浙東晚白堊世酸性巖漿的自混合作用及其意義*

高麗 楊祝良 余明剛

1. 中國地質(zhì)科學(xué)院, 北京 1000372. 中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心, 南京 210016

巖漿混合作用是兩種或多種不同成分、粘度、密度及溫度的同源或異源巖漿，以機(jī)械混合(mingling)或化學(xué)混合(mixing)的方式發(fā)生的相互作用(Campbell and Turner, 1989; Tonarinietal.， 2009)，可以發(fā)生在巖漿源區(qū)及運(yùn)移-侵位的多個(gè)階段(Hibbard, 1981; Anderson, 1983; Vernon, 1990; Humphreysetal., 2006; 王德滋和謝磊, 2008; Jafarietal., 2015)，是造成火成巖多樣性的主要原因之一，歷來受到研究者的廣泛關(guān)注。大量地球物理觀察及巖石學(xué)研究均證實(shí)，與火山作用有關(guān)的巖漿混合作用，大多發(fā)生于地殼淺部巖漿房(<4km深度)中，往往與巖漿的補(bǔ)給(recharge)過程有關(guān)(Sparksetal., 1977; Couchetal., 2001; 樊祺誠等, 2005; De Silvaetal., 2008; Ruprecht and Bachmann, 2012; Befus and Gardner, 2016)，也是誘發(fā)火山噴發(fā)的重要機(jī)制(Sparksetal., 1977; Ruprecht and Bachmann, 2010; Druittetal., 2012; Befus and Gardner, 2016; 丁磊磊等, 2018)。

通常來說，當(dāng)更熱、更低粘度及更富揮發(fā)分的深源巖漿進(jìn)入火山機(jī)構(gòu)之下的淺部酸性巖漿房時(shí)，由于補(bǔ)給巖漿與先存巖漿之間化學(xué)成分、物理性質(zhì)的不均衡性，二者會(huì)發(fā)生混合(周金城等, 1994; 薛懷民等, 2001; Phillips and Woods, 2002; 樊祺誠等, 2005; Priceetal., 2012; Mills and Coleman, 2013; Tostetal., 2016)，或者由補(bǔ)給巖漿提供熱量導(dǎo)致先存巖漿房?jī)?nèi)不同成分層之間發(fā)生熱柱對(duì)流自混合(self-mixing)作用(Couchetal., 2001; Pignatellietal., 2016)。巖漿房?jī)?nèi)的混合作用，一方面導(dǎo)致巖漿房中巖漿體積、溫度和壓力不斷增大，當(dāng)最終超過靜巖壓力或者存在外來因素影響時(shí)，可以誘發(fā)火山噴發(fā)；另一方面形成一系列具中間組分的混合巖漿，在噴出物中巖漿混合往往表現(xiàn)為包體、捕擄晶、骸晶、晶體的碎裂及礦物的反環(huán)帶等不平衡現(xiàn)象，同時(shí)還可能在斑晶、包裹體中出現(xiàn)成分的不均一性和分組性(Hibbard, 1981; Pallisteretal., 1992; 周金城等, 1994; De Silvaetal., 2008; Viccaroetal., 2010; Priceetal., 2012; 顏麗麗等, 2015; 陸天宇等, 2016)。

在這些過程中，基性巖漿與酸性巖漿的混合現(xiàn)象最易在野外識(shí)別，故一直以來都是巖石學(xué)家的主要研究對(duì)象(馬昌前等，1992；Murphyetal., 1998; Griffinetal., 2002; Phillips and Woods, 2002；樊祺誠等，2005；王德滋和謝磊，2008；Yanetal., 2016)。但越來越多的研究表明，在淺部巖漿房?jī)?nèi)，演化程度較高的酸性巖漿的補(bǔ)給也能導(dǎo)致先存的、趨于靜止的酸性巖漿再活化(remobilization)，從而誘發(fā)火山噴發(fā)同時(shí)產(chǎn)生一系列巖漿混合現(xiàn)象，如秘魯南部埃納普蒂納(Huaynaputina Volcano)、希臘圣托里尼(Santorini Volcano)及美國黃石公園(Yellowstone)等酸性火山的噴發(fā)均與酸性巖漿的補(bǔ)給過程有關(guān)(Venezky and Rutherford, 1997; Eichelberger and Izbekov, 2000; Eichelbergeretal., 2000; De Silvaetal., 2008; Druittetal., 2012; Befus and Gardner, 2016)。在秘魯?shù)陌＜{普蒂納火山中，盡管所有的噴發(fā)物都是英安巖，但其中所包含的斜長(zhǎng)石成分和結(jié)構(gòu)特征、火山玻璃地球化學(xué)特征、揮發(fā)分組成以及晶體含量等差異表明存在兩種不同演化程度英安質(zhì)巖漿，演化程度較低的高溫英安質(zhì)巖漿補(bǔ)給到演化程度較高的英安質(zhì)巖漿房中，二者發(fā)生物質(zhì)和能量的交換及混合，促使巖漿房?jī)?nèi)發(fā)生對(duì)流運(yùn)動(dòng)，巖漿房體積和壓力不斷增大，最終打開一個(gè)巖漿通道導(dǎo)致火山噴發(fā)(De Silvaetal., 2008)，類似的過程在美國黃石公園、希臘圣托里尼等酸性火山中也被證實(shí)(Druittetal., 2012; Befus and Gardner, 2016)；而更為直接的證據(jù)是，在酸性火山的噴發(fā)產(chǎn)物中，可以同時(shí)出現(xiàn)兩種或兩種以上的酸性噴出物(Matsumotoetal.，2018)。

在我國浙閩沿海廣泛發(fā)育的晚中生代火成巖中，已有的研究基本上集中于深成巖中基性和酸性端元之間的混合作用(周新民等，1992；董傳萬等，1998，2007，2008；Griffinetal., 2002；謝磊等，2004；陳榮等，2005)，而與這些深成侵入巖在時(shí)空上密切共生，成因上緊密聯(lián)系的火山巖中，與巖漿混合有關(guān)的現(xiàn)象卻罕有報(bào)道。這些晚中生代火山巖主體為流紋質(zhì)，伴生少量基性火山巖，形成雙峰式火山巖組合(Zhouetal., 2006)；在個(gè)別地區(qū)可伴生少量中間巖漿巖，形成復(fù)合巖流(周金城等，1994；薛懷民等，2001；謝昕等，2003)。其中雙峰式火山或者復(fù)合巖流，常在地球化學(xué)組成上表現(xiàn)出明顯的混合趨勢(shì)，例如基性與酸性端元一致的同位素特征、在哈克圖解上呈線性變化的主-微量元素組成及少量中間巖漿的出現(xiàn)(周金城等，1994；薛懷民等，2001；謝昕等，2003)。因此，研究者大多認(rèn)為，幔源基性巖漿和殼源酸性巖漿發(fā)生不同程度的混合或成分交換，是造成浙閩沿海晚中生代火山巖及其地球化學(xué)成分相關(guān)性的關(guān)鍵，也被認(rèn)為是殼幔相互作用的主要表現(xiàn)形式之一(董傳萬等, 1998，2007, 2008; Xuetal., 1999; 陳榮等，2005; Zhouetal., 2006; Guoetal., 2012；Liuetal., 2012)。但值得注意的是，與深成巖不同，這些火山巖中的基性包體、捕擄晶及礦物的不平衡結(jié)構(gòu)等與巖漿混合有關(guān)的現(xiàn)象極為罕見。在拔茅等極少數(shù)地區(qū)，英安巖中含有少量的安山質(zhì)包體和熔蝕成港灣狀的斜長(zhǎng)石斑晶，被認(rèn)為是玄武質(zhì)巖漿和流紋質(zhì)巖漿混合的直接證據(jù)(周金城等，1994；薛懷民等，2001)。除此之外，其余雙峰式火山巖或者復(fù)合巖流大多只在地球化學(xué)上表現(xiàn)出相關(guān)趨勢(shì)，因此，這些大規(guī)模噴發(fā)的酸性火山巖中，存在混合趨勢(shì)的基性與酸性巖漿是否與侵入巖中一樣，通過直接接觸發(fā)生相互作用，從而改變彼此的化學(xué)成分及礦物組成? 事實(shí)上，對(duì)于大規(guī)模噴發(fā)的酸性火山巖來說，考慮到巖漿之間的粘度、密度等因素，相比基性與酸性巖漿之間的混合作用，酸性巖漿與酸性巖漿之間的混合可能更為普遍(De Silvaetal.，2008)，但在我國東南沿海地區(qū)，相關(guān)的問題尚缺少足夠的關(guān)注和研究。

圖1 小雄破火山地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)浙江省地質(zhì)調(diào)查院，1980(1)浙江省地質(zhì)調(diào)查院. 1980. 1:20萬臨海幅地質(zhì)調(diào)查報(bào)告修改)

Fig.1 Geologic sketch map of the Xiaoxiong Caldera

本文報(bào)道了浙東小雄破火山內(nèi)一個(gè)次級(jí)火山口中粗面質(zhì)和流紋質(zhì)兩種酸性巖漿之間的混合現(xiàn)象，通過詳細(xì)的野外調(diào)查、巖相學(xué)及地球化學(xué)研究，揭示了二者的成因聯(lián)系及形成機(jī)制，這對(duì)深入理解中國東南沿海晚中生代大規(guī)模噴發(fā)的酸性火山巖漿房結(jié)構(gòu)、巖漿演化及噴發(fā)過程提供了重要參考。

1 地質(zhì)背景與巖相學(xué)特征

小雄破火山位于浙東臨海-三門一帶，是疊置于早白堊世火山構(gòu)造洼地之上的典型晚白堊世破火山機(jī)構(gòu)(圖1)。破火山內(nèi)出露的小雄組主體巖性為堿長(zhǎng)流紋巖、(堿長(zhǎng))流紋質(zhì)凝灰?guī)r，其年齡集中于88～98Ma(翁祖山和余方明，1999；邢光福等，2009；Liuetal., 2012)。小雄組底部砂礫巖和沉凝灰?guī)r分別不整合于磨石山群和永康群館頭組、朝川組之上，破火山中央最晚期形成的侵入巖為正長(zhǎng)斑巖，其鋯石U-Pb年齡與火山巖基本一致。小雄破火山是區(qū)域上晚中生代最晚階段火山活動(dòng)的產(chǎn)物，也被認(rèn)為是中國東南部晚中生代的巖漿活動(dòng)結(jié)束的標(biāo)志(翁祖山和余方明，1999；邢光福等，2009；Liuetal., 2012；劉磊等，2017)。

圖2 研究區(qū)野外露頭照片

研究區(qū)為小雄破火山內(nèi)一個(gè)次級(jí)火山口，其中心主體是流紋巖組成的火山頸，直徑約30m，周邊地層為爆發(fā)相的角礫熔結(jié)凝灰?guī)r。在火山頸內(nèi)，粗面質(zhì)巖漿和流紋質(zhì)巖漿的混合現(xiàn)象十分普遍(圖2)。露頭上流紋巖多為灰白、淺灰及淺肉紅色，肉眼可見大量細(xì)小的正長(zhǎng)石、透長(zhǎng)石、石英以及少量黑云母斑晶，粒徑多小于3mm；而粗面巖多呈灰黑-灰褐色，正長(zhǎng)石為唯一肉眼可見的斑晶，呈肉紅色-紅褐色，顆粒粗大，粒徑多大于5mm；顆粒自形，粒狀-短柱狀，但普遍具強(qiáng)烈的熔蝕現(xiàn)象，部分為中空骸晶狀或篩孔狀(圖2a, c)。

在露頭上，粗面質(zhì)巖漿團(tuán)塊形態(tài)多樣，大多為粗細(xì)不一的條帶狀，部分則為透鏡體狀、水滴狀、紡錘狀及火焰狀等，其直徑變化較大，長(zhǎng)度從數(shù)厘米至近一米左右，長(zhǎng)寬比大多3～10(圖2a, b、圖3a)，其中較大的紡錘狀以及水滴狀的粗面質(zhì)團(tuán)塊，其尖端朝下，而條帶狀以及透鏡體狀的團(tuán)塊長(zhǎng)軸面則近豎直，表明巖漿是垂直向上運(yùn)移的，在較大的粗面質(zhì)巖漿團(tuán)塊邊部，有時(shí)可見粗面質(zhì)巖漿及其中的正長(zhǎng)石斑晶有明顯的碎裂以及剪切現(xiàn)象，且礦物組合與內(nèi)部有一定的差別，正長(zhǎng)石顆粒變小，出現(xiàn)少量灰白色長(zhǎng)石及石英(圖3a內(nèi)(F)-紅色方框區(qū)域)。據(jù)Cordonnieretal.(2009)的研究，粗面質(zhì)團(tuán)塊邊部的這種剪切與碎裂現(xiàn)象與兩種巖漿之間的粘度-溫度差有關(guān)。當(dāng)高溫的粗面質(zhì)巖漿注入相對(duì)低溫的流紋質(zhì)巖漿后，其邊部發(fā)生了淬冷并形成相對(duì)堅(jiān)硬的外殼，當(dāng)其在火山通道中快速運(yùn)移時(shí)，受周圍巖漿剪應(yīng)力的影響，其淬冷邊及其中的礦物會(huì)發(fā)生碎裂變形，并可在邊部發(fā)育雁列式的微裂隙。這些均暗示兩類巖漿是在塑性狀態(tài)下共同向上運(yùn)移的，換言之，兩種巖漿在冷卻前就發(fā)生了明顯的混合作用，而且這一過程可能同時(shí)或者稍早于火山的噴發(fā)；另一方面，粗面質(zhì)巖漿團(tuán)塊內(nèi)部礦物組成在橫向上的變化，可能也與揮發(fā)分從內(nèi)部的溢出，以及伴隨溫度降低所導(dǎo)致的巖漿在微觀尺度上的分異有關(guān)(Castroetal., 2013；Rodríguez and Castro, 2017)。

圖3 露頭及代表性樣品巖相學(xué)特征

圖4 小雄破火山內(nèi)火山巖TAS圖解(a, 底圖據(jù)Middlemost, 1994)和A/NK-A/CNK分類圖解(b, 底圖據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)

兩種巖漿的比例在不同部位變化較大，總體上，在火山頸中心部位，粗面質(zhì)巖漿少于露頭面積的1/4左右，靠近火山頸外側(cè)，粗面質(zhì)團(tuán)塊的含量明顯降低；但在靠近火山頸中心位置粗面質(zhì)團(tuán)塊的含量顯著增多，局部可占1/2以上或更多。多數(shù)情況下，粗面質(zhì)與流紋質(zhì)巖漿界限清晰截然，但漸變過渡現(xiàn)象也十分常見，如圖2c，該區(qū)域礦物組合與流紋質(zhì)巖漿一致，顏色介于粗面質(zhì)巖漿的灰褐色與流紋質(zhì)巖漿的灰白色之間，且含有少量與粗面質(zhì)巖漿中正長(zhǎng)石顆粒相似的粗大正長(zhǎng)石顆粒，表明粗面質(zhì)巖漿和流紋質(zhì)巖漿在二者接觸部位有輕微的混合作用；此外，那些較小的條帶常具有類似于漿屑的形態(tài)，呈淺灰黑-淺褐色，與較大的條帶一起呈定向或略呈交織狀排列，其形態(tài)類似于福建平潭地區(qū)巖漿混雜巖中魚群狀的輝長(zhǎng)巖包體(董傳萬等，1998)，其礦物組合也常介于上述兩種端元巖漿之間，顯然，較小的條帶往往是兩種巖漿混合的產(chǎn)物。其中少量細(xì)小條帶具有分叉狀或燕尾狀尾部以及弧面狀形態(tài)，顯示出剛性狀態(tài)下破碎的跡象，暗示巖漿房?jī)?nèi)可能存在部分固結(jié)的巖漿，在巖漿混合過程中發(fā)生破裂被攜帶至地表。

在顯微鏡下，流紋巖樣品往往可見清晰的流動(dòng)構(gòu)造，斑晶由石英(3%)、透長(zhǎng)石(5%)、正長(zhǎng)石(2%)組成，其中石英呈半自形粒狀，粒徑0.5～4.0mm，部分被熔蝕成港灣狀；透長(zhǎng)石呈短柱狀，粒徑1～3cm，表面新鮮，裂紋發(fā)育，無明顯熔蝕現(xiàn)象；正長(zhǎng)石呈短柱狀、長(zhǎng)柱狀、板狀、棱角狀，粒徑0.5～5mm，大小不一，破碎嚴(yán)重，表面多風(fēng)化呈褐紅色，部分被熔蝕為孔洞狀，其形態(tài)特征與粗面巖樣品中的正長(zhǎng)石斑晶的類似，流紋巖樣品的基質(zhì)多為霏細(xì)結(jié)構(gòu)，并可見重結(jié)晶的流動(dòng)條帶。

而粗面巖樣品中斑晶幾乎全為正長(zhǎng)石，表面風(fēng)化呈褐紅色，含量約占10～15%，呈短柱狀、粒狀，粒徑變化于2～8mm，大都在5mm左右，?？梢姸鄠€(gè)正長(zhǎng)石斑晶聚集在一起構(gòu)成聚斑結(jié)構(gòu)，僅有不到40%的正長(zhǎng)石為獨(dú)立的顆粒。正長(zhǎng)石斑晶大多嚴(yán)重熔蝕呈篩孔狀、骸晶狀；其基質(zhì)為隱晶質(zhì)，有時(shí)也具流動(dòng)構(gòu)造，在與流紋巖的接觸部位尤其明顯，流紋沿二者界線延伸。大多數(shù)情況下，粗面質(zhì)巖漿與流紋質(zhì)巖漿接觸邊緣界線不甚清晰(圖2c、圖3a)，碎裂的正長(zhǎng)石有明顯向流紋質(zhì)巖漿流動(dòng)的現(xiàn)象。副礦物主要為鈦磁鐵礦、鋯石、磷灰石，有意思的是，鈦磁鐵礦常常包裹磷灰石、鋯石顆粒，并在其周圍有黑云母的反應(yīng)邊，可能與異源流體或巖漿的加入及反應(yīng)過程有關(guān)(Nakamura，1995；Venezky and Rutherford，1999)。

2 分析方法

在野外調(diào)查及巖相學(xué)研究的基礎(chǔ)上，挑選具不同色率及結(jié)構(gòu)特征、礦物特征的粗面巖(17xx-5-7、-9、-12、-13)和流紋巖樣品(17xx-5-1、-3、-4、-6、-8、-10)粗碎后采用無污染瑪瑙碎至200目制成粉末樣，取其30～50g以備全巖化學(xué)分析測(cè)試，該過程在河北省辰昌巖礦檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司完成。全巖主微量元素測(cè)試在中國地質(zhì)科學(xué)院國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行，每個(gè)樣品稱取0.7g，加入硼酸高溫熔融成玻璃片，采用PW4400熒光光譜儀進(jìn)行主量元素分析，氧化物總量分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%；全巖微量元素含量采用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(PE300Q)測(cè)定，分析精度和準(zhǔn)確度一般優(yōu)于10%(Rudnicketal.，2004)。

3 分析結(jié)果

3.1 主量元素

所有樣品的全巖地球化學(xué)分析結(jié)果列于表1。在TAS圖上，所分析樣品分別落在流紋巖及粗面巖兩個(gè)區(qū)域內(nèi)(圖4a)，與野外及巖相學(xué)觀察一致。流紋巖富硅(SiO2=70.5%～72.3%)、富堿(K2O+Na2O=9.7%～10.2%),且K2O含量(5.4%～5.8%)大于Na2O(4.2%～4.4%),K2O/Na2O比為1.25～1.34。其Al2O3為13.7%～14.3%，CaO含量極低，均小于0.8%，鋁飽和指數(shù)A/CNK值為0.95～0.98(平均為0.97)；相對(duì)于流紋巖而言，粗面巖硅含量較低(SiO2=66.5%～67.9%)，但更加富堿(K2O+Na2O=11.4%～12.0%)，同樣K2O含量(6.1%～6.5%)大于Na2O (5.3%～5.6%),K2O/Na2O比為1.11～1.23，Al2O3、CaO含量也更高(Al2O3=15.0%～16.1%；CaO=0.7%～0.9%)，A/CNK值為0.90～0.94(平均值為0.92)，總體來說，流紋巖和粗面巖都具有高硅、富堿及過鋁質(zhì)的特點(diǎn)(圖4b)。在Hark圖解中(圖5)，本次所研究的所有酸性火山巖樣品與小雄破火山機(jī)構(gòu)內(nèi)同時(shí)代其他樣品一樣(包括同時(shí)代形成的熔結(jié)凝灰?guī)r、粗面斑巖以及正長(zhǎng)斑巖),具有相似的主量元素組成以及一致的、良好的協(xié)變關(guān)系，暗示他們是同一巖漿系統(tǒng)的產(chǎn)物。在SiO2>66%時(shí)，隨著SiO2含量的增加,TiO2、FeOT、P2O5和K2O、Na2O、MgO含量降低,并呈現(xiàn)曲線演化趨勢(shì),表明結(jié)晶分異控制著不同巖漿的演化過程,這與巖漿混合作用所形成的趨勢(shì)明顯不同,后者往往表現(xiàn)為單調(diào)的、直線分布(Zorpietal.,1989；Blundy and Sparks, 1992；Tatsumi and Suzuki, 2009；Lee and Bachmann, 2014；Rossietal., 2019)，而CaO由于較低的含量，其變化的趨勢(shì)不明顯。

表1 樣品主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)成分

Table 1 Major (wt%) and trace elements (×10-6) abundance of the samples

樣品號(hào)17xx-5-1-3-4-6-8-1017xx-5-7-9-12-13巖性流紋巖粗面巖SiO270.7872.3071.6770.4971.5970.5266.4666.5167.9166.64Al2O314.3313.7213.7214.0913.7914.1716.1216.0415.0015.86CaO0.740.620.750.560.510.550.860.820.650.81Fe2O31.441.431.321.661.471.141.471.651.601.69FeO0.740.590.740.520.590.951.100.930.900.90K2O5.755.515.445.795.615.806.456.156.076.36MgO0.380.340.340.380.300.350.450.440.410.46MnO0.090.070.090.090.080.100.130.140.090.14Na2O4.434.184.344.334.264.405.255.525.305.62P2O50.110.080.090.100.080.090.150.160.150.18TiO20.530.460.460.520.460.510.710.700.670.71LOI0.900.880.870.830.760.790.991.090.971.07La121111109131125150255202202198Ce218201206242235275445353352347Pr25.523.323.627.526.631.749.138.840.039.4Nd91.991.781.410298.6111170131139136Sm15.015.015.416.916.918.522.018.418.618.6Eu1.951.681.751.991.651.992.562.672.652.63Gd11.111.512.112.612.613.815.112.812.912.6Tb1.731.881.911.932.042.091.951.761.771.73Dy8.9510.110.310.310.810.79.719.049.078.79Ho1.731.962.001.942.031.981.781.701.651.66Er4.935.775.565.465.665.495.054.874.734.70Tm0.720.810.830.800.830.840.740.690.690.66Yb4.515.105.215.055.145.114.954.644.704.54Lu0.740.840.830.830.830.830.810.740.740.72Y48.754.652.851.056.358.451.246.847.347.0Cs2.732.832.712.932.722.752.572.182.222.18Rb123148139144144148136123128128Ba351280310290182202210232215212Th12.214.214.513.513.412.510.19.189.068.89U1.831.662.291.891.782.002.442.061.711.67Nb31.530.930.529.731.329.119.719.319.319.1Ta1.681.871.871.781.781.701.221.211.181.20Sr41.536.239.032.324.023.927.928.528.628.4Hf14.715.215.216.015.616.718.517.817.617.7Zr6876296257187037451017919962934Sc8.246.937.427.777.467.7710.109.429.239.11V11.811.710.310.59.5810.415.214.414.614.4Co0.560.600.620.470.350.430.490.450.470.46Ni0.630.780.730.400.310.300.890.530.840.77Ga25.123.424.124.624.725.827.426.426.926.5Pb26.726.428.026.925.525.525.126.126.326.1Rb/Sr2.964.093.564.466.006.194.874.324.484.51Nd/Ta54.7049.0443.5357.3055.3965.29139.3108.3117.8113.3Th/Nb0.390.460.480.450.430.430.510.480.470.47Nb/Yb6.986.065.855.886.095.693.984.164.114.21

圖5 小雄破火山火山巖主量元素Harker圖解

圖6 小雄破火山火山巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖解(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

3.2 微量元素

從樣品的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(圖6a)可見，兩種巖石具有相似的稀土元素配分型式，均顯示出輕稀土富集的右傾特征，輕重稀土分餾明顯。粗面巖稀土元素總含量(∑REE=777.0×10-6～983.8×10-6)及輕重稀土分餾程度((La/Yb)N=29.0～34.7)高于流紋巖相應(yīng)值(∑REE=475.9×10-6～629.0×10-6、(La/Yb)N=14.1～19.8)，但流紋巖(δEu=0.35～0.46，平均為0.40)比粗面巖(δEu=0.43～0.53，平均為0.50)顯示出更大的Eu負(fù)異常以及低的Al2O3、K2O含量，表明流紋質(zhì)巖漿經(jīng)歷了更多的鉀長(zhǎng)石分異。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖6b)，所有樣品均具有基本一致的微量元素分布特征，均富集Th、U、Zr、Hf、LREE和Rb、K，虧損Nb、Ta、Sr、Ti；但粗面巖較流紋巖有更高的LREE、更低的Nb、Ta。同時(shí)，伴隨SiO2的增加，全巖的Zr、Hf、LREE明顯降低，同時(shí)LREE及Nb、Th、Zr之間具良好的線性關(guān)系(圖7)，與主量元素一樣，這些均暗示結(jié)晶分異作用可能控制著不同樣品間的成分變化趨勢(shì)。

圖7 小雄破火山火山巖微量元素圖解

4 討論

4.1 粗面質(zhì)巖漿和流紋質(zhì)巖漿的成因聯(lián)系

如前所述，所有樣品的主、微量元素之間具有良好的協(xié)變關(guān)系，顯然與結(jié)晶分異作用有關(guān)。隨著SiO2含量的增加，TiO2、FeOT的一致降低暗示著鈦磁鐵礦的分異；而P2O5、LREE的顯著降低則明顯受磷灰石控制，因?yàn)榱谆沂袕?qiáng)烈富集LREE(Watson and Green, 1981; Rnsbo, 1989; Paseroetal., 2010; Zirneretal., 2015)；K2O、Na2O、Al2O3的快速降低則暗示鉀長(zhǎng)石是主要的分異相，這與全巖強(qiáng)烈的Eu、Sr、Ba負(fù)異常一致。相比之下，CaO的含量降低不明顯，且其含量較低，表明無明顯的輝石、角閃石或鈣質(zhì)斜長(zhǎng)石分異，這與巖相學(xué)觀察一致。另一方面，由于鋯石中強(qiáng)烈富集Hf以及HREE(Griffinetal., 2002; 劉銳等，2009; Zhouetal., 2018)，全巖Zr、Hf的降低則顯然受鋯石的分離控制，但重稀土卻基本不變，則暗示所分離的鋯石比例不高。

粗面巖和流紋巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素曲線型式相似，各曲線之間呈近于平行的關(guān)系，表明這些巖石的同源性(Civettaetal., 1998)；在蛛網(wǎng)圖中，二者同樣具有相似的配分型式，都顯示富集高場(chǎng)強(qiáng)元素(Th、U、Zr、Hf、LREE)和大離子親石元素(Rb、K、Pb)，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Ba、Sr、Nb、Ta、P、Ti)，暗示巖漿可能起源于地殼重熔(Rudnick and Gao, 2003)。其Rb/Sr、Ti/Zr比值分別為2.96～6.19、3.93～4.63，位于殼源巖漿(Rb/Sr>0.5，Ti/Zr<20)的范圍內(nèi)(Tischendorf and Palchen, 1985)，同時(shí)粗面巖的Nd/Ta、Th/Nb及Nb/Yb比值與流紋巖的差別不大。值得注意的是，所有的樣品協(xié)變規(guī)律與整個(gè)小雄破火山內(nèi)已報(bào)道的火山-次火山巖樣品變化趨勢(shì)一致，且高場(chǎng)強(qiáng)元素的比值也在同一范圍內(nèi)，表明二者可能是同一巖漿系統(tǒng)分異的產(chǎn)物。事實(shí)上，對(duì)于整個(gè)小雄破火山或者東南沿海晚中生代任意一個(gè)典型火山機(jī)構(gòu)來說，已有的研究也均認(rèn)為這些火山機(jī)構(gòu)內(nèi)不同類型的火山巖是同源巖漿分異的產(chǎn)物(福建永泰云山、浙江雁蕩山、江西相山，Jiangetal., 2005；邢光福等，2009; Yanetal., 2016, 2018)。假定分異程度最低的粗面巖樣品為初始巖漿，微量元素分離結(jié)晶模擬計(jì)算顯示，流紋質(zhì)巖漿可以通過初始巖漿～80%分離結(jié)晶而產(chǎn)生，所模擬的分離礦物組合與粗面質(zhì)巖漿中礦物斑晶組合一致(圖7)。

4.2 酸性巖漿的自混合作用

全巖主、微量元素的協(xié)變規(guī)律及模擬計(jì)算均表明：流紋巖與粗面巖地球化學(xué)演化趨勢(shì)主要受結(jié)晶分異過程控制，同時(shí)本文所研究樣品與小雄破火山內(nèi)其他火山物質(zhì)一樣，均應(yīng)是同一巖漿系統(tǒng)分異的產(chǎn)物。但另一方面，野外及巖相學(xué)證據(jù)均支持共存的粗面質(zhì)及流紋質(zhì)巖漿在噴發(fā)之前經(jīng)歷了巖漿混合過程。這種沖突暗示，兩種巖漿在冷卻前并未經(jīng)歷大規(guī)模的化學(xué)混合并達(dá)到完全的化學(xué)平衡，其混合過程應(yīng)該以機(jī)械混合為主，或僅伴有局部的化學(xué)混合，同時(shí)要求兩種巖漿在混合前應(yīng)處于相對(duì)獨(dú)立狀態(tài)(De Silvaetal., 2008)，并在發(fā)生混合后快速并運(yùn)移至地表并冷卻。

在這樣的前提下，兩種酸性巖漿在混合前的狀態(tài)可以存在兩種模式：(1) 共同位于一個(gè)巖漿房?jī)?nèi)不同部位，由于長(zhǎng)期的分異以及熱擴(kuò)散，兩種成分的巖漿處于化學(xué)-熱相對(duì)平衡狀態(tài)(陶奎元和薛懷民，1989；Sumner and Wolf, 2003; Wilcocketal., 2010; Bachmann and Huber, 2016)；(2)或者分別位于同一巖漿系統(tǒng)的不同深度巖漿房，兩種成分的巖漿處于化學(xué)-熱不平衡狀態(tài)(Befus and Gardner, 2016; Cashmanetal., 2017)。但不論是那種情況，在一個(gè)長(zhǎng)期存在的巖漿房?jī)?nèi)，因?yàn)榉之愖饔靡约盁岬臄U(kuò)散，必然會(huì)形成相應(yīng)的層狀或帶狀巖漿房。假設(shè)第二種模式是對(duì)的，可以想象，當(dāng)來源于相對(duì)深部粗面質(zhì)巖漿房?jī)?nèi)的低分異、熱的粗面質(zhì)巖漿上升并進(jìn)入流紋質(zhì)巖漿房時(shí)，流紋質(zhì)巖漿房?jī)?nèi)的粥狀層也必然會(huì)發(fā)生明顯的活化，導(dǎo)致粥狀層中透長(zhǎng)石熔融并進(jìn)入巖漿房頂部，所形成的最終噴發(fā)產(chǎn)物中，這些透長(zhǎng)石的熔蝕現(xiàn)象應(yīng)該是普遍的；同時(shí)在流紋巖中應(yīng)該能觀察到與巖漿房底部粥狀層有關(guān)的結(jié)構(gòu)，即透長(zhǎng)石聚晶現(xiàn)象。但這兩種現(xiàn)象在本文所研究的流紋質(zhì)樣品中都是缺失的。因此，更合理的解釋是模式(1)，即二者處于同一巖漿房?jī)?nèi)，并在無外力影響的情況下處于熱-化學(xué)平衡狀態(tài)。此外，不論是露頭(圖2)還是薄片中，粗面質(zhì)巖漿普遍存在的聚晶結(jié)構(gòu)是巖漿房?jī)?nèi)堆晶的最直接證據(jù)(Marsh,1996;Kinmanetal.,2009;Higgins and Chandrasekharam, 2007)。

大量的研究都證實(shí)，地殼淺部的巖漿房，大多是來源于更深部巖漿房的巖漿多期次注入、聚集所形成(Degruyteretal., 2012; Cassidyetal., 2016)。其在形成后，受巖漿結(jié)晶分異、熱重力擴(kuò)散及巖漿房結(jié)構(gòu)等因素的影響，巖漿房在物質(zhì)成分、溫度及結(jié)構(gòu)上具有分帶性，早先結(jié)晶出比重大的礦物晶體沉降在巖漿房底部及邊部形成富晶體、不易流動(dòng)的粥狀區(qū)(mush zone)；而分異程度較高、富含揮發(fā)分、貧晶體的巖漿由于其密度較小，在浮力的作用下聚集在巖漿房頂部(Hildreth, 1981；陶奎元和薛懷民，1989；夏林圻等，1992；Sumner and Wolf, 2003；邢光福等，2009；Wilcocketal., 2010; Bachmannetal., 2012; Lee and Morton, 2015; Bachmann and Huber, 2016)；在整個(gè)巖漿房中，熔體所占比例往往極小(約2%～9%)，不均勻地分布在晶體間隙之內(nèi)(Huangetal., 2015; Cooper, 2017)?？紤]到本文所研究的粗面巖及流紋巖在礦物組成、結(jié)構(gòu)的差異及二者之間的結(jié)晶分異趨勢(shì)，粗面質(zhì)巖漿可能代表了巖漿房底部及邊部富正長(zhǎng)石、鈦磁鐵礦、鋯石、磷灰石的堆晶部分，巖石中普遍存在的正長(zhǎng)石、鈦磁鐵礦-磷灰石-鋯石聚晶也支持這點(diǎn)(圖3c, d)，而分異程度較高的部分則聚集在巖漿房較上部形成富熔體的流紋質(zhì)巖漿并結(jié)晶出粒徑較小的石英、長(zhǎng)石等晶體。巖漿房上部的流紋質(zhì)巖漿高硅、溫度較低且更富揮發(fā)分，下部的粗面質(zhì)巖漿相對(duì)而言硅含量低但溫度要更高。不同成分層間的密度差成為抵御熱不穩(wěn)定的主要因素，使得同一巖漿房?jī)?nèi)，不同成分層的巖漿在無外來因素影響的情況下，保持相對(duì)穩(wěn)定(Fridrich and Mahood, 1987)。

當(dāng)有少量更熱、更基性的巖漿聚集在高位巖漿房底部或進(jìn)入巖漿房?jī)?nèi)部時(shí)，它往往不是首先與巖漿房底部的粥狀區(qū)發(fā)生大規(guī)模的對(duì)流及混合過程，而是先發(fā)生熱擴(kuò)散導(dǎo)致粗面質(zhì)巖漿的溫度升高，促使晶粥區(qū)活化，因?yàn)闊崞胶庾饔眠h(yuǎn)易于化學(xué)平衡作用(Couchetal., 2001)。在粗面質(zhì)巖漿中存在的少量微?；园w(～2cm)包體、正長(zhǎng)石廣泛發(fā)育的熔蝕結(jié)構(gòu)以及區(qū)域上大量出現(xiàn)的同時(shí)代雙峰式火山巖、基性巖墻均暗示小雄破火山內(nèi)這些酸性巖漿可能同樣受幔源巖漿在底部聚集的影響。因此，當(dāng)可能存在的基性巖漿聚集到地殼淺部巖漿房底部時(shí)，首先在高溫的影響下，堆晶部分的正長(zhǎng)石斑晶發(fā)生強(qiáng)烈熔蝕，類似的現(xiàn)象在肯尼亞地區(qū)新生代過堿性酸性巖中也被大量報(bào)道(Sumner and Wolff, 2003; Macdonaldetal., 2008)，同時(shí)，先存的鈦磁鐵礦與巖漿反應(yīng)生成黑云母反應(yīng)邊。隨著粗面質(zhì)巖漿溫度持續(xù)升高，其與上部的流紋質(zhì)巖漿溫度差異進(jìn)一步增大，這種不穩(wěn)定的熱梯度(向下更熱)以及成分梯度將會(huì)導(dǎo)致上層流紋質(zhì)巖漿和下層粗面質(zhì)巖漿發(fā)生強(qiáng)烈的對(duì)流作用(Cooper and Kent，2014)，使得粗面質(zhì)“晶粥”活化并以熱柱的形式注入流紋質(zhì)巖漿中，在淺部發(fā)生擴(kuò)散與混合，以透鏡體狀、水滴狀、紡錘狀及火焰狀等散布于流紋質(zhì)巖漿中。當(dāng)對(duì)流及混合作用的繼續(xù)進(jìn)行，混合程度進(jìn)一步增大，兩種巖漿之間開始相互擴(kuò)散以及發(fā)生化學(xué)混合，并可產(chǎn)生具中間組分的巖漿?；旌系某潭扰c混合作用發(fā)生的時(shí)間、兩種巖漿的溫度、粘度差及注入的流動(dòng)速度有關(guān)(王德滋和謝磊，2008)。

在這一系列過程中，基性巖漿甚至不需直接進(jìn)入酸性巖漿房，可能只是提供了巖漿房?jī)?nèi)對(duì)流的熱源(Couchetal.，2001)。由于粗面質(zhì)巖漿位于巖漿房底部，直接受基性巖漿的加熱，礦物斑晶的熔蝕現(xiàn)象十分普遍，而流紋質(zhì)巖漿由于僅有部分受到對(duì)流的粗面質(zhì)巖漿影響，其中的長(zhǎng)石則并未發(fā)生廣泛的熔蝕作用。但遺憾的是，由于大部分樣品內(nèi)主要造巖礦物都經(jīng)歷了強(qiáng)烈的蝕變，對(duì)不同類型巖漿噴發(fā)前所處的壓力、穩(wěn)定、揮發(fā)分等物理化學(xué)狀態(tài)，這一過程仍待進(jìn)一步的研究細(xì)化。

5 結(jié)論

(1)野外及巖石巖相學(xué)研究表明，浙東小雄破火山內(nèi)存在兩種酸性巖漿，即粗面質(zhì)和流紋質(zhì)巖漿的混合現(xiàn)象，暗示在中國東南部大規(guī)模噴發(fā)的中生代火山巖中，巖漿混合不僅存在于成分、來源存在很大差異的幔源基性和殼源酸性巖漿之間，可能更廣泛的存在于相似或不同成分的酸性巖漿之間。

(2)兩種酸性巖漿的主、微量元素變化特征及其他地質(zhì)證據(jù)均指示它們是同一母巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物，來源于同一層狀巖漿房?jī)?nèi)不同部位。考慮到粗面質(zhì)及流紋質(zhì)巖漿在礦物組成、結(jié)構(gòu)等方面的差異，粗面質(zhì)巖漿應(yīng)代表巖漿房底部及邊部富晶體貧熔體的堆晶或粥狀層部分(正長(zhǎng)石+鈦磁鐵礦+鋯石+磷灰石)，而分異程度較高的部分則代表聚集于巖漿房上部富熔體貧晶體的部分，在其中結(jié)晶出粒徑較小的石英、透長(zhǎng)石等晶體。

(3)兩種酸性巖漿的混合現(xiàn)象可能與地殼淺部層狀巖漿房?jī)?nèi)部的自混合現(xiàn)象有關(guān)。即當(dāng)巖漿房底部存在更熱、更基性的巖漿聚集時(shí)，巖漿房下部晶粥區(qū)內(nèi)的粗面質(zhì)巖漿迅速升溫、活化，從而向上運(yùn)移并與上部富熔體貧晶體的流紋質(zhì)巖漿發(fā)生自混合作用。

致謝感謝兩位匿名審稿人提出的建設(shè)性意見；感謝馬天芳老師在樣品測(cè)試中提供的幫助。