俯冲驱动的挥发分循环对地球内部和表生系统演化具有深远的影响，卤素作为重要的挥发分之一，对幔源岩浆性质以及生物大灭绝等起着重要的控制作用。大陆岩石圈地幔普遍受到了复杂的交代作用，对交代地幔捕虏体和深部钻石包裹体的已有研究显示出地幔卤素含量和比值存在巨大变化 (Cl: 0.4-1104 μg/g; Br/Cl: 0.0005-0.1)，可能反应了复杂的交代过程及地幔的不均一性。相比于地幔捕掳体，幔源岩浆岩来自更大的交代地幔源区，可以从更大的尺度反映源区的整体卤素特征。煌斑岩通常被认为是来自于交代地幔低程度部分熔融，这为研究交代地幔的卤素组成提供了重要的视角。此外，通过对这类富水岩浆岩的研究还能够揭示富水幔源熔体迁移过程中的卤素行为。

稳定的华北克拉通长期受到交代改造，而且自显生宙以来经历了多期次的俯冲交代事件。形成于华北克拉通破坏峰期的煌斑岩及玄武岩等幔源岩浆表现出富集流体活动性元素的岛弧型微量元素特征，是我们研究交代岩石圈地幔卤素组成的极佳对象。同时，相比于全球其他地区，华北克拉通古生代金伯利岩具有较高的卤素含量，暗示其大陆岩石圈地幔是一个潜在的具有较高卤素含量的储库。然而，关于此类强烈交代地幔卤素组成以及卤素在幔源熔体迁移过程中的行为还并不清楚。

为解决上述科学问题，中国地质大学（武汉）壳幔交换动力学科研团队博士生郑怡欣在导师汪在聪教授的指导下，利用团队创新开发的氟化氢铵消解法对华北克拉通东部破坏峰期形成的煌斑岩脉(130-120 Ma)进行了全岩卤素分析，并对角闪石斑晶进行了原位电子探针分析(图1)。

图1 研究区煌斑岩野外及镜下特征。煌斑岩整体非常新鲜，含有大量的角闪石、黑云母等含水矿物斑晶 (20–30 vol%)，指示其富含水等挥发分。

结果表明：

1）煌斑岩全岩卤素含量较低，与亏损地幔来源的N-MORB范围接近(Cl = 58–170 μg/g, Br = 285–559 ng/g, I <5 ng/g) (图2)，早期角闪石Cl含量同样很低(0.01-0.04 wt.%)，并没有预期的卤素富集。这与流体活动性大离子亲石元素Ba、Rb和K的显著富集难以匹配。

图2 研究区煌斑岩的全岩卤素含量。全岩的Cl和Br含量并不随MgO含量的变化而变化；与MORB和OIB不同，研究区煌斑岩的Cl和Br之间没有相关性；I含量低于检出限(5 ng/g)；中国东部金伯利岩卤素含量相比于全球其他地区的金伯利岩位于较高水平。

2）卤素通常与K和Ba具有相似的不相容性及流体活动性，然而，研究区煌斑岩的卤素与K和Ba发生了解耦，表现出卤素相对K和Ba强烈亏损的特征 (图3)。相比之下，同样起源于华北东部岩石圈地幔的古生代金伯利岩却具有高卤素含量的特征 (图2c)。考虑到华北克拉通在中生代再次叠加了多期次俯冲板片来源流体的影响，其中生代地幔源区应该是显著富含卤素的。因此，煌斑岩较为亏损的卤素特征更可能反映了富水熔体运移过程中的卤素丢失。

图3 Cl，Br，Ba和K与不相容性接近的流体不活动亲石元素Nb的比值。由于交代作用煌斑岩Ba/Nb和K/Nb比值相对于地幔源区升高但是Cl/Nb和Br/Nb并没有升高，卤素与K和Ba发生了解耦。煌斑岩的Cl/K和Br/K比值也远低于MORB和OIB。推测研究区煌斑岩卤素强烈亏损(卤素丢失程度> 90%)。

3）早期结晶的角闪石具有低Cl含量，意味着卤素的丢失可能发生在角闪石结晶之前（>15 km）。据此，我们进一步推测幔源富水熔体上升过程中的熔体-围岩反应、无水矿物的分离结晶等过程可能导致了熔体挥发分的饱和从而诱发了深部流体出溶造成了卤素大量的丢失 (图4)。该结果表明，除了地表去气外，地壳深部过程中卤素等挥发性元素也可能部分丢失，这也意味着通过煌斑岩或类似的富水岩浆全岩数据难以准确限定地幔或幔源岩浆的卤素组成。

图4 煌斑岩原始岩浆从富挥发分的交代岩石圈地幔中上升、运移、富卤素流体出溶及最终在中下地壳侵位过程概要图。

上述研究工作近期发表在American Mineralogist中。该项研究受到国家自然科学基金（42273023, 41722302）和国家重点研发计划(2016YFC0600103)等项目资助。

文章信息：

Zheng, Yixin, Wang, Zaicong*, He, Tao, Burgess, Ray, Zhu, Zhaoxian, Wang, Lian-Xun, Wang, Xiang, Hu, Zhaochu, Liu, Yongsheng, 2023. Heavy halogen compositions of lamprophyres derived from metasomatized lithospheric mantle beneath eastern North China Craton. American Mineralogist 108 (10) 1825-1839. https://doi.org/10.2138/am-2022-8693

参考文献：

Wang, X., Wang, Z.C., Cheng, H., Foley, S., Xiong, L. and Hu, Z.C., 2020. Early cretaceous lamprophyre dyke swarms in Jiaodong Peninsula, eastern North China Craton, and implications for mantle metasomatism related to subduction. Lithos, 368: 105593.

He, T., Hu, Z., Zhang, W., Chen, H., Liu, Y., Wang, Z., Hu, S., 2019. Determination of Cl, Br, and I in Geological Materials by Sector Field Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. Anal Chem 91, 8109-8114.