岩墙地球化学特点的影响范文

作者：杨毓红刘燊胡瑞忠冯彩霞冯光英杨朝贵齐有强单位：中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室中国科学院研究生院西北大学大陆动力学国家重点实验室／地质学系

分析方法

样品的破碎和锆石挑选在河北廊坊市诚信地质服务公司完成。锆石阴极发光图像处理在西北大学“大陆动力学国家重点实验室”完成。锆石U－Pb同位素定年在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验利用LA－ICP－MS分析完成。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U－Th－Pb同位素比值和年龄计算）采用软件ICPMSDataCal完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法见Liu等。锆石标准91500的U－Th－Pb同位素比值推荐值据文献。锆石样品的U－Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot／Ex＿ver3完成。岩石主量元素、微量元素组成及Sr－Nd同位素组成分析在中科院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成，Sr－Nd同位素组成采用热电离质谱（TIMS）分析，所用仪器是ThermoFisher公司生产的Triton型热电离质谱仪，分析方法参见文献。主元素测试采用AxiosPW4400型X荧光光谱仪，分析精度优于3％；微量元素分析采用ELAN6000ICP－MS完成，分析精度优于5％。

分析结果

1锆石

U－Pb年龄所采样品约50kg，并从中挑选出约200粒单颗粒锆石。挑选出的锆石为自形—半自形无色透明状，锆石直径为70～120μm，具有清晰的震荡环带（图2）。所测试锆石的Th／U值均＞0．1（表1），具有岩浆锆石的特征。分析点均位于U－Pb谐和线上，206Pb／238U加权平均年龄为（222．1±1．6）Ma（图2），代表了该岩墙的结晶年龄，为印支晚期岩浆活动的产物，与平泉光头山碱性花岗岩的形成年龄（（220±1．0）Ma）一致。

2岩石地球化学特征

本次共测定了10个代表性样品的主微量元素组成（表2、3）。所有样品具有相对较低的SiO2质量分数（47．43％～48．62％），在TAS图解中（图3）几乎所有样品都落在拉斑玄武岩区域，样品全碱质量分数很低（w（K2O＋Na2O）＝3．20％～4．19％，平均为3．22％），且w（K2O）＜w（Na2O）。Mg＃＝48．32～50．73，w（Al2O3）＝14．60％～15．09％，平均为14．86％。LaN／YbN＝1．52～4．02，平均为3．10，δEu＝0．86～1．08，平均为0．96。在三岔口基性岩墙稀土元素配分曲线上（图4a），所有样品都具有弱的右倾趋势。在微量元素蛛网图上（图4b），样品相对富集大离子亲石元素（Rb、K和U），亏损高场强元素（Nb、Ta和Ti），且具有明显的Pb富集和Sr亏损特征。

3Sr－Nd同位素组成

三岔口基性岩墙的Sr－Nd同位素组成见表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，与燕辽—阴山三叠纪碱性岩的同位素组成有着相似的特征（图5），暗示三岔口基性岩墙与这条碱性岩带的源区相同，都属于富集的岩石圈地幔。

讨论

1分离结晶作用

三岔口基性岩墙的Mg＃＝48．32～50．73，低于原始岩浆的参考数值（65），表明基性岩墙是原始岩浆经历了一定程度分异作用的产物。在Harker图解中（略），MgO与Al2O3没有明显的相关关系，而且在稀土配分图解中Eu的负异常不明显（δEu＝0．86～1．08，平均为0．96），暗示成岩过程中斜长石的分离结晶作用不明显。

2地壳混染

三岔口基性岩墙富含大离子亲石元素（LILE、K和Rb等）和轻稀土元素（LREE），相对亏损高场强元素（Nb和Ta等），这些特征说明岩脉可能受到陆壳的混染作用，不排除有其他可能，如地壳物质的再循环作用或流体交代作用。但其相对均一的元素地球化学性质和变化微小的La／Sm值（2．62～3．26）表明地壳混染作用在岩浆演化过程中的影响微弱，另外，用Nb／Ta－La／Yb相互关系做进一步检验，如果岩浆在上升侵位过程存在明显的地壳混染，基性脉岩在该图上的标绘点应当呈现出负相关关系。该区岩墙在相关图中（略）并不呈现出负相关关系，因此，其元素地球化学特征主要反映了其源区的地球化学性质。

3源区特征

上述讨论说明三岔口基性岩墙的地球化学特征反映了源区特征。那么岩墙w（SiO2）＝47．43％～48．62％，表明岩墙的母岩浆只能是地幔源区。另外，样品较高的Sr同位素初始比值（0．7060～0．7064），以及负的εNd（t）值（－9．3～－6．1，平均为－8．0），表明该岩墙来源于富集的岩石圈地幔。但三岔口基性岩墙的εNd（t）值却有地壳、壳幔混染以及富集地幔3种可能的成因。华北克拉通下地壳由太古宙和早元古代角闪岩相－麻粒岩相变质岩系组成，它们在130Ma时εNd（t）为－40～－30，如果用研究区基性岩墙年龄（222．1Ma）进行校正，下地壳的εNd（t）略升高但不会有较大变化，与三岔口基性岩墙的εNd（t）值相差太远，表明这样的εNd（t）值不可能来自下地壳，只能是壳幔混合或富集地幔。在华北北部近EW向展布的三叠纪碱性岩带，Nd同位素都具有富集地幔的特征，而三岔口基性岩墙同样形成于这条碱性岩带区域，形成年龄也一致，所以推测三岔口基性岩墙可能与华北岩石圈地幔有内在联系。

4岩石成因及地质意义

岩石富集LREE，亏损高场强元素Nb和Ta，以及高Sr低Nd的同位素组成可能有以下2种原因：1）俯冲背景交代地幔楔部分熔融的产物；2）大陆岩石圈伸展背景下富集岩石圈地幔减压部分熔融而成。三岔口基性岩墙富集不相容元素（Ba、Rb、Th和K），而亏损HFSE（Ti、Nb、Ta、Zr和Hf）和Sr，这些特点在一定程度上和美国西部产于与俯冲消减作用有关的岩浆相似；因此，三岔口基性岩墙可能与大洋俯冲作用有一定联系。但古亚洲洋早在三叠纪初期就已经完成了闭合，三岔口基性岩墙形成时（222．1Ma），本区已经为一个完整的克拉通，大洋俯冲的影响已不可能存在；因此，三岔口基性岩墙应该是大陆岩石圈伸展背景下富集岩石圈地幔减压部分熔融形成的。在这个时期的侵入岩除了三岔口岩墙外，还有同时期的碱性岩及花岗岩，被认为形成于后碰撞环境中。关于三岔口岩墙的成因，作者认为是在海西末期西伯利亚板块与华北板块发生碰撞闭合，随后应力松驰并逐渐向板块内部传递，印支期时应力传递到板块内部，导致板内拉张作用加剧，软流圈地幔上涌使岩石圈部分熔融最终形成三岔口基性岩墙。

从中生代开始，华北地区的大规模岩浆活动正是华北克拉通减薄的表现，在此之前的元古宙和古生代，华北的构造及岩浆活动都非常微弱，岩石圈处于稳定的状态。如果说岩石圈破坏的高峰期是中生代，那么中生代岩浆活动鼎盛时期和古生代的稳定时期之间的这段时间内的岩浆活动都有可能是华北克拉通破坏的开始。在区域上，早中生代岩浆活动在华北北缘形成了以富集地幔来源为主的燕山—阴山三叠纪侵入岩带，其年龄都在196～230Ma，其时代与三岔口基性岩墙基本一致。尽管中国东部晚中生代岩石圈减薄可能与华北和华南板块碰撞或太平洋板块的俯冲有关，但是这些都难以解释空间上近EW向展布于中亚造山带和华北北缘，时间上且大致一致的早中生代岩浆活动；再结合中亚造山带内构造体制在早中生代开始发生转变，从挤压转变为伸展，以及在华北北缘的中—基性岩墙的出现，可以推测这些岩浆活动事件和构造事件可能为深部壳幔相互作用的表现，同时掀起了岩石圈减薄的开端。

结论

1）锆石U－Pb年龄表明，三岔口基性岩墙形成于（222．1±1．6）Ma，属印支晚期岩浆活动的产物。

2）主、微量元素和Sr－Nd同位素特征表明，三岔口岩墙的源区为富集岩石圈地幔。

3）三岔口基性岩墙为古亚洲洋闭合后西伯利亚板块和华北板块碰撞后伸展背景的产物。