橄榄石的化学性质及其同位素系统学特征作为追踪沙特阿拉伯西部哈拉特胡塔伊马（Harrat Hutaymah）和哈拉特基什布（Harrat Kishb）新生代熔岩场地幔捕虏体来源的示踪剂

《Geodesy and Geodynamics》：Chemistry and he isotope systematics of olivine as tracers of source in mantle xenoliths from Harrat Hutaymah and Harrat Kishb Cenozoic lava fields, Western Saudi Arabia

橄榄岩包体化学与氦同位素分析揭示阿拉伯盾地地幔热对流及深部流体影响。通过EPMA检测发现包体中橄榄石元素配比显示地幔分异特征，3He/4He比值6.1-8.5Ra与上地幔一致，排除阿法尔热柱流体过覆盖印。研究证实阿拉伯盾地下方存在约35公里深的残留地幔橄榄岩，支持区域地幔动力学模型。

　　在阿拉伯盾牌西部的新生代火山地区——哈拉特胡塔玛赫（Harrat Hutaymah）和哈拉特基什布（Harrat Kishb）——发现了多种幔源包体，包括原粒粒辉橄榄岩、橄榄岩和部分辉石岩以及少量的辉橄岩和橄榄岩。这些包体中橄榄石的成分变化与地幔橄榄石相似，其成分特征反映了地幔橄榄石在经历低至中等程度的岩浆熔融后结晶形成。橄榄石中的钙、铁、镍和镁、锰元素比值进一步表明其来源于地幔橄榄岩。通过压力-温度计算和以往的地球化学研究，这些地幔包体被认为是被携带至地壳-地幔边界（约35公里深度的地幔岩石圈）之上的。橄榄石的3He/?He比值范围为6.1至8.5 R_a，与近期报道的非地壳区域来源的大陆地幔岩石圈（SCLM）包体的3He/?He比值（7至9 R_a）重叠，并且与该地区地幔的特征一致。这一结果倾向于排除阿法尔地幔柱采样的深部上涌地幔对SCLM的覆盖作用。然而，深部地幔流体的影响可能是隐秘的，需要进一步研究，因为阿法尔地幔柱的氦含量尚不清楚。

研究幔源包体及其宿主火山岩的岩石学、地球化学和同位素特征，可以深入了解大陆裂谷区的地幔性质及其演化过程。这些包体被认为是直接从地幔中上升形成的，因此能够提供有关地幔源区的重要信息。橄榄石作为一种重要的矿物，因其能够记录结晶过程中母岩浆的组成和物理化学条件而被广泛用作成因指示剂。例如，橄榄石中的镍含量常用于推断岩浆历史和硫化物矿化可能性。通常，从与硫化物液相平衡的岩浆中结晶的橄榄石相较于从无硫化物岩浆中结晶的橄榄石而言，镍含量较低。此外，橄榄石的组成也可以作为区分不同岩浆环境（如火山和侵入环境）的工具。同时，橄榄石成分的变化还可以反映岩浆源区的差异、形成深度以及后续的岩浆过程，如部分结晶、岩浆混合和补给。

地幔源区的氦同位素组成是追踪地幔起源的重要指标，尤其是在识别地幔上涌的热源方面。例如，来自地幔源区的玄武岩的氦同位素组成能够很好地反映地幔的特征，特别是深部上涌热地幔的存在与否。3He/?He比值显著高于常规上地幔值（8 R_a）的玄武岩，通常被认为是深部地幔上涌的证据，如夏威夷、冰岛和阿法尔等地。随着研究的深入，氦同位素数据越来越多地被氖同位素数据所支持，这些数据在玄武岩、地幔包体和地热气体中都有所体现。例如，非地壳区域的亏损地幔橄榄岩（如橄榄石镁数≥89.5）的3He/?He比值在7至9 R_a之间，通常被认为代表上地幔熔融后的残余物。而富集型非地壳区域地幔包体的3He/?He比值则低于7 R_a。深部地幔熔融对大陆地幔岩石圈（SCLM）的覆盖作用在某些情况下是存在的，但并非普遍现象。

新生代火山活动在阿拉伯板块的西部地区广泛分布，从也门南部延伸至叙利亚北部（图1）。这些火山活动构成了世界上最大的大陆火山省之一，面积约为180,000平方公里。许多较新的火山活动（<12百万年）在沙特阿拉伯西部和也门地区喷发了多种基性和超基性包体，包括在哈拉特胡塔玛赫和哈拉特基什布火山活动区中发现的尖晶石辉橄榄岩、尖晶石辉石岩和尖晶石石榴辉石岩。在哈拉特乌瓦里德（Harrat Uwayrid）地区，研究发现的包体包括尖晶石辉橄榄岩、辉石岩和辉橄岩。在哈拉特凯贝尔（Harrat Khayber）地区的贾巴尔阿拜德（Jabal Al Abyad）区域，发现了含超铁辉石的玄武岩。在哈拉特阿尔比拉克（Harrat Al Birak）地区，研究发现了含有长石的韦伯石、石榴辉石岩和双辉玄武岩。在也门南部的新生代-第四纪比阿里火山（Bir Ali volcanics）中，研究发现了尖晶石辉橄榄岩、橄榄岩和尖晶石辉石岩。

本研究重点分析了哈拉特胡塔玛赫和哈拉特基什布地区超基性地幔包体中的橄榄石的化学成分和氦同位素组成。研究的主要目标是检验阿法尔地幔柱下方深部地幔是否存在于阿拉伯盾牌之下。此外，我们还探讨了新生代大陆岩浆的特征及其来源，以及阿拉伯板块下方地幔岩石圈的主要氦同位素特征。

在阿拉伯盾牌西部的哈拉特胡塔玛赫地区，该火山活动区占地约2500平方公里，位于哈伊尔市附近，距离红海海岸约400公里。该地区的火山活动以碱性玄武岩为主，其年龄约为1.80±0.05百万年（Thornber, 1990）。该地区的火山构造特征包括火山锥、火山碎屑锥、火山岩环和裂隙喷发口，这些喷发口沿一系列北-东北向的构造带分布。由于该地区火山活动较为近期，火山岩环和火山锥受到的侵蚀作用较轻，喷发口未被沉积物填充。这些特征表明该地区的火山活动具有较强的活动性和相对较短的地质历史。

哈拉特胡塔玛赫和哈拉特基什布地区的地幔包体主要由橄榄岩组成，占收集样本的90%以上，少量的辉橄岩则占10%以下（Ahmed et al., 2016, Ahmed et al., 2019）。这些包体主要具有粗粒结构和原粒纹理，由不同比例的橄榄石（最高可达65%体积）、正辉石（最高可达25%体积）、斜辉石（最高可达10%体积）和少量的尖晶石（<2%体积）组成（图3b）。研究的这些地幔包体是无水的，并且未显示出明显的水合特征，这表明它们可能是在相对干燥的条件下形成的。

为了获得地幔包体橄榄石的化学成分，本研究采用了电子探针显微分析（EPMA）技术，使用的是日本电子公司（JEOL）的JXA-8200型电子探针显微分析仪。分析过程遵循了Batanova等人（2015, 2018）、Gómez-Ulla（2017）和Su（2019）所提出的方法，使用高能束条件以提高元素分析的精度，达到1至5%的相对不确定度。这些分析结果为研究地幔包体的来源和演化提供了重要的基础。

本研究主要关注橄榄石的主量和微量元素组成。关于其他矿物（如正辉石、斜辉石和尖晶石）的详细组成信息可以在Ahmed等人（2016, 2019）的研究中找到。哈拉特胡塔玛赫和哈拉特基什布地区橄榄石的主量和微量元素分析结果见表1。在单个橄榄石晶粒中，主量元素的组成变化相对较小，而钛、铬、锰、钙、钠等微量元素的组成则表现出较大的变化。这种变化可能反映了橄榄石在不同岩浆环境中的结晶过程，或者是由于橄榄石在地幔中经历了不同的熔融和演化路径。

橄榄石作为地幔中常见的矿物，其微量元素组成可以提供关于地幔源区的重要信息。虽然橄榄石的主要成分，特别是氧化铁（FeO）和氧化镁（MgO），已经被广泛用于评估地壳停留时间，但橄榄石在形成过程中还可以富集多种微量元素，如镍、铬、钴、锰、钙和钛（例如，Spandler和O'Neill, 2010；Kahl等人, 2013）。这些微量元素的组成可以揭示地幔源区的物理化学条件，以及橄榄石在地幔中的演化过程。此外，橄榄石中的微量元素组成还可以帮助我们了解岩浆源区的性质，如是否经历了硫化物液相的参与，或者是否受到了地壳物质的混染。

研究结果表明，哈拉特胡塔玛赫和哈拉特基什布地区地幔包体中的橄榄石具有较低的钙、铬和钠含量，这可能表明该地区的大陆地幔经历了从热大陆岩石圈向冷俯冲带的转移过程。这些数据与该地区地幔包体估计的压力-温度条件基本一致，表明这些包体可能来源于地幔岩石圈的最上部。此外，橄榄石的3He/?He比值范围为6.1至8.5 R_a，这与近期报道的非地壳区域来源的SCLM包体的3He/?He比值（7至9 R_a）重叠，进一步支持了这些包体来源于该地区地幔的观点。然而，研究也指出，深部地幔流体的影响可能是隐秘的，因为阿法尔地幔柱的氦含量尚未明确。因此，未来的研究需要进一步探索这些隐秘的信号，以更全面地理解地幔的演化过程和深部物质的相互作用。

本研究的成果不仅有助于揭示阿拉伯盾牌下方地幔的组成和演化，也为理解地幔上涌和深部地幔与大陆地幔岩石圈之间的相互作用提供了新的视角。通过对橄榄石化学成分和氦同位素组成的分析，我们可以更好地理解地幔源区的物理化学条件，以及这些条件如何影响岩浆的形成和演化。此外，这些研究结果还可以为其他地区的地幔研究提供参考，尤其是在探讨地幔柱活动和大陆裂谷区的演化过程中。随着研究的深入和技术的进步，未来有望获得更精确的同位素数据，从而进一步澄清深部地幔与大陆地幔岩石圈之间的关系，以及这些关系如何影响地表的火山活动和地质演化。