大別-蘇魯造山帶和華北東南緣白堊紀(jì)巖漿巖地球化學(xué)研究.pdf

1、大別-蘇魯造山帶及其鄰近的華北東南緣既受到了三疊紀(jì)俯沖華南板塊的影響，也受到了俯沖太平洋板塊的影響，因此是研究俯沖地殼物質(zhì)再造和再循環(huán)及其殼幔相互作用的理想靶區(qū)。該區(qū)廣泛出露的碰撞后巖漿巖則提供了潛在的研究對(duì)象。本文對(duì)大別造山帶早白堊世安山巖和堿性火山巖進(jìn)行了系統(tǒng)的巖石學(xué)和地球化學(xué)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了俯沖華南陸殼物質(zhì)再循環(huán)和再造的鑒定性年代學(xué)和地球化學(xué)證據(jù)。對(duì)蘇魯造山帶和華北東南緣早白堊世和晚白堊世鎂鐵質(zhì)巖漿巖進(jìn)行了全巖和礦物地球化學(xué)研究，

2、結(jié)果表明它們分別是大陸俯沖隧道和大洋俯沖隧道內(nèi)板片-地幔相互作用的產(chǎn)物。
　　我們對(duì)大別造山帶北淮陽(yáng)碰撞后中性火山巖進(jìn)行了詳細(xì)的地球化學(xué)研究，包括全巖主微量元素、Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析，鋯石SIMS U-Pb定年、O同位素和Lu-Hf同位素分析。結(jié)果為限定大陸碰撞造山帶安山巖成因以及大陸俯沖隧道內(nèi)板片-地幔相互作用提供了制約。這些火山巖具有變化的SiO2含量(50.28-63.86wt.％)，MgO含量(1.18-4.6

3、5wt.％)，(Fe2O3)T含量(3.60-8.53wt.％)，Al2O3含量(12.92-18.95wt.％)，Na2O含量(2.08-6.30wt.％)和K2O含量(0.73-5.25wt.％)。其巖性主體為粗面安山巖，還有少量玄武粗面安山巖、安山巖、英安巖和粗面巖。它們具有弧型的微量元素分布特征，即富集大離子親石元素(LILE)和輕稀土元素(LREE)，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE);富集的Sr-Nd-Pb-Hf同位素組成，即高的初

4、始87Sr/86Sr比值(0.7075-0.7110)，負(fù)的εNd(t)值(-23.1到-15.0)和εHf(t)值(-29.8到-18.3)，207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值隨著206Pb/204Pb比值的升高而升高。鋯石Hf-O同位素分析表明同巖漿鋯石具有低的εHf(t）值(-31.0到-17.8)和變化的δ18O值(4.4-6.8‰)。鋯石SIMS U-Pb定年結(jié)果顯示，北淮陽(yáng)安山質(zhì)火山巖的形成年齡為早白堊世(1

5、23-130Ma)。另外，它們含有豐富的殘留鋯石核，其U-Pb年齡為新元古代和三疊紀(jì)，分別與大別-蘇魯造山帶超高壓變火成巖的原巖和變質(zhì)年齡一致。有些鋯石核具有低的到負(fù)的δ18O值。這些元素和同位素特征表明，北淮陽(yáng)碰撞后安山質(zhì)火山巖來(lái)源于交代富集的造山帶巖石圈地幔。三疊紀(jì)華南陸塊與華北陸塊碰撞過(guò)程中，俯沖華南陸殼發(fā)生部分熔融產(chǎn)生的長(zhǎng)英質(zhì)熔體在大陸俯沖隧道內(nèi)交代上覆華北巖石圈地幔楔橄欖巖，熔體-橄欖巖反應(yīng)形成了富沃富集的地幔交代巖。大陸俯沖

6、隧道內(nèi)熔體-橄欖巖反應(yīng)是形成碰撞造山帶安山巖地幔源區(qū)的關(guān)鍵過(guò)程。
　　堿性巖漿巖常常與長(zhǎng)英質(zhì)和鎂鐵質(zhì)巖石共生，但是出露面積較小。他們常常被認(rèn)為是地幔來(lái)源的，然而也可能由加厚造山帶地殼部分熔融產(chǎn)生。該觀點(diǎn)得到了大別造山帶碰撞后堿性火山巖的證實(shí)。我們對(duì)大別造山帶北淮陽(yáng)碰撞后堿性火山巖進(jìn)行了詳細(xì)的地球化學(xué)研究，包括全巖主微量、Sr-Nd-Hf同位素分析，鋯石SIMS U-Pb定年、O同位素和Lu-Hf同位素分析。結(jié)果為我們限定它們巖漿源

7、區(qū)性質(zhì)和碰撞造山帶下地殼再造提供了制約。鋯石SIMS U-Pb定年結(jié)果顯示，北淮陽(yáng)堿性火山巖的形成年齡為早白堊世(133-136Ma)，與大別造山帶早期埃達(dá)克質(zhì)巖同期。它們含有豐富的殘留鋯石核，其U-Pb年齡為新元古代和三疊紀(jì)，分別與大別造山帶超高壓變質(zhì)巖的原巖和變質(zhì)年齡一致。這些火山巖巖性為粗面巖和響巖，它們具有變化的SiO2含量(55.94-64.10wt.％)，MgO含量(0.16-0.95wt.％)，Al2O3含量(16.80-

8、21.32wt.％)，K2O含量(4.65-14.55wt.％)和Na2O+K2O含量(11.51-15.01wt.％)。它們具有弧型的微量元素分布特征，即富集大離子親石元素(LILE)和輕稀土元素(LREE)，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)。具有富集的全巖Sr-Nd-Hf同位素組成，即高的初始87Sr/86Sr比值(0.7034-0.7104)，負(fù)的εNd(t)值(-16.3到-15.1)和εHf(t)值(-18.0到-15.8)。鋯石H

9、f-O同位素分析表明同巖漿鋯石εHf(t)值(-27.4到-22.5)和δ18O值(4.9-5.9‰)變化較小，而三疊紀(jì)和新元古代殘留鋯石的εHf(t）值(-32.7到-6.5)和δ18O值(3.0-10.2‰)變化較大。這些元素和同位素特征表明，北淮陽(yáng)碰撞后堿性火山巖來(lái)源于俯沖華南下地殼部分熔融。源區(qū)巖石主要為新元古代中期鎂鐵質(zhì)巖漿巖。三疊紀(jì)大陸碰撞過(guò)程中，部分具有高δ18O值和變化εHf(t)值的表殼物質(zhì)加入了增厚的造山帶地殼。早白

10、堊世碰撞后階段巖石圈減薄，誘導(dǎo)造山帶地殼低比例部分熔融形成了這些堿性火山巖。
　　作為幔源巖石，玄武巖記錄了其地幔源區(qū)的地球化學(xué)和巖石學(xué)性質(zhì)。橄欖石是玄武質(zhì)巖漿最早結(jié)晶的礦物，能夠?yàn)榛謴?fù)初始巖漿成分和源區(qū)巖石學(xué)性質(zhì)提供重要制約。我們對(duì)蘇魯造山帶和華北東南緣白堊紀(jì)玄武巖進(jìn)行了詳細(xì)的地球化學(xué)研究，包括全巖主微量元素、Sr-Nd-Hf同位素分析，橄欖石成分以及單礦物O同位素分析，結(jié)果為大陸玄武巖成因及其地幔巖石學(xué)性質(zhì)提供了制約。它們的巖

11、性主要為碧玄巖和玄武巖，少量粗面玄武巖。早白堊世方城玄武巖具有相對(duì)較高的SiO2含量(46.84-47.87wt.％)和Mg＃(66.3-72.2)，較低的(Fe2O3)T(8.60-9.05wt.％)和TiO2(1.07-1.13wt.％)含量;弧型微量元素分布特征;富集的Sr-Nd-Hf同位素組成，即高的初始87Sr/86Sr比值(0.7095-0.7098)，負(fù)的εNd(t)值(-13.8至-12.8)和εHf(t）值(-17.6

12、至-16.5);較高的橄欖石δ18O值(6.0-6.5‰);大部分高Fo值橄欖石斑晶具有與MORB橄欖石類似的Ni、Mn含量和Fe/Mn比值。晚白堊世堿性玄武巖具有較低的SiO2含量(38.51-44.17wt.％)和Mg＃(50.4-71.1)，較高的(Fe2O3)T(10.62-15.12wt.％)和TiO2(2.02-3.17wt.％)含量;OIB型微量元素分布特征;虧損的Sr-Nd-Hf同位素組成，即低的初始87Sr/86Sr比

13、值(0.7036-0.7063)，正的εNd(t)值(1.0-5.9)和εHf(t）值(4.6-9.3);較低的橄欖石δ18O值(4.4-5.4‰);大部分高Fo值橄欖石斑晶具有比MORB橄欖石高的Ni含量和Fe/Mn比值，低的Mn含量。這些元素和同位素結(jié)果表明，早白堊世方城玄武巖來(lái)源于三疊紀(jì)大陸碰撞過(guò)程中俯沖華南地殼來(lái)源熔體交代富集的華北巖石圈地幔，其源區(qū)巖石主要為橄欖巖并含有少量輝石巖;而晚白堊世莒南、青島和膠州堿性玄武巖來(lái)源于新生