根据全球大洋玄武岩和地幔橄榄岩的地球化学和同位素组成,地幔具有高度的不均一性。这种不均一性通常与洋壳及其沉积物的俯冲再循环有关。然而,大陆下地壳的深部再循环作用对于地幔不均一性,特别是EM1地幔端元(富集地幔端元类型1)的形成可能同样具有非常重要的贡献。本文通过对分布于华北克拉通东部辽西义县和四合屯的早白垩世玄武岩(-125 Ma)(Mg0>10wt%)和中酸性火山岩进行主微量元素和Sr-Nd同位素分析研究,获得了以下几点基本认识：1.华北克拉通早白垩世EM1型的地幔源区及再循环古老大陆下地壳的贡献由于地幔处于地球深部,目前我们还无法对其进行直接取样分析,而地球物理方法仅能对当前地幔的物理属性和结构进行探测,而不能揭示地质历史时期中的地幔属性,并且在数据解析上存在多解性。幔源原始岩浆及其地幔包体为我们研究其地幔源区的性质及其成因提供了最为直接的手段。华北克拉通晚中生代很少有地幔包体出露,因此具有原始岩浆特征的高镁玄武岩成为了研究华北克拉通晚中生代岩石圈地幔最为可靠的工具。本文报导的早白垩世义县和四合屯两套原始玄武岩以高度变化且低的εNd(t)(-1.5～-11.8)和偏低的初始Sr同位素组成(87Sr/86Sr=0.70622-0.70679)为特征。其低的87Sr/86Sr比值和各自高度集中的微量元素和Sr-Nd同位素组成指示其受大陆地壳的混染程度可以忽略不计。高的MgO(>10wt%).Ni(达380 ppm)和Cr(达1467 ppm)同样也指示没有大量地壳物质的混入。因此,义县和四合屯原始玄武岩的Sr-Nd同位素组成可以指示其地幔源区的性质,即EM1型的地幔源区。尽管洋壳和沉积物的俯冲再循环普遍被用来解释EM1型大洋玄武岩的成因,且在此模型中EM1特征主要为俯冲沉积物的贡献,但是Plank and Langmuir对俯冲沉积物的研究表明地幔中俯冲沉积物的贡献更加可能形成高87Sr/86Sr和206pb/204pb的地幔源区,即EM2型而非EM1型地幔源区。另外,华北克拉通东部复县和蒙阴古生代金伯利岩中的橄榄岩包体具有比较高的87Sr/86Sr(0.70818-0.71398)和206pb/204pb(19.532-19.627)同位素组成,指示华北克拉通东部古生代的岩石圈地幔类型为EM2型,与义县和四合屯原始玄武岩所反映的早白垩世EM1型地幔源区完全不同。另一方面,古老的岩石圈地幔由于早期大规模的熔体提取,通常具有非常低的Os同位素组成(187Os/188Os<0.127),例如华北克拉通西部古老的岩石圈地幔。与此相反,四合屯原始玄武岩表现出远高于原始地幔的初始187OS/188Os比值(0.1643-0.2291)。这些证据充分说明义县和四合屯原始玄武岩的EM1型特征并不是来源于华北克拉通古老岩石圈地幔的贡献。义县和四合屯原始玄武岩亏损Nb和Ta,富集LILE(Rb, Ba, K, Pb, Sr),具有低的Ce/Pb和高的Ba/Rb及EM1型的Sr-Nd同位素组成,这些特征共同指示古老大陆下地壳物质的显著责献。2.华北克拉通东部早白垩世的辉石岩地幔源区义县和四合屯原始玄武岩中的橄榄石斑晶白形,核部高CaO(>0.10 wt%),表明其为岩浆成因,而非地幔橄榄岩的捕虏晶。计算所得橄榄石斑晶(Fo>90)与玄武岩之间的Mg-Fe分配系数比值为0.30-0.33,与实验推荐值一致(0.30±0.03)。这表明这些橄榄石斑晶与玄武质熔体达到了平衡,非早期岩浆的堆晶。因此,这些玄武岩的高Mg#(>69),Ni(达380ppm),Cr(达1467 ppm)特征是固有的,而非受地幔橄榄石捕虏晶或橄榄石堆晶的影响。相对于原始大洋中脊玄武岩(MgO>8.5 wt%)和橄榄岩来源熔体,义县和四合屯原始玄武岩具有高的Fe/Mn(55-69)、Zn/Fe×104(9-12)和Zn/Mn(0.050-0.078)比值。MgO与其他主量元素的相关关系指示义县和四合屯原始玄武岩主要经历了橄榄石的结晶分异,而无显著的单斜辉石或石榴子石结晶分异。因此,义县和四合屯玄武岩高的Fe/Mn、Zn/Fe和Zn/Mn并不是单斜辉石或石榴子石结晶分异的结果,而是反映了富含单斜辉石或石榴子石的辉石岩地幔源区。义县和四合屯原始玄武岩的主量元素组成及橄榄石斑晶成分也证实了其来源于辉石岩的地幔源区。实验岩石学的研究表明橄榄岩在不同压力条件下(3-7 GPa)部分熔融产生的初始熔体(F→0),其CaO含量将始终保持在10 wt.%左右。虽然随着部分熔融程度的增加,熔体的CaO含量会有所降低,但依然只会在较小的范围内变化。义县和四合屯原始玄武岩低的CaO含量(<8.5 wt.%)指示其更可能来源于辉石岩地幔源区。另外,与来源于橄榄岩地幔熔体的橄榄石斑晶相比,义县和四合屯原始玄武岩橄榄石斑晶具有非常高的Ni和低的Ca含量,与夏威夷玄武岩橄榄石斑晶特征相似。结晶分异模拟结果显示这种高Ni和低Ca的橄榄石不可能来自于橄榄岩地幔的熔体。即使是高Ni(2360 ppm)橄榄岩地幔源区的熔体也不能产生如此高Ni的橄榄石斑晶。夏威夷玄武岩因其具有高Ni的橄榄石斑晶而被认为来源于由富硅熔体与地幔橄榄岩反应生成的辉石岩地幔源区。义县和四合屯原始玄武岩应与夏威夷玄武岩具有相似的成因,即来源于富硅熔体与地幔橄榄岩反应生成的辉石岩地幔源区。义县和四合屯原始玄武岩富集的Sr-Nd同位素组成和大陆地壳特征的微量元素组成指示富硅熔体来源于再循环古老大陆下地壳的部分熔融。3.地幔不均一性及深部岩浆混合作用尽管义县和四合屯原始玄武岩都来源于再循环古老下地壳熔体与橄榄岩地幔反应产生的辉石岩源区,且具有非常相近的主量元素和Sr同位素组成,在大部分的微量元素特征上也很相似,如亏损Nb、Ta和HREE,富集LILE和LREE。然而,这两套原始玄武岩仍然存在很多不同点。首先,四合屯原始玄武岩相对于义县原始玄武岩具有明显较高的Rb、Ba、Th、U和LREE含量,并不明显的Pb和Sr正异常和更加显著的Nb、Ta、Zr、Hf和Ti亏损。另外,四合屯原始玄武岩比义县原始玄武岩具有更高的εNd(t),分别为-2.3～-1.5和-11.8～-10.3。同一源区的不同程度部分熔融或矿物结晶分异作用或具不同Nd同位素的榴辉岩大陆下地壳的贡献均不能很好地解释这两套玄武岩之间的这些差别。四合屯原始原始玄武岩高的8Nd(t)可能指示亏损软流圈地幔来源熔体的贡献。因此,我们认为四合屯原始玄武岩可能形成于富集的辉石岩地幔熔体(如义县原始玄武岩)与亏损的软流圈地幔熔体的两端元岩浆混合。相比义县原始玄武岩,四合屯原始玄武岩具有非常高的Th、U和LREE和相似的Nb、Ta、Zr、Hf、Ti和HREE含量及高于球粒陨石的Zr/Hf(41-46)和非常低的Ti/Eu(1397-1836),并且Zr/Hf和Zr具有明显负相关关系(R2=0.69)。这些特征均表明亏损地幔熔体端元为强烈富集Th、U和LREE,而相对亏损Nb、Ta、Zr、Hf、Ti和HREE,具有高La/Yb和低Ti/Eu比值及高于球粒陨石Zr/Hf比值的碳酸岩熔体,这些碳酸岩熔体可能来自于亏损软流圈地幔的低程度部分熔融。微量元素混合模拟结果表明四合屯原始玄武岩的形成要求有～3-7%亏损软流圈地幔碳酸岩熔体的加入。4.高镁安山岩：再循环大陆下地壳熔体-地幔橄榄岩反应高镁安山岩与大陆地壳具有相似的基本地球化学特征,如安山质、相对高的MgO、Ni、Cr含量、亏损Nb和Ta、富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Pb和Sr)和轻稀土元素及低的Ce/Pb和高的Sr/Y比值。因此,高镁安山岩对于我们解释大陆地壳安山质的整体化学成分及其形成和演化具有重要的意义,是地球科学领域最基本的科学问题之一。义县安山岩可明显分为高镁和低镁安山岩两类,其中有些为MgO>7wt.%的原始安山岩,而四合屯安山岩均为高镁安山岩。另外,有些义县英安岩和流纹岩也具有相对高的MgO和Mg#,为高镁英安岩和高镁流纹岩。结晶分异模拟表明义县和四合屯原始玄武岩的结晶分异不可能产生义县和四合屯高镁安山岩如此高的Ni含量。更为重要的是,义县原始安山岩和很多高镁安山岩具有比义县原始玄武岩更加亏损的Sr和Nd同位素组成。这些特征均表明义县和四合屯高镁安山岩并非原始玄武岩结晶分异的产物。尽管含水地幔部分熔融也能产生高镁安山岩,但义县和四合屯高镁安山岩相对低的Sr和Sr/Y及反环带的斜方辉石斑晶表明其来源于玄武质岩石的部分熔融并与地幔橄榄岩的反应。对微量元素的变化特征研究表明义县和四合屯MgO<4.5、wt.%的高镁安山岩-英安岩-流纹岩为含金红石榴辉岩部分熔融并与地幔橄榄岩微弱反应的产物,而MgO>4.5 wt.%的义县和四合屯高镁安山岩为榴辉岩富Si熔体与地幔橄榄岩强烈反应的结果。义县和四合屯高镁安山岩富集的Sr-Nd同位素表明古老大陆地壳物质的显著贡献。综合上述证据,我们认为义县和四合屯高镁安山岩是再循环古老榴辉岩大陆下地壳部分熔融并与地幔橄榄岩反应的产物。根据Nb和Ta含量,义县低镁安山岩-英安岩-流纹岩又可分为高Nb(Ta)和低Nb(Ta)两类。义县高Nb(Ta)低镁安山岩形成于义县高镁安山岩的结晶分异(橄榄石+单斜辉石+斜长石+钛铁矿),而低Nb(Ta)低镁安山岩-英安岩-流纹岩为高镁安山岩受地壳混染的产物。