巖墻地球化學特點的影響范文

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作者：楊毓紅劉燊胡瑞忠馮彩霞馮光英楊朝貴齊有強單位：中國科學院地球化學研究所礦床地球化學國家重點實驗室中國科學院研究生院西北大學大陸動力學國家重點實驗室／地質學系

分析方法

樣品的破碎和鋯石挑選在河北廊坊市誠信地質服務公司完成。鋯石陰極發(fā)光圖像處理在西北大學“大陸動力學國家重點實驗室”完成。鋯石U－Pb同位素定年在中國地質大學地質過程與礦產資源國家重點實驗利用LA－ICP－MS分析完成。對分析數(shù)據(jù)的離線處理（包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U－Th－Pb同位素比值和年齡計算）采用軟件ICPMSDataCal完成。詳細的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法見Liu等。鋯石標準91500的U－Th－Pb同位素比值推薦值據(jù)文獻。鋯石樣品的U－Pb年齡諧和圖繪制和年齡權重平均計算均采用Isoplot／Ex＿ver3完成。巖石主量元素、微量元素組成及Sr－Nd同位素組成分析在中科院地球化學研究所礦床地球化學國家重點實驗室完成，Sr－Nd同位素組成采用熱電離質譜（TIMS）分析，所用儀器是ThermoFisher公司生產的Triton型熱電離質譜儀，分析方法參見文獻。主元素測試采用AxiosPW4400型X熒光光譜儀，分析精度優(yōu)于3％；微量元素分析采用ELAN6000ICP－MS完成，分析精度優(yōu)于5％。

分析結果

1鋯石

U－Pb年齡所采樣品約50kg，并從中挑選出約200粒單顆粒鋯石。挑選出的鋯石為自形—半自形無色透明狀，鋯石直徑為70～120μm，具有清晰的震蕩環(huán)帶（圖2）。所測試鋯石的Th／U值均＞0．1（表1），具有巖漿鋯石的特征。分析點均位于U－Pb諧和線上，206Pb／238U加權平均年齡為（222．1±1．6）Ma（圖2），代表了該巖墻的結晶年齡，為印支晚期巖漿活動的產物，與平泉光頭山堿性花崗巖的形成年齡（（220±1．0）Ma）一致。

2巖石地球化學特征

本次共測定了10個代表性樣品的主微量元素組成（表2、3）。所有樣品具有相對較低的SiO2質量分數(shù)（47．43％～48．62％），在TAS圖解中（圖3）幾乎所有樣品都落在拉斑玄武巖區(qū)域，樣品全堿質量分數(shù)很低（w（K2O＋Na2O）＝3．20％～4．19％，平均為3．22％），且w（K2O）＜w（Na2O）。Mg＃＝48．32～50．73，w（Al2O3）＝14．60％～15．09％，平均為14．86％。LaN／YbN＝1．52～4．02，平均為3．10，δEu＝0．86～1．08，平均為0．96。在三岔口基性巖墻稀土元素配分曲線上（圖4a），所有樣品都具有弱的右傾趨勢。在微量元素蛛網圖上（圖4b），樣品相對富集大離子親石元素（Rb、K和U），虧損高場強元素（Nb、Ta和Ti），且具有明顯的Pb富集和Sr虧損特征。

3Sr－Nd同位素組成

三岔口基性巖墻的Sr－Nd同位素組成見表4。（87Sr／86Sr）i＝0．7060～0．7064，εSr（t）＝21．5～27．1。143Nd／144Nd＝0．512197～0．512286，εNd（t）＝－9．3～－6．1，與燕遼—陰山三疊紀堿性巖的同位素組成有著相似的特征（圖5），暗示三岔口基性巖墻與這條堿性巖帶的源區(qū)相同，都屬于富集的巖石圈地幔。

討論

1分離結晶作用

三岔口基性巖墻的Mg＃＝48．32～50．73，低于原始巖漿的參考數(shù)值（65），表明基性巖墻是原始巖漿經歷了一定程度分異作用的產物。在Harker圖解中（略），MgO與Al2O3沒有明顯的相關關系，而且在稀土配分圖解中Eu的負異常不明顯（δEu＝0．86～1．08，平均為0．96），暗示成巖過程中斜長石的分離結晶作用不明顯。

2地殼混染

三岔口基性巖墻富含大離子親石元素（LILE、K和Rb等）和輕稀土元素（LREE），相對虧損高場強元素（Nb和Ta等），這些特征說明巖脈可能受到陸殼的混染作用，不排除有其他可能，如地殼物質的再循環(huán)作用或流體交代作用。但其相對均一的元素地球化學性質和變化微小的La／Sm值（2．62～3．26）表明地殼混染作用在巖漿演化過程中的影響微弱，另外，用Nb／Ta－La／Yb相互關系做進一步檢驗，如果巖漿在上升侵位過程存在明顯的地殼混染，基性脈巖在該圖上的標繪點應當呈現(xiàn)出負相關關系。該區(qū)巖墻在相關圖中（略）并不呈現(xiàn)出負相關關系，因此，其元素地球化學特征主要反映了其源區(qū)的地球化學性質。

3源區(qū)特征

上述討論說明三岔口基性巖墻的地球化學特征反映了源區(qū)特征。那么巖墻w（SiO2）＝47．43％～48．62％，表明巖墻的母巖漿只能是地幔源區(qū)。另外，樣品較高的Sr同位素初始比值（0．7060～0．7064），以及負的εNd（t）值（－9．3～－6．1，平均為－8．0），表明該巖墻來源于富集的巖石圈地幔。但三岔口基性巖墻的εNd（t）值卻有地殼、殼幔混染以及富集地幔3種可能的成因。華北克拉通下地殼由太古宙和早元古代角閃巖相－麻粒巖相變質巖系組成，它們在130Ma時εNd（t）為－40～－30，如果用研究區(qū)基性巖墻年齡（222．1Ma）進行校正，下地殼的εNd（t）略升高但不會有較大變化，與三岔口基性巖墻的εNd（t）值相差太遠，表明這樣的εNd（t）值不可能來自下地殼，只能是殼幔混合或富集地幔。在華北北部近EW向展布的三疊紀堿性巖帶，Nd同位素都具有富集地幔的特征，而三岔口基性巖墻同樣形成于這條堿性巖帶區(qū)域，形成年齡也一致，所以推測三岔口基性巖墻可能與華北巖石圈地幔有內在聯(lián)系。

4巖石成因及地質意義

巖石富集LREE，虧損高場強元素Nb和Ta，以及高Sr低Nd的同位素組成可能有以下2種原因：1）俯沖背景交代地幔楔部分熔融的產物；2）大陸巖石圈伸展背景下富集巖石圈地幔減壓部分熔融而成。三岔口基性巖墻富集不相容元素（Ba、Rb、Th和K），而虧損HFSE（Ti、Nb、Ta、Zr和Hf）和Sr，這些特點在一定程度上和美國西部產于與俯沖消減作用有關的巖漿相似；因此，三岔口基性巖墻可能與大洋俯沖作用有一定聯(lián)系。但古亞洲洋早在三疊紀初期就已經完成了閉合，三岔口基性巖墻形成時（222．1Ma），本區(qū)已經為一個完整的克拉通，大洋俯沖的影響已不可能存在；因此，三岔口基性巖墻應該是大陸巖石圈伸展背景下富集巖石圈地幔減壓部分熔融形成的。在這個時期的侵入巖除了三岔口巖墻外，還有同時期的堿性巖及花崗巖，被認為形成于后碰撞環(huán)境中。關于三岔口巖墻的成因，作者認為是在海西末期西伯利亞板塊與華北板塊發(fā)生碰撞閉合，隨后應力松馳并逐漸向板塊內部傳遞，印支期時應力傳遞到板塊內部，導致板內拉張作用加劇，軟流圈地幔上涌使巖石圈部分熔融最終形成三岔口基性巖墻。

從中生代開始，華北地區(qū)的大規(guī)模巖漿活動正是華北克拉通減薄的表現(xiàn)，在此之前的元古宙和古生代，華北的構造及巖漿活動都非常微弱，巖石圈處于穩(wěn)定的狀態(tài)。如果說巖石圈破壞的高峰期是中生代，那么中生代巖漿活動鼎盛時期和古生代的穩(wěn)定時期之間的這段時間內的巖漿活動都有可能是華北克拉通破壞的開始。在區(qū)域上，早中生代巖漿活動在華北北緣形成了以富集地幔來源為主的燕山—陰山三疊紀侵入巖帶，其年齡都在196～230Ma，其時代與三岔口基性巖墻基本一致。盡管中國東部晚中生代巖石圈減薄可能與華北和華南板塊碰撞或太平洋板塊的俯沖有關，但是這些都難以解釋空間上近EW向展布于中亞造山帶和華北北緣，時間上且大致一致的早中生代巖漿活動；再結合中亞造山帶內構造體制在早中生代開始發(fā)生轉變，從擠壓轉變?yōu)樯煺梗约霸谌A北北緣的中—基性巖墻的出現(xiàn)，可以推測這些巖漿活動事件和構造事件可能為深部殼幔相互作用的表現(xiàn)，同時掀起了巖石圈減薄的開端。

結論

1）鋯石U－Pb年齡表明，三岔口基性巖墻形成于（222．1±1．6）Ma，屬印支晚期巖漿活動的產物。

2）主、微量元素和Sr－Nd同位素特征表明，三岔口巖墻的源區(qū)為富集巖石圈地幔。

3）三岔口基性巖墻為古亞洲洋閉合后西伯利亞板塊和華北板塊碰撞后伸展背景的產物。