俯冲带是壳幔相互作用的重要场所，而来源于俯冲壳源物质的熔/流体能够强烈改变地幔的化学或矿物学特征，并会引起显著的地幔不均一性。华北克拉通是研究俯冲相关地幔交代的理想场所，其东部岩石圈地幔在显生宙以来经历了复杂的交代历史，而三叠纪的扬子陆壳俯冲以及侏罗纪古太平洋俯冲作用更是强烈改变了地幔的物理化学性质 (Wu et al., 2019; Zhao et al., 2013), 这些作用最终导致了华北克拉通在早白垩世发生破坏, 且使其在短时间内爆发出了大量的镁铁质岩浆岩和近同期的巨量金矿床 (Zhu et al., 2015)。尽管目前对于华北克拉通破坏的机制已经相对清楚，但是对俯冲相关的地幔交代作用机制，以及它们作用在东部岩石圈地幔的范围和程度还存在一些争议。

图1. 华北克拉通东部早白垩世代表性的岛弧型镁铁质岩浆岩的分布、年龄、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_(t)和εNd_(t)值

针对这一问题，综合已有研究，中国地质大学（武汉）硕士研究生汪翔在汪在聪教授的指导下，与团队成员和其他合作者，对华北克拉通东部胶东半岛早白垩世的煌斑岩进行了系统性的野外采样，岩相学，主微量，锆石U-Pb以及全岩Sr-Nd-Pb同位素分析，并统计了近同时期出露于胶东半岛和鲁西一带的镁铁质岩浆岩数据（图1）。

他们发现这些早白垩世煌斑岩（130 Ma）具有非常一致主微量元素以及Sr-Nd-Pb同位素组成，这表明它们来自于相似的交代岩石圈地幔源区。同时，它们还与胶东半岛、鲁西南部（如方城, 费县）近同时期出露的镁铁质岩浆岩（煌斑岩，玄武岩，辉长岩等）具有一致富集的Sr-Nd同位素组成, 这暗示它们的岩石圈地幔源区可能经历了相似的地幔交代历史。考虑到这些基性岩具有与苏鲁-大别（超）高压变质岩相似的Sr-Nd-Pb同位素组成，结合它们所含有的新元古代继承锆石，这些特征综合表明它们的源区可能存在扬子陆壳物质的加入，使得岩石圈地幔发生了显著的交代富集（图2）。

图2. 煌斑岩以及胶东半岛和鲁西南部近同期的岛弧型和洋岛型镁铁质岩浆岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_(t)和εNd_(t)作图

同时，这种大规模俯冲的扬子陆壳物质又造成了华北克拉通东部岩石圈地幔空间上的不均一性。在华北克拉通东部，这些形成于扬子陆壳俯冲-碰撞后的基性岩浆岩的εNd_(t)从南到北呈现逐渐降低的趋势（图1和图3），可能反映扬子陆壳对华北克拉通从南到北逐渐减弱的影响，这与前人研究鲁西地区同位素的变化是一致 (Yang et al., 2012a; Yang et al., 2012b)。尽管这些区域还可能存在有古老或中生代拆沉下地壳相关的地幔交代作用 (Gao et al., 2008; Huang et al., 2012)，但是整个华北克拉通东部大范围，系统性的同位素变化更可能反映的是扬子陆壳俯冲物质从南到北逐渐减弱的影响。此外，苏鲁造山带在中生代沿着郯庐断裂带左行走滑约500km，这个过程也可能会使原本在鲁西一带的地体被向北拖拽到现在的胶东半岛甚至辽东半岛一带。如果是这样，这个过程不仅可以解释早白垩世胶东半岛镁铁质岩浆岩与鲁西南部镁铁质岩浆岩相似的Sr-Nd-Pb同位素特征（图2），也可以解释郯庐断裂带东西两侧相似的同位素变化趋势（图1和图3）。这种富集的交代地幔在侏罗世进一步受到了来源于古太平洋俯冲物质的交代，使得岩石圈地幔强烈水化，并在白垩世出现大量富水的基性岩浆岩（煌斑岩，玄武岩）(Liang et al., 2019; Wang et al., 2020)。在经历了两期主要的俯冲交代事件后，强烈富集和富水的地幔在早白垩世伸展构造下大规模熔融，产生了大量岩性不同，但近同期形成并具有富集Sr-Nd-Pb同位素组成的镁铁质岩浆岩。

图3. 华北克拉通东部岩石圈地幔εNd(t)随着时间和空间的变化，整体呈现从南到北逐渐减弱的趋势。注：480Ma的华北克拉通交代地幔演化到130Ma不足以解释极低的εNd(t)，反映俯冲地壳物质的显著影响。

该研究在前人的研究基础之上，进一步指出华北克拉通东南部岩石圈地幔在中生代受到了多期次的俯冲相关地幔交代作用，这种大范围不均一的地幔交代作用可能为早白垩世大规模的岩石圈减薄，镁铁质岩浆作用以及巨量的金属成矿作用奠定了基础。

上述成果得益于中国科学家对华北东部克拉通演化长期深入的研究，受“国家重点研发计划‘深地资源勘查开采’重点专项(2016YFC0600103)”资助，发表在国际地学期刊Lithos上。

文章信息：Wang, X., Wang, Z.*, Cheng, H., Foley, S., Xiong, L., Hu, Z., 2020. Early cretaceous lamprophyre dyke swarms in Jiaodong Peninsula, eastern North China Craton, and implications for mantle metasomatism related to subduction. Lithos, 368-369: 105593. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105593

References

Wu, F.-Y., Yang, J.-H., Xu, Y.-G., Wilde, S.A., Walker, R.J., 2019. Destruction of the North China Craton in the Mesozoic. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 47(1): 173-195.

Zhao, Z.-F., Dai, L.-Q., Zheng, Y.-F., 2013. Postcollisional mafic igneous rocks record crust-mantle interaction during continental deep subduction. Scientific Reports, 3(1): 3413.

Zhu, R. et al., 2015. Decratonic gold deposits. Science China Earth Sciences, 58(9): 1523-1537.

Yang, D.-B., Xu, W.-L., Pei, F.-P., Yang, C.-H., Wang, Q.-H., 2012a. Spatial extent of the influence of the deeply subducted South China Block on the southeastern North China Block: Constraints from Sr–Nd–Pb isotopes in Mesozoic mafic igneous rocks. Lithos, 136-139: 246-260.

Yang, Q.-L., Zhao, Z.-F., Zheng, Y.-F., 2012b. Slab–mantle interaction in continental subduction channel: Geochemical evidence from Mesozoic gabbroic intrusives in southeastern North China. Lithos, 155: 442-460.

Gao, S. et al., 2008. Recycling deep cratonic lithosphere and generation of intraplate magmatism in the North China Craton. Earth and Planetary Science Letters, 270(1-2): 41-53.

Huang, X.-L., Zhong, J.-W., Xu, Y.-G., 2012. Two tales of the continental lithospheric mantle prior to the destruction of the North China Craton: Insights from Early Cretaceous mafic intrusions in western Shandong, East China. Geochimica et Cosmochimica Acta, 96: 193-214.

Liang, Y. et al., 2019. Water Contents of Early Cretaceous Mafic Dikes in the Jiaodong Peninsula, Eastern North China Craton: Insights into an Enriched Lithospheric Mantle Source Metasomatized by Paleo–Pacific Plate Subduction–Related Fluids. The Journal of Geology, 127(3): 343-362.

Wang, Z.-Z., Liu, J., Xia, Q.-K., Hao, Y.-T., Wang, Q.-Y., 2020. The distribution of water in the early Cretaceous lithospheric mantle of the North China Craton and implications for its destruction. Lithos: 105412.