小规模溢流玄武岩成因研究--以赤峰与新昌—嵊州溢流玄武岩为例

作为地球表面喷发规模最大的火山作用之一,溢流玄武岩的成因受到了广泛的关注。以往的研究中,大火成岩省(LIPs)是溢流玄武岩研究的重点,因为大火成岩省以岩浆喷发规模巨大(远远大于105 km3)为特点,且与地质历史中的生物灭绝事件密切相关。然而,在漫长的地质演化史中,除了大火成岩省外,规模较小的溢流玄武岩分布更为广泛,但是研究程度较低,本文将其定义为小规模溢流玄武岩。小规模溢流玄武岩是指玄武岩熔岩以裂隙式喷发为主,成层分布,但喷发量远远小于经典大火成岩省(小于105 km3)的溢流玄武岩。在喷发时间上不同于大火成岩省(1到2个百万年内完成岩浆主体喷发),小规模溢流玄武岩往往要延续几个百万年,甚至十几个百万年。在岩性上,小规模溢流玄武岩往往以拉斑玄武岩、粗面玄武岩等演化玄武岩为主,表现出在地球化学成分上的明显演化特征。本文通过对内蒙古自治区赤峰溢流玄武岩与浙江省新昌-嵊州溢流玄武岩的研究,探讨这类小规模溢流玄武岩的成因。在对内蒙古赤峰地区中新世百岔河溢流玄武岩剖面的研究中发现,其元素地球化学特征随玄武岩喷发呈现出规律变化,比如MgO、CaO等主量元素含量随玄武岩喷发(由底部向顶部)而增高,不相容元素如Nb、La等含量随喷发而降低,放射性Pb同位素组成随喷发逐渐增高。简言之,随岩浆持续喷发,岩浆演化程度降低,地壳混染信号减弱。K-Ar年代学工作表明,该溢流玄武岩剖面在定年误差范围内即完成了岩浆喷发,暗示了岩浆作用的连续性。通过岩浆房过程REAFC(岩浆补给(Recharge)-岩浆喷发(Eruption)-地壳混染(Assimilation)-分离结晶(Fractional Crystallization)模型)模拟发现,百岔河溢流玄武岩剖面元素地球化学特征的连续变化是由岩浆房过程中岩浆补给、分离结晶与地壳混染同时作用造成的。对比全球范围内典型大火成岩省连续喷发剖面后发现,在溢流玄武岩的形成过程中,岩浆补给作用非常重要,且普遍。因此,岩浆补给是小规模溢流玄武岩成因过程中必不可少的要素。对浙江省新昌-嵊州溢流玄武岩的研究揭示小规模溢流玄武岩的时空分布与岩浆房过程之间的潜在联系。新昌-嵊州溢流玄武岩的喷发受丽水-余姚深断裂控制,呈现由南(新昌)往北(嵊州)移动的趋势。元素地球化学特征显示,该区玄武岩可以被分为低硅玄武岩、高硅新昌玄武岩与高硅嵊州玄武岩。其中高硅玄武岩是岩浆房作用的产物,因为这些玄武岩具有明显的岩浆分离结晶与地壳混染的信号。高硅玄武岩的演化被分为两个连续的序列,碱性序列与拉斑序列。嵊州高硅玄武岩在演化程度上总是比新昌高硅玄武岩高。结合地质年代学,高硅玄武岩经历了约6个百万年的岩浆演化停滞((Na2O + K2O)/MgO = 0.40-0.66;TiO2/MgO = 0.23-0.35),为了维持岩浆的这种演化停滞,岩浆补给必不可少。通过简单的REAFC模拟,本次研究从元素地球化学的角度证实了岩浆补给在新昌-嵊州溢流玄武岩成因中的重要性。结合区域深大断裂的产状,进一步提出溢流玄武岩的岩浆房补给与生长模式是控制小规模溢流玄武岩时空分布的机制。通过同位素地球化学的研究还发现,经历岩浆补给作用形成的玄武岩记录了来自地幔源区的同位素特征,表现在206Pb/204Pb相同的基础上具有更高的207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值,143Nd/144Nd相同的基础上,更高的176Hf/177Hf比值,结合其中等Ba/Th与较低Th/La比值的特征,推测其地幔源区存在再循环的洋壳沉积物,反映了软流圈地幔的化学不均一性。我们认为,一方面,小规模溢流玄武岩的岩浆房补给作用能够帮助溢流玄武岩记录来自地幔源区的同位素组成;另一方面,含有再循环地壳的软流圈地幔的持续熔融可能是岩浆持续补给乃至溢流玄武岩形成的重要原因。综上所述,岩浆房作用,特别是岩浆补给作用,在小规模溢流玄武岩的形成过程中扮演了重要的角色。岩浆补给不但为溢流玄武岩的大规模喷发提供物质贡献,同时也是引起溢流玄武岩地球化学成分规律变化的主导因素之一。我们的研究结果还表明,经历岩浆补给的岩浆房生长模型控制小规模溢流玄武岩的时空分布;此外,小规模溢流玄武岩的地幔源区存在显著的不均一性,暗示地幔源区存在再循环地壳可能是小规模溢流玄武岩形成的重要原因。

小规模溢流玄武岩; 新生代玄武岩; 板内岩浆作用; 岩浆补给; 地壳混染; 地壳再循环; 中国东部;

陈立辉; Lee Cin-Ty; 谢烈文;

P588.145

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