大陆岩石圈地幔异剥橄榄岩化的证据和意义*

林阿兵 戴宏坤 张宏福,3

1. 西北大学地质学系，大陆动力学国家重点实验室，西安 710069 2. 中国地质大学，地质过程与矿产资源国家重点实验室，武汉 430074 3. 浙江大学地球科学学院，杭州 310058

岩石圈具有较低的密度和较高的黏度，使其像冰山一样漂浮在软流圈之上，为生命繁衍生息提供了基本的生存空间。大陆岩石圈通常包含刚性的地幔根，能有效防止软流圈对流造成的破坏，使地壳得以保持相对稳定并长期存在(Carlsonetal., 2005; Menziesetal., 2007; Pearson and Wittig, 2008; 吴福元等, 2008; 高山等, 2009; Aulbach, 2012; 夏群科和郝艳涛, 2013; 周新华等, 2013; Liuetal., 2021; 郑建平等, 2021)。此外，岩石圈内部圈层结构及其耦合效应，伴随着物质迁移和能量传输，对岩浆运移、热液蚀变、交代矿化和富集成矿起着重要作用，从而控制着金属元素的聚集和矿产资源的形成(滕吉文等, 2009; 汪在聪等, 2021)，巨厚的大陆岩石圈地幔根部还蕴藏着丰富的钻石资源(Stachel and Harris, 2008)。不仅如此，地球深部物质分异、调整和运动深刻地影响着地表岩石的变形及地形地貌的变迁，即大型断裂的发育乃至盆山格局的形成均为深部过程在浅部的综合响应(McKenzie and Priestley, 2016; 郑建平和戴宏坤, 2018)。因此，理解岩石圈的形成和演化是地球科学问题的核心之一，对深入认识地球系统演变具有重要意义。

岩石圈地幔是原始地幔发生壳幔分异后的残余体，主要由橄榄岩组成，它是一种由橄榄石和辉石为主构成的超基性岩。根据不同矿物相对含量的百分比，这种超基性岩可进一步分为纯橄岩、方辉橄榄岩、二辉橄榄岩和异剥橄榄岩(图1; Streckeisen, 1976)。部分地幔岩性的变化可归因于不同程度的熔体抽取，即随着部分熔融程度的增加，熔融残余体的岩性会由饱满的二辉橄榄岩逐渐向难熔的方辉橄榄岩、最终向纯橄岩转变(Kinzler, 1997; Niu, 1997; Herzberg and O’Hara, 2002; Walter, 2003)。另一方面，地幔岩性的演变也可能是橄榄岩-熔体反应(属于地幔交代作用的范畴，以熔体为主要媒介，可导致地幔橄榄岩的原始矿物组合或含量，尤其是化学成分发生改变的地幔过程)的结果，其中参与反应的熔体性质决定了反应方式和产物类型(Griffinetal., 1999; Liuetal., 2005; 张宏福, 2006; Tomlinson and Kamber, 2021; Linetal., 2022)。例如，橄榄岩与硅饱和熔体反应，以消耗橄榄石生成斜方辉石为主要特征，可形成交代成因的方辉橄榄岩(Kelemenetal., 1992; Zhangetal., 2001; Xuetal., 2003; Koornneefetal., 2009; Yuetal., 2017)；而橄榄岩与硅不饱和熔体反应，以消耗斜方辉石生成橄榄石为主要特征，同时可能还有新生单斜辉石的出现，可形成交代成因的纯橄岩和异剥橄榄岩(Yaxleyetal., 1998; Suhr, 1999; Godardetal., 2000; Ionovetal., 2005; Aulbachetal., 2017; Shawetal., 2018; Linetal., 2020)。由此可见，无论是部分熔融过程还是橄榄岩-熔体反应，都会引起岩石圈地幔矿物相对含量的变化，并造成矿物化学成分的改变，尤其是后者被认为是岩石圈地幔快速富集的重要方式(Kepezhinskasetal., 1996; Zhouetal., 2002; 张宏福, 2006; Bodinieretal., 2008; Tangetal., 2013)。极端情况下，难熔的克拉通地幔深根还会发生明显的丢失，伴随大量的岩浆作用并使其构造活化，从而失去稳定克拉通的属性特征(Menziesetal., 1993; Griffinetal., 1998; Xuetal., 2000; Leeetal., 2001; 朱日祥等, 2012)。例如，张宏福(2009)基于国内外学者在地幔岩石学、特别是实验研究的基础上，总结提出了“橄榄岩-熔体相互作用是华北克拉通岩石圈地幔能够被减薄和破坏的关键”这一概念模型，并被广泛应用于解释克拉通地幔的再富集过程(Tangetal., 2013; Zhaoetal., 2015; Linetal., 2019; Zouetal., 2020; Xuetal., 2022)。然而，目前鲜有研究考虑物理化学条件对熔岩反应过程的影响(Oliveiraetal., 2020)，例如反应前熔体和橄榄岩的性质、温度、压力等等，这些参数对理解岩石圈地幔的状态演变至关重要。不难看出，深入研究橄榄岩-熔体反应不仅能加深对地幔组成转变的认识，还能促进对岩石圈地幔稳定性及大陆命运的了解。

图1 橄榄岩基于矿物含量的岩石学分类(据Streckeisen, 1976)图中还展示了热力学模拟二辉橄榄岩(饱满地幔)和方辉橄榄岩(难熔地幔)与MORB熔体(硅饱和熔体)和霞石岩熔体(硅不饱和熔体)在不同温压条件下反应的矿物含量演化路径Fig.1 Petrological classification of peridotites based on mineral modes (after Streckeisen, 1976)Also shown are the thermodynamic modelling results on the mode variation during the reaction between mantle peridotites (fertile lherzolite and refractory harzburgite) and impregnating melts (silica-saturated MORB melt and silica-deficient nepheline melt)

异剥橄榄岩(wehrlite)是以捷克矿物学家Alois Wehrle的名字命名(张宏福和于红, 2019)，它在岩石圈地幔中占比较少，但可出现在板内环境、裂谷区及造山带等各种构造背景(Ishiwatari, 1985; Xuetal., 1996; Ackermanetal., 2009; Xiaoetal., 2010; Linetal., 2020; Patkóetal., 2020)，可用于探究深部岩浆过程或者橄榄岩-熔体反应。异剥橄榄岩可以分为堆晶成因和反应成因两种类型，堆晶成因的异剥橄榄岩主要与深部岩浆高压分异紧密相关，一般发生在上地幔或下地壳相对较浅的层位；而与熔体反应形成异剥橄榄岩可发生在岩石圈的底部，并往往对岩石圈地幔进行强烈的改造，是当前地幔研究中的热点(Aulbachetal., 2020)。不难发现，这类反应成因的异剥橄榄岩是揭示岩石圈地幔减薄和破坏内在机制的理想样品，在厘清地幔演化过程方面能够提供关键信息，因而是一种重要的超镁铁质岩。然而，目前缺少对异剥橄榄岩的结构与成分特征系统梳理和总结，有关该作用发生条件及对地幔影响还鲜有定量探讨。因此，本文首先对前人关于橄榄岩-熔体反应与异剥橄榄岩化的联系进行了总结，并在此基础上结合热力学模拟，定量探讨异剥橄榄岩化对大陆岩石圈演化及稳定性的深远影响。

1 异剥橄榄岩化的机理和特征

异剥橄榄岩化是指将二辉橄榄岩和方辉橄榄岩转化为无或贫斜方辉石、富单斜辉石橄榄岩的一种过程(Aulbachetal., 2020)，主要发生在相对较低的压力条件下(约1.5～2.0GPa; Wallace and Green, 1988)，也是一种广义的地幔交代作用。根据熔/流体与地幔围岩相互作用的程度及是否出现交代矿物，地幔交代作用可以分为三种类型(O’Reilly and Griffin, 2013)，分别为：隐性交代作用(cryptic metasomatism)、显性交代作用(modal metasomatism)和隐匿交代作用(stealth metasomatism)，它们总体上具有熔-岩作用增强的趋势。隐性交代作用是指外来的熔/流体渗透进入地幔围岩中，仅仅引起了造岩矿物某些不相容元素的富集以及元素和(或)同位素比值的变化；显性交代作用是指地幔围岩的化学成分不仅发生了变化，还产生了金云母、角闪石、磷灰石和碳酸盐等标志性的交代矿物(图2a)，改变了原有的矿物组合；隐匿交代作用是指虽未出现以上提到的典型交代矿物，但改变了先存矿物的相对含量，甚至使原始的岩性发生转变，比如难熔的方辉橄榄岩通过大体积的熔体再富集作用形成二辉橄榄岩(Linetal., 2022)。从交代作用的类型来说，异剥橄榄岩化既可以是显性交代作用，也可以是隐匿交代作用。因此，相比于隐性交代作用，异剥橄榄岩化是一种与熔体相互作用更加强烈的地幔交代作用，其经典反应式(Yaxleyetal., 1991)为：

2Mg2Si2O6(Opx)+CaMg(CO3)2(melt)=2Mg2SiO4(Ol)+

CaMgSi2O6(Cpx)+2CO2(fluid)

(1)

其中，参与反应的熔体成分变化较大，一般为硅不饱和熔体，包括碳酸岩熔体、碳酸盐化的硅酸盐熔体(如金伯利岩熔体)和含CO2的硅酸盐熔体(如黄长岩熔体和霞石岩熔体; Peslieretal., 2002)，等等。不难发现，异剥橄榄岩化与碳酸岩熔体交代作用(参见邓黎旭等, 2019)在反应熔体类型上高度相似，二者的区别主要在于反应强度：异剥橄榄岩化一般需要较大体积的熔体参与反应并往往引起造岩矿物组合发生改变，侧重强调交代熔体相对充足并且交代作用比较充分；碳酸岩熔体交代作用强调小体积熔体参与反应、出现交代矿物和改变矿物微量元素组成，对主要矿物组合没有显著改变。

除了改变矿物组合，异剥橄榄岩化过程还会使地幔橄榄岩展现出多变的结构特征：

变形结构 受异剥橄榄岩化的地幔橄榄岩可以继承地幔原岩的变形结构，如残碎斑状结构，表现为矿物颗粒变形强烈，叶理发育，呈剪切结构或板状镶嵌结构(图2b)；尖晶石定向排列，橄榄石发育肯克带和波状消光，矿物间形成三联点结构(图2c)。此外，异剥橄榄岩化过程也能形成新的变形结构，即熔体渗透时差异应力造成橄榄岩中的矿物被定向拉长而变形(孙晶等, 2012)。

替换结构 比较典型的是在斜方辉石的边部显示被单斜辉石替换的结构(图2d)，其特点为斜方辉石的边缘被侵蚀呈港湾状，并被不规则条带状单斜辉石包围，斜方辉石边部附近普遍还有细小的次生橄榄石出现。这种在边部形成的单斜辉石为次生矿物，它并不是斜方辉石直接分解的产物，而是由于渗透熔体中的Ca向斜方辉石的边部扩散导致单斜辉石饱和形成(Shawetal., 1998; Shaw, 1999)，次生单斜辉石也可能通过从交代熔体中直接结晶形成(Shawetal., 2005)。

图2 异剥橄榄岩的岩相学特征(据Lin et al., 2020)(a)橄榄石残碎斑晶包裹长石、尖晶石和交代矿物磷灰石；(b)异剥橄榄岩具有板状镶嵌结构，并显示橄榄石的定向拉长变形；(c)异剥橄榄岩具有平直的颗粒边界，橄榄石之间发育三联点结构，白色虚线所示；(d)残余的斜方辉石在边部被橄榄石和单斜辉石部分替换；(e)筛状结构化的单斜辉石与长石形成复杂的交织连晶结构；(f)与玻璃接触的尖晶石边部发育筛状结构. Ol-橄榄石; Opx-斜方辉石; Cpx-单斜辉石; Sp-尖晶石; Ap-磷灰石; Fs-长石Fig.2 Petrographic characteristics of wehrlites (after Lin et al., 2020)(a) inclusions of feldspar, apatite, and spinel in porphyroclastic olivine; (b) tabular mosaic microstructure with elongation of olivine grains; (c) triple junctions between straight olivine grain boundaries, as shown by the white dotted line; (d) replacive olivine and Cpx surrounding residual Cpx; (e) symplectitic texture composed of sieved Cpx and feldspar; (f) sieve spinel rim in contact with glass. Ol-olivine; Opx-orthopyroxene; Cpx-clinopyroxene; Sp-spinel; Ap-apatite; Fs-feldspar

筛状结构 形似海绵状的孔洞(也称海绵边结构；图2e)，通常含有一定量的玻璃，其特征是在单斜辉石外围形成多孔边缘或者厚度不等的冠状体(Luetal., 2015; Linetal., 2022)，尤其是作为间隙相的颗粒与其相接触的橄榄石可共同形成吸收结构(Resorption texture, Xiaoetal., 2010)。值得注意的是，单斜辉石的筛状结构并非都由异剥橄榄岩化造成，也可能是橄榄岩部分熔融的结果(Suetal., 2011; Panetal., 2018)，或是在上升至地表的途中与寄主岩浆相互作用形成(Shawetal., 2006; Liuetal., 2012)。类似地，尖晶石也可在异剥橄榄岩化中出现筛状结构(图2f)，甚至随着交代程度的增强，它还会完全筛状结构化进而转变为骨架状的铬铁矿或钛铁氧化物(Linetal., 2020)。

囊状结构 熔体灌入橄榄岩形成的一种不平衡结构，表现为粗粒造岩矿物中含有已冷却结晶为单斜辉石和橄榄石等细粒矿物的囊状结构(参见邓黎旭等, 2019)，可伴随一些较大颗粒硫化物或者长石等副矿物的形成，甚至还会出现大量的熔体或流体包裹体(Dautriaetal., 1992; Linetal., 2020)。

环带结构 异剥橄榄岩化过程中一些熔/岩比较低的地幔区域可能只经受低程度交代作用，仅造成原生矿物出现成分环带，多表现为矿物核部到边缘的Mg#逐渐降低，而未留下明显的结构特征(图2b)。

已发表的数据结果显示，异剥橄榄岩的主量元素成分变化很大(图3)。首要特征是堆晶成因(cumulative)异剥橄榄岩与反应成因的样品在哈克图解上高度重叠。两类成因的岩石都体现出随着MgO含量的降低，Al2O3和CaO整体上都表现出增加的趋势，指示熔体组成的重要控制作用；在近等量的MgO时，堆晶成因的异剥橄榄岩倾向于具有更低的Na2O含量，这与它们来源于相对较浅的深度范围相吻合，因为全岩的Na2O含量主要赋存在单斜辉石中，同时Na在单斜辉石与熔体间的分配系数随压力降低而减小(Blundyetal., 1995; Kinzler, 1997)；与堆晶成因的异剥橄榄岩相比，交代成因的样品大多具有更高的MgO和更低的TiO2含量，这与在异剥橄榄岩化过程中它们继承了地幔围岩的成分特征相一致。不难发现，异剥橄榄岩化能够导致样品具有复杂的成分变化，反应产物的组成受地幔围岩及交代熔体成分特征的共同控制，这将得到热力学模拟的进一步验证。

图3 交代和堆晶成因异剥橄榄岩的全岩主量元素图解数据来源：交代成因异剥橄榄岩(Dawson and Smith, 1988; Barsdell and Smith, 1989; Yaxley et al., 1991, 1998; Andronikov et al., 1994; Coltorti et al., 1999; Gorring and Kay, 2000; Laurora et al., 2001; Downes et al., 2002, 2004; Grégoire et al., 2002; Neumann et al., 2002, 2015; Peslier et al., 2002; Ionov et al., 2005; et al., 2006; Aliani et al., 2009; 周琴等, 2010; Xiao and Zhang, 2011; Goncharov et al., 2012; Zhou et al., 2012; Guo et al., 2013; McCoy-West et al., 2013; Xiao et al., 2013; González-Jiménez et al., 2014; Kourim et al.,2014; Martin et al., 2015; Marchesi et al., 2017; Harris et al., 2018; Tedonkenfack et al., 2019)；堆晶成因异剥橄榄岩(Mamberti et al., 2004; Melluso et al., 2005; Lyons et al., 2007; Martins et al., 2010; Perinelli et al., 2011; Barrat and Bachèlery, 2019). 图中还展示了热力学模拟二辉橄榄岩(饱满地幔)和方辉橄榄岩(难熔地幔)与MORB熔体(硅饱和熔体)和霞石岩熔体(硅不饱和熔体)在不同温压条件下反应的全岩主量元素含量演化路径Fig.3 Diagrams of the whole-rock major-element abundances for wehrlite originated from metasomatic and cumulative processesData sources: metasomatic wehrlites (Dawson and Smith, 1988; Barsdell and Smith, 1989; Yaxley et al., 1991, 1998; Andronikov et al., 1994; Coltorti et al., 1999; Gorring and Kay, 2000; Laurora et al., 2001; Downes et al., 2002, 2004; Grégoire et al., 2002; Neumann et al., 2002, 2015; Peslier et al., 2002; Ionov et al., 2005; et al., 2006; Aliani et al., 2009; Zhou et al., 2010; Xiao and Zhang, 2011; Goncharov et al., 2012; Zhou et al., 2012; Guo et al., 2013; McCoy-West et al., 2013; Xiao et al., 2013; González-Jiménez et al., 2014; Kourim et al.,2014; Martin et al., 2015; Marchesi et al., 2017; Harris et al., 2018; Tedonkenfack et al., 2019); cumulative wehrlites (Mamberti et al., 2004; Melluso et al., 2005; Lyons et al., 2007; Martins et al., 2010; Perinelli et al., 2011; Barrat and Bachèlery, 2019). Also shown are the thermodynamic modelling results on the major-element variation during the reaction between mantle peridotites (fertile lherzolite and refractory harzburgite) and impregnating melts (silica-saturated MORB melt and silica-deficient nepheline melt)

2 异剥橄榄岩化的热力学模拟

为了评估异剥橄榄岩化过程中，橄榄岩的矿物含量及化学成分演化路径，我们进行了热力学模拟。初始物质分别为饱满的二辉橄榄岩和难熔的方辉橄榄岩，反应介质以地幔来源富硅的熔体(如MORB熔体)和硅不饱和的熔体(如霞石岩熔体)作为两个不同的端元，相应的主量元素含量如表1所示。初始物质分别设定三个不同的温压条件，其中反应条件1和2的橄榄岩温度与压力(1100°C、1.5GPa和1200°C、2.5GPa)投射在热流值为～80mW/m2的地温梯度线上，类似中国东部年轻较薄的岩石圈地幔热状态(Huang and Xu, 2010)，而反应条件3的橄榄岩温度和压力(1000°C、4.0GPa)对应于地温梯度线的热流值为～40mW/m2，代表克拉通型古老较厚的岩石圈地幔热状态(Kellyetal., 2003)。相比之下，反应介质的温度和压力分别设定为1300°C、1.5GPa(反应条件1)；1350°C、2.5GPa(反应条件2)；1350°C、4.0GPa(反应条件3)。模拟中使用的程序是αMELTS 1.9软件包的pMELTS版本，假定初始物质的质量为100g，每一步加入熔体的步长为1g或2g，反应直到程序自动停止或者由于出现与实际情况不符的矿物而提前终止，将模拟得到的结果分别展示在图1和图3中。需要说明的是，为了更清晰的展示反应产物前后的变化，图中相邻数据点所显示加入熔体的步长均为4g。

图1表明，在给定的任何温压条件下，橄榄岩与MORB熔体反应均不能形成异剥橄榄岩，而与霞石岩熔体反应将会朝着富单斜辉石橄榄岩的方向转变，甚至最终形成异剥橄榄岩，并且这种差异与橄榄岩的初始组成无关。当温压条件改变时，如在1.5GPa、2.5GPa及4.0GPa时，同一组成的二辉橄榄岩因压力引起的相变具有不同的矿物组合，从而对应了不同的反应起点和演化路径，说明温压条件、反应介质的性质以及熔/岩比例共同决定了反应产物的演化轨迹。这种由橄榄岩与不同性质的熔体反应，尤其是反应起始阶段模拟得到的岩性转变与实验岩石学的结果非常好地相吻合(如Mallik and Dasgupta, 2012; Gervasonietal., 2017)。随着橄榄岩-熔体反应的持续进行，由于熔体未被完全消耗或者反应式的调整导致矿物含量变化趋势发生转向，反应产物的演化轨迹出现分段现象。需要说明的是，二辉橄榄岩和MORB熔体反应在4.0GPa时与其在2.5GPa时起始阶段的演化轨迹几乎一致，表明在较高压力条件下，压力对反应过程的控制作用较小。

表1 热力学模拟中初始物质和反应介质的主量元素含量(wt%)

模拟结果显示，在同等质量的熔体加入下，反应起始阶段橄榄岩受熔体的改造程度最大，表现在演化轨迹上的特征是相邻步长的间隔点较稀疏，而靠近末尾阶段的间隔点更加密集，说明橄榄岩-熔体反应越来越难以进行。在低压条件下(如1.5GPa)，二辉橄榄岩与霞石岩熔体在较高的熔/岩比条件下才能勉强得到异剥橄榄岩，表明在较低的压力时霞石岩熔体可能并不是产生异剥橄榄岩的主要反应介质。值得注意的是，本文选择的霞石岩熔体是一种轻微的硅不饱和熔体，如果将反应熔体设定为高度的硅不饱和熔体(如金伯利岩熔体甚至碳酸岩熔体)，预期将提高消耗斜方辉石、生成单斜辉石的效率，从而在低压条件下产生异剥橄榄岩。这一推断得到了全岩主量元素结果的支持(图3)：(1)无论是二辉橄榄岩还是方辉橄榄岩，在给定的任何温压条件下与MORB熔体反应，都要比与霞石岩熔体反应得到的产物富SiO2，贫FeO、CaO、Na2O、TiO2；(2)相比涉及霞石岩熔体反应的模拟结果，天然样品普遍具有更低的SiO2、Na2O、TiO2和更高的FeO、CaO含量。这两点结合，可以推测参与形成异剥橄榄岩的熔体具有比霞石岩更贫SiO2、Na2O、TiO2，更富FeO、CaO的特点，可能是金伯利岩等高度硅不饱和熔体。

图4 橄榄岩与熔体反应过程中残余固相密度随熔/岩比值变化的关系图解水平虚线表示初步参考地球模型(PREM, Dziewonski and Anderson, 1981)对应压力范围(1.5～4.0GPa)的密度Fig.4 Density effect from the reaction between different mantle peridotites and infiltrating melts under different pressuresThe horizontal dashed line represents the reference mantle density (PREM, Dziewonski and Anderson, 1981) at the pressure range (1.5～4.0GPa) of our model conditions

3 异剥橄榄岩化对大陆稳定性的启示

岩石圈地幔相对于下伏软流圈具有正向浮力，使大陆能够长期保持稳定，因此岩石圈地幔的密度是决定其稳定性非常重要的参数。我们的熔岩反应热力学模拟结果显示，在同等温压条件下，相比于霞石岩熔体，与MORB熔体反应后体系在任一相同的熔/岩比时都具有更高的固相密度(图4)，这与该体系在相同熔/岩比时生成了更高含量的石榴石相符，表明MORB熔体比霞石岩熔体对橄榄岩密度的影响更大，体现了不同性质熔体对岩石圈地幔改造使其稳定性减弱的能力存在差异。在不同温压条件下，同一熔体与橄榄岩反应后体系的固相密度演化轨迹均近似平行，表明相同性质熔体在不同温压条件下对岩石圈地幔稳定性的减弱能力大致相当。对于4.0GPa时的模拟，相比于二辉橄榄岩，无论是MORB熔体还是霞石岩熔体与方辉橄榄岩反应后体系的固相密度演化轨迹都要更加陡峭，表明在相同熔/岩比条件下该体系固相密度的增加幅度更大，说明在相同熔/岩比时熔岩反应对难熔岩石圈地幔的密度影响更显著。总的来说，无论初始橄榄岩的性质、反应熔体组成及温压条件如何，熔岩反应的结果都是增加橄榄岩的密度，因此我们的热力学模拟为前人概念模型“橄榄岩-熔体反应能够造成岩石圈地幔减薄和破坏”提供了理论实证(张宏福，2009)。

值得注意的是，橄榄岩与熔体的反应并不意味着一定能够造成岩石圈地幔丧失稳定性，因为一些模拟显示直到反应结束，体系的固相密度仍未超过初步参考地球模型(PREM)对应压力范围的理论值(3.40g/cm3; Dziewonski and Anderson, 1981)。在所有与霞石岩熔体反应的模拟中，只有二辉橄榄岩在4.0GPa时的熔岩反应才会使体系的固相密度大于PREM的理论值，这为岩石圈地幔发生拆沉作用创造了条件，表明在较高的压力条件下异剥橄榄岩化确实能够导致相对饱满的岩石圈地幔失稳，并进一步揭示了岩石圈地幔的“初始”成分也是影响大陆稳定性的一个重要因素。此外，在巨厚岩石圈之下，对流地幔往往只能发生低程度熔融，产生对地幔密度影响较小的贫硅熔体(如霞石岩熔体，图4)，而不是如前所述对橄榄岩密度影响更大的MORB熔体，这也证实岩石圈的“初始”厚度是大陆长期稳定的关键因素(Zhengetal., 2015)。

4 结语

异剥橄榄岩化属于广义的地幔交代作用，比隐性交代作用更加强烈，可导致多变的矿物组合以及复杂的结构特征，具有显性和隐匿等不同交代作用类型。这种深部地幔过程不仅能改变橄榄岩的矿物比例，还会产生磷灰石、角闪石、金云母和碳酸盐等多种交代矿物，也能留下诸多结构上的印记，包括变形结构、替换结构、筛状结构、囊状结构和环带结构等。

在异剥橄榄岩化作用中，通过与硅不饱和熔体反应可将二辉(方辉)橄榄岩转变为富单斜辉石的二辉橄榄岩，甚至异剥橄榄岩，其成分变化较大，主要继承了原岩较高的MgO含量，这些矿物含量与全岩成分演化较好地得到了热力学模拟的验证。模拟结果还显示，无论熔体性质、橄榄岩组成及温压条件如何，熔岩反应都能引起岩石圈地幔密度增加，其中富硅熔体对地幔密度的影响更为显著。难熔方辉橄榄岩与贫硅熔体反应较难使岩石圈地幔的密度超过PREM对应深度范围的理论值，暗示大陆地幔的初始组成(决定初始密度)和厚度(决定熔体性质)是大陆稳定性的重要控制因素。

总体而言，本文在系统地梳理和总结异剥橄榄岩的结构与成分特征基础上，从热力学模拟的角度揭示了异剥橄榄岩化的内在机制，并为探究橄榄岩-熔体反应在岩石圈地幔演化过程中导致的最终结果提供了理论基础，对评估大陆稳定性具有启示意义。

谨以此文恭祝周新华老师八十华诞暨从事地质工作六十周年！

致谢感谢汤艳杰研究员和赵新苗研究员在成文过程中提供了帮助。感谢两位匿名审稿人给出的宝贵评审意见。第一作者在求学阶段及博士后工作中得到郑建平教授和Sonja Aulbach博士的悉心指导和帮助，在此表示诚挚的感谢！