华南赣杭构造带含铀火山盆地岩浆岩的成因与动力学

2023-09-27 理论教育版权反馈

【摘要】：此外，安山质火山岩具有形成于超俯冲带环境的岩浆弧的岩石学特征。

5.4.6.1　地壳混染和分离结晶

盛源盆地安山质火山岩具有较低的MgO含量并富集大离子亲石元素(Ba，Rb)、轻稀土元素和Pb，亏损高场强元素(Nb，Ta)(图5-8)，同时，这些安山质火山岩同时富集Sr、Nd、Hf和Pb同位素。以上特征表明，这些安山质岩浆在上升的过程中有可能受到了地壳混染作用，然而，盛源盆地安山质火山岩的地壳混染作用并不显著，主要证据如下:①这些安山质火山岩的不相容元素含量明显高于上地壳(表5-7);②地壳物质的混染将会导致87 Sr/86 Sr与1/Sr以及εNd(t)与1/Nd产生线性关系(Hawkesworth et al，1979)，然而，在初始87Sr/86Sr-10 000×(1/Sr)和εNd(t)-100×(1/Nd)判别图解中并未显示出线性特征(图5-14);③Nb/U、Ta/U和Ce/Pb比值是判断混染和岩浆构造环境的灵敏指标(Hofmann et al，1986;Hofmann，1997;Jahn et al，1999)，然而盛源盆地安山质火山岩的Nb/U、Ta/U和Ce/Pb比值相对较低，不仅远远低于全球MORB和OIB的相对均一的值(Nb/U≈47、Ta/U≈2.7和Ce/Pb≈25)，甚至低于平均地壳的相应值，这种特征很难用单纯的地壳混染解释，因此，形成盛源盆地安山质火山岩的岩浆在上升过程中没有明显受到地壳物质的混染，其地球化学特征反映了源区地幔的特征。

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图5-14　盛源盆地安山质火山岩(a)εNd(t)-100×(1/Nd)和(b)初始ISr-10 000×(1/Sr)图解

(安山质火山岩数据来源于张万良，1999;吴俊奇等，2011;刘茜，2013;本书)

此外，盛源盆地安山质火山岩的La/Sm比值变化较小(6.5～7.5)而La的含量变化范围较大［(40～60)×10-6］，因此，在La-La/Sm判别图解中(图5-15;Treuil et al，1973)，盛源盆地安山质火山岩更倾向于结晶分异。在盛源盆地火山岩的化学成分变化图解(图5-7)中，K2O、TiO2、MgO、和CaO均与SiO2有明显的线性关系，上述地球化学特征暗示出在岩浆演化过程中可能存在铁钛氧化物、斜长石、钛铁矿以及磁铁矿的结晶分异作用。并且，在微量元素分布图上(图5-8b)我们可以看出，安山质火山岩展现出Ba、Nb、Ta、Sr、P和Ti的负异常，暗示出在岩浆演化过程中可能存在长石、磷灰石以及磁铁矿的结晶分异作用，然而安山质火山岩还展现出轻微的正Eu异常(图5-8a)，排除了长石及斜长石的分离结晶作用。

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图5-15　盛源盆地安山质火山岩La-La/Sm判别图解

(安山质火山岩数据来源于张万良，1999;吴俊奇等，2011;刘茜，2013;本书)

5.4.6.2　物质来源

对于中性火山岩，目前已知的成因模型有以下几种:①结晶分异模型，幔源玄武质岩浆的分离结晶作用(侯增谦等，1992);②部分熔融模型，上地幔或俯冲洋壳的部分熔融作用(即均一岩浆;吴华英等，2008;徐通等，2016);③混合模型，玄武质岩浆与酸性岩浆的岩浆混合作用(Grove et al，1983，1984);④地壳岩石的部分熔融作用(庞崇进，2015)。

首先，基于野外地质考察和实验数据分析，在盛源盆地并未发现大规模的玄武岩，并且盛源盆地安山质火山岩［εNd(t)为-10.4～-7.51］具有与同期幔源玄武质岩浆不同的εNd(t)值［赣南玄武岩的εNd(t)为-0.4～1.1，章邦桐等，2004;黄埠正长岩的εNd(t)为3.61～1.20，车步辉长岩的εNd(t)为-0.76～1.04，贺振宇等，2007;罗容杂岩体和马山基性岩的εNd(t)为1.5～3.3，郭新生等，2001］，因此安山质火山岩不可能来源于玄武质岩浆的分离结晶作用;其次，盛源盆地的安山质火山岩不仅具有弧状微量元素分布特征，也具有大陆地壳特征，这些特征难以用均一岩浆的方式形成;再次，一般来自于地壳岩石部分熔融形成的安山质火山岩都具有埃达克质岩的特征，而盛源盆地安山质火山岩具有较高的Y含量和较低的Sr/Y比值，明显不同于埃达克岩。

此外，安山质火山岩具有形成于超俯冲带环境的岩浆弧的岩石学特征(Arculus，1994;Castro et al，2013;Defant et al，1990)。弧岩浆作用是俯冲板块与地幔楔之间相互作用的产物，因此安山质火山岩代表着洋壳俯冲作用下的产物(Yao et al，2015)。此外，弧岩浆作用中的地壳物质能够被弧火成岩的主微量及放射性同位素组成所追踪(Allègre et al，1980;Allègre et al，1984;De Paolo，1981;Hawkesworth et al，2006;McCulloch et al，1978)。

在微量元素组成方面，盛源盆地安山质火山岩样品展现出弧状微量元素分布特征，例如富集大离子亲石元素、轻稀土元素和Pb，同时亏损高场强元素，为典型的火山弧环境(图5-8b;Hollings et al，1999;Wyman，1999)。此外，盛源盆地安山质火山岩具有相对较高的La/Nb和Ba/Nb比值，在La/Nb-Ba/Nb判别图解中(图5-16a)，盛源盆地安山质火山岩的数据点均投影在弧火成岩范围内，暗示出盛源盆地安山质火山岩可能来自于受到俯冲派生流体所交代变质的地幔楔成分(Xia et al，2016)。另外，在Hf-Th-Ta判别图解(图5-16b;Wood，1980)中也有相似的结果，所有数据点均投影在弧火成岩区域。总之，盛源盆地安山质火山岩相较于洋中脊玄武岩具有相对较低的相容元素［Ni=(2.53～46.9)×10-6，Co=(9.99～17.7)×10-6］和MgO含量，以及相对较高的K2O/Na2O比值(0.77～1.44)。上述特征被认为是来源于正常软流圈地幔的部分熔融(Hofmann，1988;Sun et al，1989)。

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图5-16　盛源盆地安山质火山岩Ba/Nb-La/Nb(Wilson，2001)判别图解(a)和Th-Hf/3-Ta(Wood，1980)判别图解(b)

(安山质火山岩数据来源于吴俊奇等，2011;刘茜，2013;本书)

在Sr-Nd-Hf-Pb同位素组成方面，盛源盆地安山质火山岩具有以下特征:①较高的初始87Sr/86Sr比值，变化范围在0.710 572～0.710 864之间，εNd(t)较低且变化范围较小，主要在-9.95～-8.56之间(表5-8);②较低的锆石εHf(t)值，变化范围在-14.1～-10.1之间(表5-9);③在固定的206Pb/204Pb比值下，具有较高的207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值(表5-10)。通常来说，上述特征被认为是具有大陆地壳型特征(Rudnick，1995;Taylor et al，1995)。

一般而言，地壳物质注入地幔的方式主要包括地壳混染、下地壳拆沉作用或者板块俯冲。盛源盆地安山质火山岩的地壳混染作用前面已经排除。盛源盆地安山质火山岩相较于大陆下地壳(K2O=0.61%，Th=1.2×10-6，U=0.2×10-6)展现出较高的K2O(2.22%～5.41%)，Th［(7.01～13.7)×10-6］和U［(1.38～2.86)×10-6］含量(Rudnick et al，2003)。此外，在Pb构造模型中，盛源盆地安山质火山岩的Pb同位素数据点投影在上地壳和地幔之间(图5-17)。因此，大陆下地壳不可能作为地壳物质端元进入地幔源区。另一方面，板块俯冲作用能够有效地将地壳物质带入地幔源区，是大洋和大陆弧岩浆源区混合的主要机制(Elliott，2003;Tatsumi，2006)。综合上述地球化学特征可以得出，盛源盆地安山质火山岩的大陆地壳型特征是因为幔源岩浆在地幔深度与板块俯冲作用带进来的洋壳物质混合产生安山质岩浆(Chen et al，2014，2016)。

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图5-17　盛源盆地安山质火山岩(a)207Pb/204Pb-206Pb/204Pb和(b)208Pb/204Pb-206Pb/204Pb比值和铅构造演化曲线(据Zartman et al，1988修改)

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