大別-蘇魯造山帶和華北東南緣白堊紀巖漿巖地球化學研究.pdf

1、大別-蘇魯造山帶及其鄰近的華北東南緣既受到了三疊紀俯沖華南板塊的影響，也受到了俯沖太平洋板塊的影響，因此是研究俯沖地殼物質再造和再循環(huán)及其殼幔相互作用的理想靶區(qū)。該區(qū)廣泛出露的碰撞后巖漿巖則提供了潛在的研究對象。本文對大別造山帶早白堊世安山巖和堿性火山巖進行了系統(tǒng)的巖石學和地球化學研究，結果發(fā)現了俯沖華南陸殼物質再循環(huán)和再造的鑒定性年代學和地球化學證據。對蘇魯造山帶和華北東南緣早白堊世和晚白堊世鎂鐵質巖漿巖進行了全巖和礦物地球化學研究，

2、結果表明它們分別是大陸俯沖隧道和大洋俯沖隧道內板片-地幔相互作用的產物。
　　我們對大別造山帶北淮陽碰撞后中性火山巖進行了詳細的地球化學研究，包括全巖主微量元素、Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析，鋯石SIMS U-Pb定年、O同位素和Lu-Hf同位素分析。結果為限定大陸碰撞造山帶安山巖成因以及大陸俯沖隧道內板片-地幔相互作用提供了制約。這些火山巖具有變化的SiO2含量(50.28-63.86wt.％)，MgO含量(1.18-4.6

3、5wt.％)，(Fe2O3)T含量(3.60-8.53wt.％)，Al2O3含量(12.92-18.95wt.％)，Na2O含量(2.08-6.30wt.％)和K2O含量(0.73-5.25wt.％)。其巖性主體為粗面安山巖，還有少量玄武粗面安山巖、安山巖、英安巖和粗面巖。它們具有弧型的微量元素分布特征，即富集大離子親石元素(LILE)和輕稀土元素(LREE)，虧損高場強元素(HFSE);富集的Sr-Nd-Pb-Hf同位素組成，即高的初

4、始87Sr/86Sr比值(0.7075-0.7110)，負的εNd(t)值(-23.1到-15.0)和εHf(t)值(-29.8到-18.3)，207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值隨著206Pb/204Pb比值的升高而升高。鋯石Hf-O同位素分析表明同巖漿鋯石具有低的εHf(t）值(-31.0到-17.8)和變化的δ18O值(4.4-6.8‰)。鋯石SIMS U-Pb定年結果顯示，北淮陽安山質火山巖的形成年齡為早白堊世(1

5、23-130Ma)。另外，它們含有豐富的殘留鋯石核，其U-Pb年齡為新元古代和三疊紀，分別與大別-蘇魯造山帶超高壓變火成巖的原巖和變質年齡一致。有些鋯石核具有低的到負的δ18O值。這些元素和同位素特征表明，北淮陽碰撞后安山質火山巖來源于交代富集的造山帶巖石圈地幔。三疊紀華南陸塊與華北陸塊碰撞過程中，俯沖華南陸殼發(fā)生部分熔融產生的長英質熔體在大陸俯沖隧道內交代上覆華北巖石圈地幔楔橄欖巖，熔體-橄欖巖反應形成了富沃富集的地幔交代巖。大陸俯沖

6、隧道內熔體-橄欖巖反應是形成碰撞造山帶安山巖地幔源區(qū)的關鍵過程。
　　堿性巖漿巖常常與長英質和鎂鐵質巖石共生，但是出露面積較小。他們常常被認為是地幔來源的，然而也可能由加厚造山帶地殼部分熔融產生。該觀點得到了大別造山帶碰撞后堿性火山巖的證實。我們對大別造山帶北淮陽碰撞后堿性火山巖進行了詳細的地球化學研究，包括全巖主微量、Sr-Nd-Hf同位素分析，鋯石SIMS U-Pb定年、O同位素和Lu-Hf同位素分析。結果為我們限定它們巖漿源

7、區(qū)性質和碰撞造山帶下地殼再造提供了制約。鋯石SIMS U-Pb定年結果顯示，北淮陽堿性火山巖的形成年齡為早白堊世(133-136Ma)，與大別造山帶早期埃達克質巖同期。它們含有豐富的殘留鋯石核，其U-Pb年齡為新元古代和三疊紀，分別與大別造山帶超高壓變質巖的原巖和變質年齡一致。這些火山巖巖性為粗面巖和響巖，它們具有變化的SiO2含量(55.94-64.10wt.％)，MgO含量(0.16-0.95wt.％)，Al2O3含量(16.80-

8、21.32wt.％)，K2O含量(4.65-14.55wt.％)和Na2O+K2O含量(11.51-15.01wt.％)。它們具有弧型的微量元素分布特征，即富集大離子親石元素(LILE)和輕稀土元素(LREE)，虧損高場強元素(HFSE)。具有富集的全巖Sr-Nd-Hf同位素組成，即高的初始87Sr/86Sr比值(0.7034-0.7104)，負的εNd(t)值(-16.3到-15.1)和εHf(t)值(-18.0到-15.8)。鋯石H

9、f-O同位素分析表明同巖漿鋯石εHf(t)值(-27.4到-22.5)和δ18O值(4.9-5.9‰)變化較小，而三疊紀和新元古代殘留鋯石的εHf(t）值(-32.7到-6.5)和δ18O值(3.0-10.2‰)變化較大。這些元素和同位素特征表明，北淮陽碰撞后堿性火山巖來源于俯沖華南下地殼部分熔融。源區(qū)巖石主要為新元古代中期鎂鐵質巖漿巖。三疊紀大陸碰撞過程中，部分具有高δ18O值和變化εHf(t)值的表殼物質加入了增厚的造山帶地殼。早白

10、堊世碰撞后階段巖石圈減薄，誘導造山帶地殼低比例部分熔融形成了這些堿性火山巖。
　　作為幔源巖石，玄武巖記錄了其地幔源區(qū)的地球化學和巖石學性質。橄欖石是玄武質巖漿最早結晶的礦物，能夠為恢復初始巖漿成分和源區(qū)巖石學性質提供重要制約。我們對蘇魯造山帶和華北東南緣白堊紀玄武巖進行了詳細的地球化學研究，包括全巖主微量元素、Sr-Nd-Hf同位素分析，橄欖石成分以及單礦物O同位素分析，結果為大陸玄武巖成因及其地幔巖石學性質提供了制約。它們的巖

11、性主要為碧玄巖和玄武巖，少量粗面玄武巖。早白堊世方城玄武巖具有相對較高的SiO2含量(46.84-47.87wt.％)和Mg＃(66.3-72.2)，較低的(Fe2O3)T(8.60-9.05wt.％)和TiO2(1.07-1.13wt.％)含量;弧型微量元素分布特征;富集的Sr-Nd-Hf同位素組成，即高的初始87Sr/86Sr比值(0.7095-0.7098)，負的εNd(t)值(-13.8至-12.8)和εHf(t）值(-17.6

12、至-16.5);較高的橄欖石δ18O值(6.0-6.5‰);大部分高Fo值橄欖石斑晶具有與MORB橄欖石類似的Ni、Mn含量和Fe/Mn比值。晚白堊世堿性玄武巖具有較低的SiO2含量(38.51-44.17wt.％)和Mg＃(50.4-71.1)，較高的(Fe2O3)T(10.62-15.12wt.％)和TiO2(2.02-3.17wt.％)含量;OIB型微量元素分布特征;虧損的Sr-Nd-Hf同位素組成，即低的初始87Sr/86Sr比

13、值(0.7036-0.7063)，正的εNd(t)值(1.0-5.9)和εHf(t）值(4.6-9.3);較低的橄欖石δ18O值(4.4-5.4‰);大部分高Fo值橄欖石斑晶具有比MORB橄欖石高的Ni含量和Fe/Mn比值，低的Mn含量。這些元素和同位素結果表明，早白堊世方城玄武巖來源于三疊紀大陸碰撞過程中俯沖華南地殼來源熔體交代富集的華北巖石圈地幔，其源區(qū)巖石主要為橄欖巖并含有少量輝石巖;而晚白堊世莒南、青島和膠州堿性玄武巖來源于新生