庫,尤其是Gaussberg鉀鎂煌斑巖,不相容微量元素特征普遍與深達過渡帶的含K-hollandite大陸沉積物有關(guān).但是他們沒有考慮Nb,Ta,Zr,Hf和Ti就下此結(jié)論.分析他們的實驗數(shù)據(jù),可以很容易看出所謂的具有高壓礦物組合的高壓陸源沉積物本質(zhì)上與BCC和GLOSS的微量元素特征一致(圖5).Willbold和Stracke已經(jīng)指出OIB端元如EM1,EM2和HIMU不可能僅僅從微量元素上識別出來.因此,Rapp等人的實驗結(jié)果不能支持他們的結(jié)論.如果俯沖物質(zhì)能夠在俯沖帶改造后幸存的話,大陸沉積物在地幔條件下仍然可以保持他們的微量元素特點(見后文).總之,盡管把陸源沉積物做為OIB源區(qū)的富集組分很方便,但是OIB的確沒有CC或者GLOSS的元素地球化學(xué)特征(見圖4).Rapp等人的試驗數(shù)據(jù)不支持他們的結(jié)論.實際上,不論大陸沉積物是否被壓縮(如在地幔條件下)他們都有相同的特征不足為奇,因為實驗艙是個封閉體系,所分析的絕大多數(shù)元素沒有帶入和帶出.4巖石圈內(nèi)的不相容元素OIB源區(qū)物質(zhì)比原始地幔更富集不相容元素([La/Sm]OIBSource>[La/Sm]PM[3,4,5,12,13,19,20]),并且越不相容的元素越富集(圖6).這些觀察表明OIB源區(qū)經(jīng)歷了熔融程度較低的熔體的富集過程,亦即,地幔交代作用.地幔交代作用指地幔橄欖巖(原始地?；蛘咔捌谌廴跉埩?被熔融程度較低(low-F)、富含揮發(fā)分(H2O和CO2)和不相容元素的熔體滲透,疊加和富集的過程.這種low-F“交代熔體”是在研究地幔熔體,地幔包體[52~56],出露于陸殼的塊狀橄欖巖中的交代礦物(如角閃石,金云母)和脈巖(如石榴子石輝巖,輝巖和角閃巖)以及洋島玄武巖中的地幔包體時推斷出來的.但是,在什么地方,在怎樣的條件下,這種lowF熔體交代作用在地幔中是如何發(fā)生的等問題則討論的不夠充分.俯沖帶上部的地幔楔是合適的選擇(見文獻),但是那里的交代介質(zhì)會有島弧巖漿的特征([Nb/Th]PM(IAB)<<1,[Ta/U]PM(IAB)<<1),而MORB和富集不相容元素的OIB都是[Nb/Th]PM(MORB,OIB)≥1,[Ta/U]PM(MORB,OIB)≥1.的確,大洋巖石圈底部和地震波低速帶(LVZ)頂部的交界處是地幔交代作用的理想位置.圖7展示了大洋巖石圈揮發(fā)分(如H2O,CO2)和不相容元素.位于這個深度的熔體由于浮力作用將會聚集在LVZ頂部形成一在成熟之前(~70Ma)由于LVZ物質(zhì)(紅箭頭)從底部加入隨時間變化而增厚的過程.“起始”熔體的形成和存在即是LVZ的需要又是LVZ的特征[4,28,61,62,63,64],它富集富熔體層(綠色,圖7).在巖石圈生長過程中,最上面的LVZ物質(zhì)形成尖晶石/石榴子石二輝橄欖巖新生巖石圈.來自富熔體層的low-F熔體匯集上升結(jié)晶出液相線礦物加入橄欖巖圍巖(顯性交代作用),形成“堆晶”巖脈(如石榴輝石巖、角閃輝石巖和角閃巖巖脈;黃色巖脈),最后被橄欖巖圍巖礦物所吸收(隱性交代作用).一塊地幔體(也許是“地幔柱”?)上升,減壓至液相線時發(fā)生部分熔融.這些“地幔柱”熔體可從熔體層(綠色,圖7)中獲得額外的不相容元素使之更富集.“地幔柱”熔體可繼續(xù)上升穿過巖石圈并同化早期形成的交代巖脈,使得最終噴發(fā)出的OIB熔體更加富集.顯然,噴發(fā)的OIB熔體可能會有3個組分:(a)來自深部的“肥沃”易熔幔源物質(zhì)(地幔柱?),(b)熔體層(綠色),(c)同化的早期交代巖脈(圖7).我們必須認識到來自地幔深處的易熔物質(zhì)(組分“a”)體積上占主導(dǎo)地位,成份是橄欖巖.組分“a”很有可能是再循環(huán)的,古老大洋巖石圈深部的交代橄欖巖(見圖7).組分“a”對OIB來說是必須的,因為它解釋了玄武質(zhì)/苦橄質(zhì)成份和眾多OIB不相容元素與放射性同位素耦合性的成因.這種耦合要求形成交代地幔的時間(圖7)與火山噴發(fā)時間之間約有10億年的間隔.組分“b”和“c”對同時代OIB火山作用不是必要組分,但是若有它們加入將會產(chǎn)生極度富集的熔巖,比如洋島及一些海山上常見的堿性玄武巖、碧玄巖、霞石巖.在這種情況下,由于近期的交代作用(圖7)引起的元素母體和子體分餾還沒有足夠的時間生成放射性同位素,不相容元素和放射性同位素可能會失去耦合性.例如,近期的交代作用造成了不相容元素富集和放射性同位素虧損同時出現(xiàn).年輕洋底(<3Ma)遠離洋中脊的海山上出現(xiàn)強堿性玄武巖表明與LVZ有關(guān)的交代作用是個快速過程.這個現(xiàn)象和前面的討論說明大洋巖石圈在它早期的~70Ma從底部增長的歷史就是大洋地幔巖石圈交代作用的歷史(圖7).因此,地幔巖石圈交代作用是廣泛存在的現(xiàn)象.如果LVZ存在,且?guī)r石圈生長是從底部增加的,地幔巖石圈交代作用不可避免,這對大陸背景也同樣適用.比如,中國東部近期巖石圈加厚必定伴隨著這種交代作用.5地潭對流軟流圈的發(fā)育McKenzie和O’Nions認為大陸巖石圈地幔(SCLM)也可能是OIB的重要物質(zhì)源區(qū).SCLM在組成上總體虧損(即缺乏玄武質(zhì)組分),因此在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為密度低,浮力大的特征.其作為OIB源區(qū)物質(zhì)的富集組分指SCLM中地幔交代成因的礦物組合,如地幔包體[52~56]和暴露地殼的塊狀橄欖巖中的交代礦物(角閃石,金云母)和脈巖(石榴子石輝巖,輝巖和角閃巖)所示.因此,SCLM中的交代作用在成因上和大洋巖石圈中的相同(見第4部分),盡管除了澳大利亞東部、中國東部和大陸裂谷地區(qū)之外,LVZ在大陸巖石圈之下尚不發(fā)育.理解交代SCLM如何介入大陸地幔巖漿作用比較直截了當(dāng),但交代SCLM是如何進入OIB源區(qū)的則不甚明了.這需要交代SCLM參與到地幔對流(軟流圈)系統(tǒng)中來.SCLM拆沉是被廣泛借用的“過程”,但是低密度的SCLM掉進高密度的軟流圈在物理上是很難實現(xiàn)的,盡管我們對于這個“過程”的機制仍然了解不多.我堅持認為SCLM底部加水弱化(hydration-weakening)是把巖石圈地幔轉(zhuǎn)化成軟流圈地幔最有效的機制,如中生代以來中國東部巖石圈的減薄.中國東部地幔地震剖面上可以明顯看到存在古太平洋巖石圈平臥在地幔過渡帶,它提供了水源.脫水作用產(chǎn)生的含水熔體上升,有效地弱化了巖石圈底部使其轉(zhuǎn)化成軟流圈.值得注意的是,當(dāng)人們借用“巖石圈拆沉”的“過程”時,所討論的地區(qū)均與大洋俯沖有關(guān),大洋巖石圈俯沖要么同時要么稍微早些,如安第斯南部、USA西部、地中海西部和西藏等.另一方面,“公認的”超級地幔柱或諸多小地幔柱均存在于非洲巖石圈之下,然而非洲大陸巖石圈的減薄非常有限,且僅僅與活動裂谷帶或古縫合線有關(guān).這就是說,如果非洲大陸之下的確存在熱地幔柱的話,熱侵蝕并不能夠有效地引起巖石圈減薄,而“加水弱化”應(yīng)該是巖石圈減薄的重要和有效的機制——非洲板塊之下沒有大洋巖石圈俯沖,現(xiàn)在沒有,近期也沒有,也就是說沒有水被帶到非洲巖石圈之下.離非洲板塊最近的板塊邊界是大洋中脊:南大西洋中脊、西南印度洋中脊、中部印度洋中脊和紅海擴張中心(見文獻).同樣值得關(guān)注的是,不管中國東部和澳大利亞東部巖石圈減薄的歷史和實際機制如何,它們現(xiàn)今的巖石圈——軟流圈結(jié)構(gòu)與洋盆[69~71]之下的情形相似,我個人認為這是由成熟的LVZ造成的,因為有水和含水熔體存在.6氮原螯蝦和雙亞oib的“起始”流體交代脈巖(輝石巖、角閃巖,其他含角閃石和金云母礦物組合和粒間富集組分等)在大洋和大陸巖石圈的深部普遍存在,說明有來自LVZ的交代介質(zhì).OIB中越不相容的元素越富集(圖6)表明交代介質(zhì)是富H2O和CO2的硅酸鹽質(zhì)熔體.最近幾年,碳酸鹽熔體作為交代介質(zhì)很流行[72~74],但是碳酸鹽熔體和OIB的微量元素特征大不相同[75~76],作為OIB的交代介質(zhì)是不合適的.既然認為交代介質(zhì)是富H2O,CO2的“起始”硅酸鹽熔體,我們必須討論H2O,CO2(或其他還原形式,如CH4)的來源.很多直接或間接的證據(jù)表明地幔中有大量揮發(fā)分,一些可能是初始的,一些可能經(jīng)過了板塊構(gòu)造循環(huán).例如,俯沖帶脫水作用必然是不完全的,中國東部之下地幔過渡帶的古太平洋巖石圈經(jīng)歷了等壓加熱和脫水之后成為最可能的水源.脫水作用應(yīng)該是中國東部下LVZ形成的主要原因,類似于洋盆下的上地幔結(jié)構(gòu).在地幔深處,揮發(fā)分可能存在于其他穩(wěn)定“無水”礦物相中,而在上地幔軟流圈則可以“自由氣相”存在并引發(fā)“起始”熔融和LVZ的形成.7關(guān)于pb同位素的端元及其形成時代我尚未涉及放射性同位素不是因為它們不重要,而是因為至少在過去的25年中針對地幔不均一性和OIB源區(qū)多樣性的討論過多地關(guān)注放射性同位素卻沒有多大進展.我認為,用來解釋OIB源區(qū)同位素不均一性的模型是否可靠要看它能否通過最基本的巖石學(xué)、主量/微量地球化學(xué)性質(zhì)的檢驗(Niu和O’Hara具體討論過這些問題).如果一個模型經(jīng)不起最基本的巖石學(xué)、地球化學(xué)檢驗,那么它對同位素不均一性的解釋則毫無意義.如果一個模型不能解釋簡單的同位素體系如Rb-Sr,Sm-Nd和Lu-Hf,那么它對更復(fù)雜的同位素系統(tǒng)如U-Pb和Th-Pb的解釋也沒有意義.全球MORB和OIB數(shù)據(jù)表明雖然地幔物質(zhì)組成變化很大,且歷史復(fù)雜,但地幔同位素Sr-Nd,Sr-Hf,Nd-Hf的近線性關(guān)系可用兩個端元的混合來解釋,即由一個富集端元(富放射性Sr和貧放射性Nd,Hf)和一個虧損端元(貧放射性Sr,富放射性Nd,Hf)的混合.正是因為基于對OIB中Pb同位素的考慮,我們才意識到全球地幔同位素的變化及其多端元性(如DM,EM1,EM2,HIMU)(圖8).地球早期大陸地殼從地幔的“熔離”導(dǎo)致了虧損的MORB地幔(DM)[8~10],但是OIB端元的形成仍然是個謎.這些端元中同位素比值的不同反映了它們地幔源區(qū)放射性母體和子體比值(P/D,如Rb/Sr,Sm/Nd,U/Pb和Th/Pb)的差別,從而導(dǎo)致了它們隨時間演化而具有不同的同位素比值(圖8).假定:(1)地核與地幔同位素不均一性無關(guān),(2)PM在地核形成后成分上均一,(3)地幔深部固態(tài)下由于元素擴散速率很慢幾乎沒有P-D的分餾,那么任何P/D分餾都是上地幔和地殼過程(如部分熔融、巖漿分異、交代作用、差異風(fēng)化、遷移和沉積作用)造成的.這些被淺部和地表作用改造過的物質(zhì)(SSPM)俯沖下去之后必定成為造成地幔成分不均一性的主要介質(zhì).這種不均一性被廣泛認為與特定的俯沖組分有關(guān):(1)俯沖的上地殼高Rb/Sr、低Sm/Nd陸源沉積物與EM2型熔巖有關(guān);(2)俯沖的遠洋沉積物、虧損的大洋巖石圈和被交代的大陸巖石圈與EM1型熔巖有關(guān);(3)俯沖的高U/Pb和具有其他合適P/D比值的蝕變洋殼與HIMU地幔源區(qū)有關(guān)[18,30,39,40,49,80,81,82].盡管這些解釋似乎合理,它們?nèi)匀挥械?部分和第4部分所提到的問題.而且,不嚴(yán)格了解俯沖帶變質(zhì)作用對元素分異的影響,這些解釋無法驗證,因此難能有效.圖9說明俯沖SSPM經(jīng)過俯沖帶時可以(也一定會)被改造,所以任何有關(guān)俯沖帶變質(zhì)作用的有效模型都應(yīng)該能定量地描述不同原巖在不同條件下元素的分配規(guī)律.也就是說,我們不能單純地用OIB同位素來推斷最初俯沖沉積物(多種類型)或者蝕變洋殼的化學(xué)組成.我們必須獲取并鑒定出這些“俯沖物”通過俯沖帶之后的化學(xué)特性.因此,研究俯沖帶變質(zhì)作用的地球化學(xué)結(jié)果是認識地幔同位素不均一性的關(guān)鍵.8pb和th-pb同位素系統(tǒng)不存(1)近年來固體地球化學(xué)最基本的進展之一是在大洋玄武巖尤其是OIB的研究中認識到了地幔化學(xué)和同位素組成上的不均一性.全球尺度上Sr-Nd-Hf同位素之間的相對簡單變化