中国东部新生代强碱性玄武岩成因研究--以内古辉河霞石岩和浙江建德碧玄岩为例

中国东部分布有广泛的新生代钠质强碱性玄武岩,作为地幔熔融的直接产物,为我们讨论中国东部大陆板内强碱性玄武岩的成因及地幔源区的性质提供了非常理想的研究对象。本文选择位于东北松辽盆地西侧的内蒙古辉河强碱性玄武岩与华南浙江西部的建德强碱性玄武岩作为主要的研究对象,通过对样品进行手标本和显微镜下的观察,结合常规的地球化学研究手段(主、微量元素组成,Sr-Nd-Hf-Pb放射性成因同位素组成)和Mg稳定同位素的分析测试,来讨论中国东部强碱性玄武岩的源区特征及其岩石成因,同时通过和周围其它新生代玄武岩进行对比来讨论强碱性玄武岩和弱碱性玄武岩在成因上的联系和差别。辉河玄武岩出露于中国东北的兴蒙造山带上,位于大兴安岭-太行重力梯度带的西侧。从岩性上看,辉河玄武岩为钠质碱性霞石岩,具有低的SiO2(37.7-41.3 wt.%)、Al2O3(10.0-12.0wt.%)含量,中等到高的MgO(7.51-11.0wt.%)含量和高的TiO2(3.50-3.72wt.%)、CaO(10.6-13.1wt.%)、Fe2O3T(13.8-15.9wt.%)含量。微量元素上与碳酸盐熔体具有亲缘性,即微量元素蛛网图上K、Zr-Hf、Ti的负异常(Hf/Hf*=0.58-0.69,Ti/Ti*=0.62-0.83),同时还具有高Ca/Al(1.19-1.72)和Zr/Hf 比值(43.5-46.6)。同时,其还具有明显低于正常地幔值的δ26Mg值(δ26Mg=-0.47‰~-0.350‰)。辉河霞石岩的主微量元素特征以及轻的镁同位素组成表明其起源于一个碳酸盐化的地幔源区。当辉河霞石岩与同样位于重力梯度带西侧地区的柴河玄武岩放在一起对比时可以发现,二者的δ26Mg值与Ti/Ti*呈现较好的正相关性,与Ca/Al、La/Sm和La/Yb 比值则呈现出较好的负相关性,我们认为,二者在微量元素含量以及比值上的差异以及以上所呈现出的相关性是由一个不均一的碳酸盐化地幔不同程度部分熔融过程引起的。同时,在此之前,中国东部具有轻镁同位素组成的均位于DTGL的东侧,且被认为与地幔过渡带中滞留的太平洋板片所带来的碳酸盐物质有关,而位于西侧的柴河玄武岩则不具有镁同位素的异常。辉河霞石岩轻的镁同位素组成表明,在邻近东亚大地幔楔的西侧地幔中,同样存在有再循环碳酸盐沉积物的贡献,说明整个东亚地区地幔过渡带中巨大的碳储库很有可能是多次俯冲事件的结果中国东南部浙江境内分布有大量新生代板内玄武岩,这些玄武岩的分布受到三条北东-南西向的断裂控制,将浙江玄武岩分为西部、中部、东部三个区域。其中,出露于浙江西部江山-绍兴断裂带的建德玄武岩是浙江境内最古老的新生代玄武岩(约40Ma)。为进一步认识浙江境内新生代岩浆作用的本质,本文报道了建德玄武岩的主微量元素组成和Sr、Nd、Hf、Pb同位素组成,并在与浙江其它新生代玄武岩对比的基础上,探讨它们之间的成因联系。建德玄武岩为碧玄岩,与浙江西部其它新生代玄武岩一样,碱性程度明显高于浙江中部和浙江东部的新生代玄武岩(以弱碱性的碱性橄榄玄武岩和拉斑玄武岩为主)。这些碧玄岩具有较低的SiO2(41.3-42.3wt.%)和A1203(9.70-12.6wt.%)含量,较高的MgO(8.90-15.6wt.%)、CaO(8.92-12.1wt.%)、TiO2(2.78-3.18wt.%)和Fe2O3T(14.1-16.2 wt.%)含量以及较高的高Ca/Al(1.02-1.16)比值。不相容微量元素组成上与火成碳酸岩有亲缘性,即蛛网图上表现为明显的K、Zr-Hf、Ti的负异常(Hf/Hf*=0.74-0.77,Ti/Ti*=0.70-0.74),同时还具有高的Zr/Hf 比值(48.5-50.1),表明其地幔源区含有碳酸盐组分。建德碧玄岩具有亏损的Sr-Nd-Hf同位素组成(87Sr/86Sr=0.7032-0.7034,εNd=5.85-5.95,εHf-7.78-8.56)和较高的 206Pb/204Pb(18.491-18.554)、207Pb/204Pb(15.488-15.518)和208Pb/204Pb(38.387-38.523)比值。相比于浙江中部和东部玄武岩,浙江西部玄武岩及建德碧玄岩具有更高的碱含量、不相容微量元素含量、La/Yb 比值和更明显的K、Zr-Hf、Ti负异常,表明浙江西部玄武岩是碳酸盐化地幔低程度熔融的产物。浙江新生代玄武岩Ti/Ti*与Ba/Th、K/La比值之间较好的正相关性表明其源区存在两端元混合的特征。其中,以浙江西部玄武岩(包括建德碧玄岩)为代表的地幔端元是由含碳酸盐的再循环洋壳熔融产生的碳酸盐熔体与亏损地幔反应形成的碳酸盐化地幔,以低的Ba/Th、K/La、Ti/Ti*比值和较低的87Sr/86Sr为特征。以浙江东部玄武岩为代表的地幔端元具有和碳酸盐化地幔端元互补的、较高的Ba/Th、K/La和Ti/Ti*比值,以及较高的87Sr/86Sr,代表熔融残余的再循环洋壳。因此,浙江新生代玄武岩的地幔源区是不均一的,这种不均一性主要是由具有成因联系的两种端元组分所控制。综上所述,中国东部强碱性玄武岩的共同特征是与碳酸盐熔体具有亲缘性,即低的Si02含量,高的CaO含量和Ca/Al、Zr/Hf 比值以及K、Zr-Hf、Ti的负异常,表明再循环碳酸盐物质在中国东部新生代强碱性玄武岩源区中扮演了重要的角色;同时和周围其它弱碱性玄武岩的地球化学特征对比时都具有更高的Ca/Al值和更明显的Zr-Hf、Ti负异常(更低的Hf/Hf*和Ti/Ti*值),表明中国东部强碱性玄武岩是一个含碳酸盐物质的地幔较低程度部分熔融的结果。

中国东部; 强碱性玄武岩; 碳酸盐; 低程度部分熔融;

陈立辉;

P534.6;P588.145

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