东北哈拉哈河-柴河新生代玄武岩及双鸭山巨晶的成因研究

玄武岩作为地幔发生部分熔融作用的直接产物,其本身的地球化学特征及其捕获的巨晶是研究深部地质过程的重要窗口。然而,它们的成因仍然存在很大争议。本文分别选取位于东北地区的哈拉哈河-柴河新生代玄武岩和双鸭山地区船底山组玄武岩中赋存的单斜辉石和石榴子石巨晶作为研究对象,分别进行了全岩地球化学(主量、微量元素和Sr、Nd、Pb、Hf同位素)和单矿物化学(电子探针和微量元素原位分析)研究,来探讨两者的成因机制并反演深部地质过程。为了进一步了解中国东北新生代玄武岩地幔源区的物质属性,本文报导了大兴安岭地区哈拉哈河-柴河新生代玄武岩的全岩主量、微量元素以及Sr、Nd、Pb、Hf放射性成因同位素的组成。哈拉哈河-柴河玄武岩为属钠质碱性系列,具有与洋岛玄武岩(OIB,Ocean Island Basalt)相似的微量元素特征,如富集大离子亲石元素(LILEs)、具有明显的Nb、Ta正异常等。它们亦具有中等亏损的Sr-Nd-Hf同位素组成(87Sr/86Sr=0.7035~0.7039、εNd=5.21~6.55、εHf=10.00~11.25),接近中国东部新生代玄武岩的亏损端元。这些玄武岩具有中等的放射成因Pb同位素组成(206Pb/204Pb=18.374~18.572、207Pb/204Pb= 15.521~15.549和208Pb/204Pb=38.244~38.435),在206Pb/204Pb-207Pb/204Pb相关图上介于4.42Ga和4.45Ga的地球等时线之间。它们在Sr-Nd-Pb同位素相关图中均落入地幔柱来源的、高3He/4He 比(>30 Ra)洋岛玄武岩的范围内,暗示其源区可能存在来自深部地幔的古老原始地幔物质。此外,这些玄武岩具有高MgO(8.49%~11.58wt.%)、高Ni(174~362ppm)和高Mg#(59.1~66.9)的特征,表明它们接近于原始岩浆的成分。反演的哈拉哈河-柴河玄武岩的原始岩浆组成具有中等的Si02以及低A12O3、和高CaO/Al2O3比的特征,与石榴子石橄榄岩高压(>2.5GPa)实验熔体的成分相当,暗示玄武岩的源区岩性可能为橄榄岩。以原始地幔(而不是亏损地幔)的微量元素为初始成分,模拟计算饱满石榴子石二辉橄榄岩发生低程度(1%~2%)部分熔融产生的熔体具有与哈拉哈河-柴河玄武岩一致的微量元素特征,进一步支持了上述推断。综上所述,我们认为大兴安岭地区哈拉哈河-柴河玄武岩的源区含有来自深部地幔的、橄榄岩质的、古老原始地幔组分。本文还报道了松辽盆地西侧的双鸭山市安邦河流域的玄武岩风化砂矿矿床中单斜辉石和石榴子石巨晶的矿物化学和原位微量元素组成。双鸭山地区单斜辉石巨晶属普通辉石系列,石榴子石巨晶属镁铝榴石系列,全岩与单矿物地球化学特征与中国东部新生代玄武岩中的捕虏巨晶十分相似,如较低的Mg#(Cpx:79.5~88.2;Gt:61.1~76.0),亏损大离子亲石元素(LILEs)等。它们的Na20(Cpx:1.62~2.06wt.%;Gt:0.02~0.05wt.%)、CaO(Cpx:16.3~17.0wt.%;Gt:5.3~6.0wt.%)、Ti02(Cpx:1.07~1.62wt.%;Gt:0.39~0.55wt.%)、Sm/Yb和Gd/Yb与Mg#均存在弱的负相关性,表明双鸭山巨晶均是直接从玄武质岩浆中分离结晶形成而不是来自金伯利岩或地幔橄榄岩的残片。石榴子石相比单斜辉石明显更富集HREE和Zr,且Zr与Hf在两种矿物中的含量耦合,暗示了双鸭山单斜辉石和石榴子石巨晶近同时分离结晶。双鸭山巨晶的Yb/Er在不同的Mg#下保持了相对均一性,暗示了巨晶源区不存在岩浆-岩浆反应或混合。此外,强不相容元素的强烈亏损指示浅部过程基本不影响巨晶的形成。反演的平衡分离结晶过程表明,当结晶相占约10%时,具有寄主岩浆微量元素成分的原始熔体可以晶出与双鸭山巨晶微量元素组成相同的单斜辉石(70%)和石榴子石(30%)巨晶,暗示巨晶的母岩与船底山组玄武岩来自同一源区。温压计估算结果(P=2.4~3.3GPa;T=1164~1331℃)指示双鸭山地区巨晶的结晶深度为78~105km,位于岩石圈地幔底部至岩石圈-软流圈界限顶部。综上所述,我们认为双鸭山地区巨晶可能是早期玄武质岩浆在岩石圈底部结晶形成的巨晶,后被晚期同源的船底山组玄武质岩浆在上涌过程中捕获并携带至地表。

新生代玄武岩; 巨晶; 原始地幔; 岩石圈; 中国东北;

陈立辉;

P534.6;P588.145

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