中國東部皖蘇新生代玄武巖元素和同位素地球化學(xué)研究.pdf

1、盡管前人對(duì)中國東部新生代大陸玄武巖已經(jīng)開展了大量地質(zhì)與地球化學(xué)研究，提出了不同地幔源區(qū)組分的存在，但就其成因機(jī)制來說，仍然存在嚴(yán)重分歧。最早認(rèn)為這些玄武巖的形成與地幔熱點(diǎn)有關(guān)，也有學(xué)者支持中國東部上地幔地球化學(xué)成分的演化可能受到太平洋板塊和/或印度洋板塊與歐亞板塊相互作用的影響，玄武巖產(chǎn)出背景可能是弧后拉張環(huán)境。但是，從二十世紀(jì)八十年代至現(xiàn)今，一般認(rèn)為這些玄武巖來源于軟流圈地幔，或者是軟流圈與大陸巖石圈地幔相互作用的產(chǎn)物。 鑒于

2、以上不同成因機(jī)制，本文對(duì)安徽東部和江蘇北部地區(qū)(簡稱皖蘇)的新生代玄武巖進(jìn)行了全巖主微量元素、單礦物電子探針、全巖和單礦物O同位素、微量碳酸鹽C-O同位素、全巖Sr-Nd-Pb-Hf同位素以及少量單礦物Sr-Nd同位素分析。結(jié)果表明，這些玄武巖可能是脫水洋殼與上覆大陸巖石圈地幔相互作用的產(chǎn)物。 皖蘇新生代玄武巖在化學(xué)成分上從堿性過渡到拉斑質(zhì)，以堿性為主。玄武巖相對(duì)較低的Mg＃和較高的Fe/Mn比值，說明源巖可能含有一定比例的輝石

3、巖。玄武巖稀土配分模式和微量元素蛛網(wǎng)圖與洋島玄武巖(OIB)相似，表現(xiàn)為輕稀土(LREE)富集和重稀土(HREE)虧損。堿性玄武巖和拉斑玄武巖的(La/Yb)N比值分別是12.5～31.8和7.1～14.4。玄武巖具有Nb和Ta正異常、Rb和Pb負(fù)異常。兩類玄武巖的Nb/U比值分別為34.2～57.2和36.0～84.7，△Nb值范圍分別為0.22～0.30和0.13～0.38，明顯偏離MORB的△Nb范圍(△Nb<0)，表明源區(qū)可能有

4、經(jīng)歷脫水后的殘留洋殼熔融產(chǎn)生的熔體加入。 皖蘇玄武巖全巖δ<'18>O值主要分布于5.23～6.26‰之間，基本落在新鮮洋中脊玄武巖δ<'18>O分布范圍內(nèi)。斜長石δ<'18>O值范圍為4.56～21.37‰，絕大多數(shù)高于正常地幔值，結(jié)合斜長石富集的Sr-Nd同位素組成，以及全巖微量碳酸鹽異常高的δ<'18>O值，表明斜長石在巖漿噴發(fā)過程中遭受了后期低溫蝕變。橄欖石斑晶δ<'18>O值為4.00～5.91‰，絕大多數(shù)落在正常地幔

5、值5.2±0.2‰范圍內(nèi)，個(gè)別值偏高，達(dá)5.91‰，這可能與橄欖石經(jīng)歷了后期蝕變有關(guān)；也有個(gè)別橄欖石的δ<'18>O值較低，為4.00‰和4.48‰。單斜輝石斑晶δ<'18>O值范圍為4.42～5.70‰，絕大多數(shù)低于典型地幔值5.6±0.2‰。低δ<'18>O值的出現(xiàn)表明，皖蘇玄武巖源區(qū)含有經(jīng)過高溫?zé)嵋何g變的洋殼物質(zhì)。低δ<'18>O值的保存表明，俯沖洋殼的氧同位素在地幔深度未被均一化，要求洋殼的俯沖深度位于對(duì)流軟流圈之上，很可能底墊

6、于中國東部大陸巖石圈地幔之下。氧同位素在單斜輝石與橄欖石之間的明顯不平衡，進(jìn)一步要求皖蘇玄武巖巖漿從形成、運(yùn)移至上升過程非常快速。定量計(jì)算結(jié)果表明，整個(gè)過程可能不超過1ka。皖蘇玄武巖的主微量元素和Sr、Nd、Pb和Hf同位素組成有一定的變化范圍。與堿性玄武巖相比，拉斑玄武巖具有較低的MgO，較高的SiO<,2>，高的初始<'87>Sr/<'86>Sr比值，低的ε<,Nd>(t)值，低的<'206>Pb/<'204>Pb和ε<,Hf>(

7、t)值，相對(duì)較大的單階段和兩階段的Nd和Hf模式年齡。這些地球化學(xué)特征不能用地殼物質(zhì)混染、分離結(jié)晶和熔融程度等因素來解釋，而要求皖蘇玄武巖源區(qū)為不均一的地幔，并且至少存在兩個(gè)不同端元組分。它們可能對(duì)應(yīng)于虧損的新生大陸巖石圈地幔和富集的古老大陸巖石圈地幔。 綜合考慮以上地球化學(xué)特征，我們認(rèn)為皖蘇玄武巖的成因模式是，在太平洋板塊俯沖的弧后拉張環(huán)境下，脫水后的洋殼發(fā)生部分熔融，熔體交代上覆大陸巖石圈地幔，并與之相互作用，形成不同元素和