相山火山侵入杂岩的岩石成因及动力学背景

2023-09-27 理论教育版权反馈

【摘要】：相山火山侵入杂岩的稀土配分曲线实际上并不平行一致，表现为不同岩性之间的轻重稀土比值以及Eu的负异常程度并不相同。

4.4.3.1　成因类型

总的来说，相山火山侵入杂岩样品都显示出A型岩浆所特有的地球化学特征，例如:富碱，具有较高的K2O+Na2O含量;富集REE，HFSE和Ga，亏损Ba、Sr和过渡元素;具有高的Ga/Al比值(Whalen et al，1987，1996)。此外，相山火山侵入杂岩具有较高的形成温度，由矿物成分估算的结晶温度介于870～940℃之间(Jiang et al，2005)，岩浆包裹体实测均一温度值为838～1 130℃(夏林圻等，1992)。在A型花岗岩的判别图解上，如10 000×Ga/Al-K2O+Na2O，Nb，Zr图解以及Zr+Nb+Ce+Y-(K2O+Na2O)/CaO(图4-10)中，相山火山杂岩显示出高的Ga/Al比值以及较高的Zr+Nb+Ce+Y含量，大部分数据点都落入了A型花岗岩的范围内，表明相山火山侵入杂岩具有A型花岗岩的地球化学特征。

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图4-8　相山火山侵入杂岩的锆石εNd(t)值和Hf模式年龄值柱状图

4.4.3.2　物质来源

前人通过大量的岩石学、地球化学数据分析论证了相山火山侵入杂岩主要是陆壳物质(基底变质岩)部分熔融的产物(方锡珩等，1982;王德滋等，1991;刘昌实等，1992;夏林圻等，1992;王德滋等，1993，1994;段芸等，2001;范洪海等，2001a;Jiang et al，2005)，相山火山盆地内喷发相、喷溢相和侵入相的岩石均来源于同一岩浆房。因此，野外地质事实及前人的岩石地球化学、同位素测试分析和本书的测年结果，进一步表明相山火山侵入杂岩属于同时间、同空间、同物质来源的一套火山-侵入岩的组合，形成于135Ma左右。

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图4-9　相山火山侵入杂岩的锆石206Pb/238U年龄-锆石εHf(t)值图解

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图4-10　相山火山侵入杂岩的(a)Na2O+K2O，(b)Zr，(c)Nb-10 000×Ga/Al，以及(d)(Na2O+K2O)/CaO-(Zr+Nb+Ce+Y)分类判别图解

(Whalen et al，1987)
显示出相山火山侵入杂岩具有A型花岗岩的地球化学特征。FG:高分异花岗岩;OGT:未分异的I型、S型以及M型花岗岩。图例同图4-4

相山火山侵入杂岩的εNd(t)值(表4-8)除石英二长斑岩之外，主要变化范围为-8.31～-7.29。不同岩性之间的Hf同位素组成较为相似(图4-9)，εHf(t)值集中在-9～-7，这些同位素组成特征表明，相山火山侵入杂岩具有相同的物质来源。此外，火山杂岩的两阶段Nd模式年龄()介于1.6～1.5Ga之间，两阶段Hf模式年龄值()集中在1.8～1.6Ga之间，表明相山火山侵入杂岩起源于中元古代变质岩。在ISr-εNd(t)图解(图4-7)中，相山火山杂岩的数据点位于古--中元古代正变质岩和副变质岩的演化区域之间，这就表明火山岩浆可能起源于地壳深处中元古代变质岩(包括正变质岩和副变质岩)的部分熔融。

关于相山火山侵入杂岩的物质来源中是否含有幔源组分也是一个一直没有解决的地质问题。相山花岗斑岩中含有镁铁质微粒包体，表面上看来是镁铁质岩浆与长英质岩浆之间发生了混合作用。然而，相山含有镁铁质微粒包体的花岗斑岩和不含镁铁质微粒包体的流纹英安岩以及碎斑熔岩具有相同的Nd-Hf同位素组成，表明了镁铁质微粒包体的存在在化学成分上对花岗斑岩的贡献很小。而晚期的石英二长斑岩具有相对较高的εNd(t)值，可能预示了其原始岩浆有部分地幔物质的加入。因此，总体上来说，相山火山侵入杂岩主要起源于基底变质岩的部分熔融，并且其源区无明显地幔物质的加入。

A型岩浆“无水”特性要求源区岩石先前必须发生过脱水作用，Jiang et al(2005)提出了一种形成相山A型火山侵入杂岩的可能模式:在早期热事件中，地壳深处的中元古代变质岩在麻粒岩相条件下发生脱水作用，从而形成以钾长石和斜长石为稳定矿物相的源岩。一旦温度超过900℃，上述脱水和麻粒岩化的源岩就会发生部分熔融而形成A型岩浆。因此，相山火山杂岩是由发生过脱水作用和麻粒岩化的中元古代正变质岩和副变质岩发生部分熔融而形成的。

4.4.3.3　构造环境

Jiang et al(2005)研究发现，花岗斑岩中的镁铁质微粒包体具有高的镁含量和低的钛含量，表明它们属于玻安岩系列，通常认为原始玻安质岩浆是萃取过玄武质岩浆的地幔中加入LREE、Zr、H2O、LILE等富集组分而再次发生部分熔融的产物(Hickey et al，1982;Bloomer et al，1987;Sobolev et al，1994)。Jiang et al(2005)认为相山镁铁质微粒包体的玻安质岩浆中富集流体组分可能来自俯冲的海洋沉积物，产生岛弧拉斑玄武岩以后的地幔是形成相山产生玻安质岩浆的亏损地幔的最合理机制，并认为相山玻安质岩浆可能形成于弧后盆地环境。通常认为A型岩浆形成于各种伸展构造环境，例如，大陆弧后拉张，碰撞后拉张和板内裂谷环境(Eby，1992;Whalen et al，1996;Förster et al，1997)。结合上述镁铁质微粒包体所提供的信息，笔者认为相山A型火山杂岩形成于大陆弧后拉张环境。

4.4.3.4　分离结晶作用

相山火山侵入杂岩具有相同的物质来源，但是，相山火山侵入杂岩不同岩性之间的主量元素以及微量元素组成特征并不完全相同。相山火山侵入杂岩的稀土配分曲线实际上并不平行一致，表现为不同岩性之间的轻重稀土比值以及Eu的负异常程度并不相同。从微量元素蛛网图(图4-6b)上可以看出，不同岩性之间的Ba、Sr、P、Ti的负异常程度也并不相同，各种岩性的Rb/Sr、Rb/Ba、Zr/Hf、Th/U、Nb/Ta值相差都较大，这些现象表明，相山火山侵入杂岩的岩浆过程是有差异的，分离结晶作用控制了相山火山侵入杂岩的主量元素和微量元素的组成变化。

Rb、Sr和Ba能对岩浆演化过程中造岩矿物(如长石矿物、角闪石、辉石、黑云母等)的行为提供重要制约，而Zr、Hf、Th和REE则受控于副矿物相(如锆石、榍石、磷灰石、褐帘石、独居石等)的行为。因此，我们利用上述微量元素来示踪岩浆的演化特征。

在Sr-Ba、Rb-Ba和Sr-Ba/Sr图解(图4-11a～c)上可以看到，花岗斑岩发生分离结晶作用的程度最小，而流纹英安岩和流纹英安斑岩主要发生斜长石的分离结晶作用，而碎斑熔岩主要发生钾长石的分离结晶作用。在La-(La/Yb)N图解(图4-11d)上可以看到，褐帘石和独居石的分离结晶控制了相山火山侵入杂岩轻稀土元素(LREE)的含量变化。

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图4-11　相山火山侵入杂岩的(a)Ba-Sr，(b)Ba-Rb，以及(c)Sr-Ba/Sr图解，显示出流纹英安岩和流纹英安斑岩主要发生了斜长石的分离结晶作用，而碎斑熔岩主要发生了钾长石的分离结晶作用。(d)La-(La/Yb)N

图解表明褐帘石和独居石的分离结晶控制了相山火山侵入杂岩稀土元素的含量变化
Rb、Sr和Ba的分配系数引自Philpotts et al(1970);磷灰石的分配系数引自Fujimaki(1986)，锆石和褐帘石的分配系数引自Mahood et al(1983)，独居石的分配系数引自Yurimoto et al(1990)。Pl.斜长石;Kfs.钾长石;Bt.黑云母;Aln.褐帘石;Mnz.独居石;Ap.磷灰石;Zrn.锆石。图例同图4-4

相山火山侵入杂岩的岩石成因及动力学背景

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