青島嶗山劈石口深源脈巖巖漿起源與演化?
——礦物化學(xué)與鋯石年代學(xué)證據(jù)

孫宣艷， 韓宗珠，2??， 艾麗娜， 胡麗沙，2， 馬曉紅

(中國海洋大學(xué) 1.海洋地球科學(xué)學(xué)院； 2.海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島 266100)

煌斑巖是富含鐵鎂質(zhì)礦物斑晶的一類暗色淺成火山巖，它通常被認(rèn)為是幔源巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，是研究地幔物質(zhì)組成和演化、地球動(dòng)力學(xué)的重要“探針”和“窗口”[1]，一直以來都備受巖石學(xué)家的關(guān)注。關(guān)于煌斑巖的成因目前存在較大爭(zhēng)議，觀點(diǎn)主要集中在富集地幔部分熔融[2-4]、基性巖漿陸殼混染[5-6]和幔源加陸殼混染[7]三種成因模式上。

青島劈石口煌斑巖侵位于燕山晚期嶗山花崗巖中，與周邊其他地區(qū)煌斑巖有所不同的是，其SiO2含量極低，為超基性巖。并且該煌斑巖中含有地幔橄欖巖包體，因此對(duì)深部地幔物質(zhì)應(yīng)具有較好的指示意義。韓宗珠等[8]曾對(duì)青島嶗山劈石口煌斑巖進(jìn)行了元素地球化學(xué)研究，初步揭示了研究區(qū)煌斑巖的地球化學(xué)特征及其與中國東部巖石圈減薄的關(guān)系。

本文對(duì)青島劈石口煌斑巖進(jìn)行了礦物化學(xué)測(cè)試和LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年，結(jié)合前人的工作，旨在進(jìn)一步揭示青島劈石口地區(qū)煌斑巖中所包含的巖漿源區(qū)特征、巖漿演化及大地構(gòu)造信息。

1 區(qū)域地質(zhì)概況與樣品巖石學(xué)特征

青島地區(qū)位于膠南隆起東北緣和膠萊凹陷中南部，地處蘇魯碰撞造山帶的東部、西太平洋大陸邊緣活動(dòng)帶的西部[9]，屬華北地臺(tái)魯東地盾的一部分。研究區(qū)附近出露的變質(zhì)結(jié)晶基底為晚太古代-古元古代TTG片麻巖(見圖1)。

研究區(qū)內(nèi)廣泛露出花崗巖雜巖體，形成時(shí)期為燕山晚期，屬于中國東部中生代晚期I-A型復(fù)合花崗巖帶的一部分，主要由鈣堿性和堿性花崗巖巖套組成，主體見于嶗山。青島地區(qū)出露的煌斑巖等基性脈巖，沿大地構(gòu)造裂隙上升侵位于燕山晚期的嶗山階段花崗巖、花崗斑巖等次火山巖、青山組火山巖和構(gòu)造片麻巖中，多呈NE 和 NW 向展布。

本文研究的樣品取自青島劈石口斷層兩側(cè)被錯(cuò)斷的煌斑巖脈(見圖2、3)，斷層北西、南東兩側(cè)各三塊。該煌斑巖脈呈NW向延伸，寬約3m，圍巖為燕山晚期嶗山花崗巖，兩者呈明顯的侵入接觸關(guān)系。煌斑巖手標(biāo)本呈灰黑色，具煌斑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石無或少斑晶，主要礦物組成為輝石(30%～40%)、堿性長(zhǎng)石(25%～30%)、鈦鐵礦(約15%)和橄欖石(<10%)；次要礦物為霞石、黑云母、磷灰石、尖晶石等。巖石發(fā)生蝕變，橄欖石大部分已蝕變?yōu)樯呒y石、綠泥石、碳酸鹽礦物等，并析出鈦鐵礦(鏡下照片見圖4)。根據(jù)巖石礦物組成，將其定名為橄輝正煌巖。對(duì)該巖石的地球化學(xué)、礦物化學(xué)特征和鋯石年代進(jìn)行了系統(tǒng)分析，探討了煌斑巖的成因。

(底圖據(jù)文獻(xiàn)[10]。Basemap from literature[10].)圖1 膠東地塊地質(zhì)略圖

(底圖據(jù)文獻(xiàn)[11-12]。Basemap from literature[11-12].)圖2 研究區(qū)地質(zhì)概況及取樣點(diǎn)圖

(據(jù)文獻(xiàn)[12]。According to literature[12].)圖3 煌斑巖脈及采樣點(diǎn)野外素描圖Fig.3 Sketch of lamprophyre dikes and sampling points in the field

圖4 劈石口煌斑巖偏光鏡下照片

2 樣品分析方

對(duì)煌斑巖樣品分別進(jìn)行了主微量元素、礦物化學(xué)和鋯石U-Pb定年測(cè)試。主量元素測(cè)試完成于中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，使用儀器為德國斯派克公司SPECTRO XEPOS臺(tái)式偏振X射線熒光光譜儀，測(cè)試精度優(yōu)于0.5%。微量元素測(cè)試完成于中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)中心，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法，分析精度優(yōu)于5%。選取輝石進(jìn)行礦物化學(xué)定量分析。單礦物微區(qū)元素成分分析完成于中國海洋大學(xué)電子探針分析實(shí)驗(yàn)室，使用的儀器型號(hào)為JXA8230，測(cè)試電壓為15 kV，測(cè)試電流為20 nA，分析標(biāo)準(zhǔn)誤差小于1%。鋯石分選工作在廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司利用單礦物常規(guī)分離技術(shù)完成。制靶后進(jìn)行透射光、反射光及陰極發(fā)光照相，優(yōu)選無裂痕、環(huán)帶發(fā)育良好的鋯石進(jìn)行 U-Pb 同位素定年。定年工作完成于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，采用LA-ICP-MS方法，束斑直徑為32μm，測(cè)試標(biāo)樣為91500、GJ-1和Ple。測(cè)試完成后分別使用ICPMSDataCal107[13]和Isoplot4.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、校正及圖件繪制。

3 地球化學(xué)特征

3.1主量元素特征

樣品的燒失量(LOI)大(見表1)，平均8.47%(7.42%～9.31%)，考慮是煌斑巖富集揮發(fā)份且易蝕變所致。其SiO2含量很低，在34.66%～41.46%之間，平均37.12%，屬超基性巖范圍；TiO2含量高，在2.63%～3.73%之間，平均3.20%；MgO含量在9.09%～12.30%之間，平均11.35%；全堿含量(ALK)w(K2O+Na2O)在3.46%～5.77%之間，成分接近似長(zhǎng)石巖；n(K2O)/n(Na2O)值在0.30～0.84之間；Mg#值在74.85～79.01之間。

表1 劈石口煌斑巖主量元素化學(xué)成分

注:Mg#=MgO/(MgO+ Fe2O3T)×100。

從煌斑巖(K2O+Na2O)-SiO2圖解[14](見圖5)中可以看出，樣品點(diǎn)基本都落在堿性煌斑巖與超鎂鐵煌斑巖交界區(qū)域，說明巖石為超鎂鐵質(zhì)堿性煌斑巖。在劈石口煌斑巖K/Al-K(K+Na)圖解[15](見圖6)中，樣品點(diǎn)多數(shù)落在鈉質(zhì)煌斑巖區(qū)域。樣品的主量元素協(xié)變圖顯示，MgO和Fe2O3、CaO、P2O5之間為顯著正相關(guān)；MgO和SiO2、Al2O3、K2O之間為明顯的負(fù)相關(guān)，暗示正常的巖漿分異演化過程，且不存在明顯的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶。

3.2 稀土元素特征

樣品的稀土元素含量(見表2)在361.3×10-6～401.2×10-6之間，平均390.7×10-6。其LREE含量高，在339.4×10-6～377.2×10-6之間；HREE含量低，在21.9×10-6～24.2×10-6之間；LREE/HREE比值平均為15.65，輕重稀土分異明顯，富集輕稀土、虧損重稀土。在樣品的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖中(見圖7)，所有樣品的稀土元素分布模式均表現(xiàn)為較為平直的右傾曲線，接近典型OIB曲線。樣品中δEu和δCe均不存在明顯異常，反映巖漿演化過程過不存在明顯的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶。

(底圖據(jù)文獻(xiàn)[14]。Basemap from literature[14].)圖5 劈石口煌斑巖(K2O+Na2O)-SiO2圖解

(底圖據(jù)文獻(xiàn)[15]。Basemap from literature[15].)圖6 劈石口煌斑巖K/Al-K(K+Na)圖解

/×10-6

(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[16],N-MORB、OIB數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[17]。Chondrites-normalized data from literature[16] and N-MORB、OIB data from literature[17].)

圖7 劈石口煌斑巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖

Fig.7 Chondrites-normalized REE distribution patterns map of Pishikou lamprophyres

3.3 微量元素特征

表3中列出了劈石口煌斑巖的微量元素?cái)?shù)據(jù)。從樣品的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(見圖8)中可以看到，樣品整體富集不相容元素，富集大離子親石元素Ba、Th、U、Pb等，虧損K元素；虧損Zr、Yb等高場(chǎng)強(qiáng)元素。Ta、Nb富集，可能與樣品富鈦鐵礦有關(guān)。從其過渡元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(見圖9)中可以看到，其標(biāo)準(zhǔn)化曲線呈“W”形，深源過渡元素Cr、Co、Ni均明顯虧損，暗示巖漿演化過程中可能存在橄欖石和輝石的分離結(jié)晶。

(原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)、N-MORB及OIB數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[17]。Primitive mantle-normalized, N-MORB and OIB data from literature[17].)

圖8 劈石口煌斑巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蜘蛛網(wǎng)圖
Fig.8 Primitive mantle-normalized trace elements distribution patterns map of Pishikou lamprophyres

(原始地幔過渡元素?cái)?shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[17]。Primitive mantle-normalized transition elements data from literature[17].)

圖9 劈石口煌斑巖過渡元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖
Fig.9 Primitive mantle-normalized transition elements distribution patterns map of Pishikou lamprophyres

4 輝石礦物化學(xué)特征

單斜輝石的化學(xué)成分對(duì)確定巖體母巖漿性質(zhì)、巖漿演化、物理化學(xué)條件以及判斷大地構(gòu)造環(huán)境都具有重要指示意義。樣品中輝石以斑晶、基質(zhì)兩種形式存在，另外還有少量輝石具環(huán)帶結(jié)構(gòu)。

總的來看(見表4)，樣品中輝石的SiO2含量在51.04%～42.01%之間，平均48.40%；Al2O3含量在9.64%～2.57%之間，平均4.77%；MgO含量在14.57%～10.51%之間，平均13.17%；FeOT含量在8.61%～6.53%之間，平均7.41%；CaO含量在24.01%～19.85%之間，平均23.19%；Na2O含量在1.97%～0.42%之間，平均0.65%；TiO2含量在5.20%～0.33%之間，平均2.36%；其Mg#在70.14～79.56之間。劈石口煌斑巖中輝石具有高M(jìn)g、Ca、Ti的特征。

表3 劈石口煌斑巖微量元素含量Table 3 Trace elements compositions of Pishikou lamprophyres ×10-6

根據(jù)Morimoto[18]提出的分類方案，在輝石的Q-J圖解(見圖10)中，樣品點(diǎn)均落在Quad區(qū)域，即樣品中輝石均屬于Ca-Mg-Fe輝石組。將不同類型的輝石進(jìn)一步投點(diǎn)到劃分Ca-Mg-Fe輝石組的輝石Wo-En-Fs圖解[18-19]中，從圖11中可以看到，樣品中絕大多數(shù)斑晶輝石落到了透輝石(Wo45.01～49.95En36.78～42.50Fs10.73～15.51)區(qū)域，少數(shù)落到深綠輝石(Al-Ti透輝石， Wo50.34～51.99En33.48～36.80Fs12.55～14.53)區(qū)域；基質(zhì)輝石全部屬于透輝石(Wo47.56～49.92En36.70～40.36Fs10.76～14.58)。斑晶輝石到基質(zhì)輝石元素含量變化并不明顯，反映其在巖漿演化過程中同時(shí)晶出，巖漿冷凝速度快。

表4 劈石口煌斑巖輝石成分范圍電子探針分析結(jié)果

注:Mg#=Mg/(Mg+Fe2++Fe3+)×100；Wo、En、Fs為去除Ac后百分化的結(jié)果。

Notes：Mg#=Mg/(Mg+Fe2++Fe3+)×100；Wo、En and Fs data are conperted to the form of percentage after subtracting Ac.

對(duì)樣品輝石中全部陽離子進(jìn)行相關(guān)性分析。Si與Aliv為線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明四面體中只存在Al對(duì)Si的置換；Aliv與Ti為接近線性的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)0.98；Aliv與Fe3+也為正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)0.56。Aliv值高，在0.080～0.388之間，平均0.183； Alvi值低，在0.000 1～0.109之間，平均0.026。樣品輝石中Aliv含量高且Aliv/AlTol在0.79～1之間，平均0.90，表明其母巖漿應(yīng)為堿性系列，與全巖主量元素特征相一致。

在單斜輝石中，Aliv的含量主要取決于巖漿中SiO2的飽和程度，其SiO2越不飽和，Aliv含量越高。樣品的主量元素特征顯示其SiO2偏低，已經(jīng)屬于超基性巖的范圍。在巖漿結(jié)晶時(shí)，SiO2濃度不足導(dǎo)致大量的Al進(jìn)入四面體來填補(bǔ)Si的空缺，造成Aliv含量高，由此引起的電價(jià)不平衡將通過Ti、Al和 Fe3+進(jìn)入八面體位置來加以補(bǔ)償，也解釋了樣品中輝石較高的Ti含量。

(據(jù)文獻(xiàn)[18]Q=Ca+Mg+Fe2+；J=2Na。 According to literature[18].)圖10 樣品輝石Q-J圖解Fig.10 Q-J diagram of pyroxenes

(據(jù)文獻(xiàn)[18-19]。According to literature[18-19].)圖11 樣品輝石Wo-En-Fs圖解Fig.11 Wo-En-Fs diagram of pyroxenes

(據(jù)文獻(xiàn)[18-19]。According to literature[18-19].)圖12 樣品環(huán)帶輝石成分變化Wo-En-Fs圖解Fig.12 Wo-En-Fs diagram of pyroxenes rings

在富鈣單斜輝石中， Aliv和Alvi的含量還具有其他的控制因素。較高的溫度有利于Al進(jìn)入四面體位置，而較高的壓力則有利于 Al 進(jìn)入八面體位置。同時(shí)，巖漿在快速冷凝時(shí)輝石中Aliv含量也比緩慢冷卻時(shí)高的多。據(jù)此可以推斷樣品中輝石形成時(shí)溫度相對(duì)較高、壓力相對(duì)較低，且?guī)r漿冷凝速度快。

在輝石的背散射圖像中發(fā)現(xiàn)部分輝石具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)，其核部與邊部亮度明顯不同，核部暗、邊部亮。將環(huán)帶輝石的核部和邊部成分投點(diǎn)在Wo-En-Fs圖解(見圖12)中，可以看到環(huán)帶輝石從核部到邊部在成分上表現(xiàn)出由透輝石/普通輝石到透輝石再到深綠輝石過渡的趨勢(shì)， 其Fs、Wo值升高，En值降低。環(huán)帶輝石的Mg#也表現(xiàn)為由核部向邊部降低的趨勢(shì)，部分環(huán)帶輝石核部Mg#值可達(dá)90，表明其在巖漿形成后結(jié)晶最早，其成分更能代表原始巖漿。環(huán)帶輝石的成分變化表明巖漿向著富鐵、富鈣、富鈦的方向演化，屬正常的巖漿演化歷史，未發(fā)生明顯混合作用。

5 鋯石年代學(xué)

鋯石的封閉溫度高且物理化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，是進(jìn)行高精度定年的理想礦物。基性巖脈由于結(jié)晶程度較低，原生巖漿鋯石一般數(shù)量較少，但部分基性巖漿在源區(qū)混合或上升過程中會(huì)捕獲其他成因的鋯石，這些捕獲鋯石不僅是探索基性巖漿成因的重要線索，也為研究區(qū)域的巖漿活動(dòng)及巖漿源區(qū)演化特征提供依據(jù)。

本次定年測(cè)試共選取了49個(gè)點(diǎn)，其中34個(gè)測(cè)試點(diǎn)不諧和度<10%，其他點(diǎn)則諧和度較低，推測(cè)發(fā)生了不同程度的Pb丟失。對(duì)于年齡值小于1 000 Ma的鋯石，選擇206Pb/238U年齡更接近真實(shí)值；而年齡值大于1 000 Ma的鋯石，則選擇207Pb/206Pb年齡。獲得的鋯石U-Pb年齡跨度大，在2 813～124 Ma之間(見圖13，14)。通常認(rèn)為巖漿成因的鋯石多具振蕩環(huán)帶且Th/U比值多高于0.4，從樣品中選取的這些鋯石多具有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶但有些也顯示出變質(zhì)鋯石的特征，除4個(gè)點(diǎn)的Th/U比值在0.10～0.38之間外，其他各點(diǎn)Th/U比值均較高，在0.44～2.42之間。

存在1個(gè)年齡為(2 813±44)Ma的測(cè)點(diǎn)，屬中太古代(見圖14)。該鋯石顆粒內(nèi)部存在殘留核及扇形分帶，邊部則呈環(huán)帶狀(見圖13)，可能經(jīng)歷了多期改造，驗(yàn)證了華北地區(qū)古陸核的存在，對(duì)應(yīng)華北克拉通大規(guī)模陸殼生長(zhǎng)時(shí)期(2.9～2.7 Ga)[20]。

有17個(gè)測(cè)點(diǎn)年齡在2 428～1 592 Ma之間(見圖14)，屬古-中元古代。這部分鋯石多數(shù)具有巖漿振蕩環(huán)帶，有的則顯示出溶蝕結(jié)構(gòu)、面狀分帶等變質(zhì)成因鋯石的特征(見圖13)，可能反映了華北地區(qū)在古元代早期所發(fā)生的一系列巖漿、變質(zhì)及沉積活動(dòng)。胡波等[21]曾通過碎屑鋯石定年，將～2.5 Ga、2.1～2.0 Ga和1.88～1.8 Ga分別界定為華北克拉通早前寒武紀(jì)克拉通化、裂谷和造山等重要地質(zhì)事件。

圖13 劈石口煌斑巖鋯石CL圖及鋯石分析點(diǎn)位、鋯石U-Pb年齡

有2個(gè)測(cè)點(diǎn)的年齡分別為(473±6)Ma和(473±16)Ma(見圖14)，鋯石顆粒較為破碎，但未見明顯變質(zhì)特征(見圖13)，Th/U比值>0.4。張宏福等[22]認(rèn)為華北克拉通東部山東蒙陰及遼寧復(fù)縣金伯利巖具有一致的侵位年齡，并將其限定在(465±2)Ma。本次測(cè)定的年齡為(473±6)Ma、(473±16)Ma的鋯石很有可能反映了華北地區(qū)曾在奧陶世期間發(fā)生的巖漿活動(dòng)。

有4個(gè)測(cè)點(diǎn)的年齡分布在311～293 Ma之間(見圖14)，具典型巖漿環(huán)帶，為巖漿成因鋯石(見圖13)。其年齡很可能對(duì)應(yīng)了華北地區(qū)在晚石炭世-二疊紀(jì)發(fā)生的重大板塊運(yùn)動(dòng)，與全球范圍內(nèi)海西期的強(qiáng)烈構(gòu)造-巖漿活動(dòng)時(shí)間(300～254 Ma)具有一致性。有人認(rèn)為山東地區(qū)在該時(shí)期的構(gòu)造活動(dòng)很有可能是華北板塊南與揚(yáng)子板塊、北與西伯利亞板塊對(duì)接的前奏[23]。

有9個(gè)測(cè)點(diǎn)的年齡集中在145～124 Ma之間(見圖11)。這些測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的鋯石顆粒相對(duì)較大，長(zhǎng)寬比約2∶1，呈自形晶，其CL圖像顯示具有較窄的巖漿振蕩環(huán)帶(見圖13)，其Th/U比值在1.34～2.42之間，應(yīng)為偏中酸性巖漿成因鋯石。中生代巖石圈減薄被認(rèn)為是中國東部一個(gè)重要的地質(zhì)過程，它誘發(fā)了白堊紀(jì)峰期130～110 Ma大面積的雙峰式巖漿活動(dòng)[24-26]。孫金鳳等[27]總結(jié)華北克拉通花崗巖定年結(jié)果，認(rèn)為華北在早白堊世141～108 Ma之間存在一期巖漿侵入活動(dòng)，其中包括青島地區(qū)花崗巖。Yan等[28]及王世進(jìn)[29]利用鋯石U-Pb定年將青島嶗山花崗巖雜巖體的形成時(shí)代限定在130～110 Ma之間。由于該部分鋯石的形態(tài)更符合中酸性巖漿成因且定年結(jié)果與前人所測(cè)定的研究區(qū)花崗巖圍巖的年齡相吻合，認(rèn)為年齡在145～124 Ma之間的鋯石反映了華北地區(qū)在中生代白堊紀(jì)所發(fā)生的巖漿熱事件，并不能對(duì)本文所研究的煌斑巖脈侵位具體時(shí)間進(jìn)行有效約束。

圖14 劈石口煌斑巖鋯石年齡分布直方圖及諧和圖

6 討論

6.1 地殼混染

基性脈巖多形成于拉張?bào)w制，其巖漿黏度也相對(duì)較小，因此上升速度很快，受到地殼混染的程度和機(jī)會(huì)均較小[3]。劈石口煌斑巖中存在的捕獲鋯石來源于區(qū)域地殼，說明地殼物質(zhì)有一定貢獻(xiàn)。但樣品的K/Nb比值為130～159，遠(yuǎn)低于地殼(地殼K/Nb比值一般大于500)[30]，且K/Nb比值與SiO2不存在相關(guān)性。Nb/Ta值為16.21～16.78，略低于但接近原始地幔值((Nb/Ta=17.5)[31]，高于大陸地殼值(Nb/Ta=12～13)[29]。 (Th/Nb)N(≥1) 和(Th/Ta)N(≥1) 是地殼混染的標(biāo)志[32]， 但劈石口煌斑巖的(Th/Nb)N和(Th/Ta)N比值均較低((Th/Nb)N=0.74～0.82，(Th/Ta)N=0.70～0.78)?；桶邘r樣品中輝石的礦物化學(xué)特征也顯示，巖漿上侵后冷凝速度快，不足以受到地殼物質(zhì)的強(qiáng)烈改造。綜上，認(rèn)為劈石口煌斑巖巖漿在上升過程中未受到明顯的地殼混染。

排除了地殼混染的可能性，樣品中輕稀土和不相容元素的強(qiáng)烈富集應(yīng)該是繼承了富集地幔源區(qū)的性質(zhì)。樣品的Th/U比值為4.67～4.85，Nb/U比值為47.84～54.77，較高的Th/U、Nb/U比值說明地幔源區(qū)很可能受到了俯沖-交代作用的改造[33]。

6.2 源區(qū)性質(zhì)

劈石口煌斑巖具有極低的SiO2含量，且樣品中含地幔橄欖巖包體，證明其源區(qū)為地幔。韓宗珠等[8]的研究發(fā)現(xiàn)劈石口煌斑巖源區(qū)與EMⅠ型富集地幔具有相似性。相關(guān)研究證明，某些堿性巖的源區(qū)與軟流圈地幔密切相關(guān)，軟流圈地幔交代巖石圈地幔是該類堿性巖漿形成的控制因素，它們有一個(gè)共同特征是強(qiáng)烈富集Nb(>100×10-6)和Ta[34]。劈石口煌斑巖樣品中Nb的含量在108×10-6～131×10-6之間，Ta含量在6.59×10-6～7.83×10-6，均表現(xiàn)為強(qiáng)烈富集，暗示巖漿起源深度大，可能為軟流圈地幔。Ma等[35]及Falloon等[36]的研究結(jié)果表明，鈦含量高的煌斑巖可能起源于軟流圈地幔的部分熔融。劈石口煌斑巖的另一個(gè)顯著特征是全巖及輝石中Ti元素強(qiáng)烈富集(Ti=2.46%～3.57%，Ti/Y=636～742)，也表明了巖漿起源與軟流圈地幔部分熔融有關(guān)。

在La/Sm-La圖解(見圖15)中，劈石口煌斑巖在圖中呈傾斜的直線分布，符合部分熔融模型，表明巖漿未經(jīng)歷明顯的分離結(jié)晶演化過程，與主微量元素特征相一致。利用Sm/Yb-Sm圖解可以對(duì)幔源巖石源區(qū)特征及地幔部分熔融程度進(jìn)行有效限定[37]，在劈石口煌斑巖Sm/Yb-Sm圖解中(見圖16)，樣品煌斑巖的數(shù)據(jù)點(diǎn)與石榴石二輝橄欖巖部分熔融曲線相接近，巖漿起源深度大，部分熔融程度低。

圖15 劈石口煌斑巖La/Sm-La成巖判別圖解

(據(jù)文獻(xiàn)[37]。 According to literature[37].)圖16 劈石口煌斑巖Sm/Yb-Sm源區(qū)判別圖

6.3 成因

從Ta/Yb-Th/Yb構(gòu)造判別圖[38](見圖17)中可以看到，樣品點(diǎn)均落在板內(nèi)堿性玄武巖區(qū)域，指示板內(nèi)拉張構(gòu)造環(huán)境，而圖17中韓宗珠等[11]所研究的青島嶗山灣海島地區(qū)煌斑巖則基本落在了大陸邊緣弧構(gòu)造環(huán)境中。目前對(duì)基性脈巖的研究一致認(rèn)為其主要形成于巖石圈伸展和拉張的構(gòu)造背景[39-40]。中國東部中生代的巖石圈減薄正好為青島劈石口煌斑巖的形成創(chuàng)造了條件。從本次鋯石定年的結(jié)果來看，中國東部巖石圈減薄的起始時(shí)間應(yīng)該在145 Ma左右。

許多學(xué)者認(rèn)為，白堊紀(jì)時(shí)期太平洋板塊對(duì)歐亞板塊俯沖方向發(fā)生改變，導(dǎo)致了中國東部巖石圈減薄，軟流圈因卸載上涌，發(fā)生減壓部分熔融，進(jìn)而引發(fā)了白堊紀(jì)中國東部大規(guī)模的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)。一般認(rèn)為，洋島玄武巖(OIB)源區(qū)含有再循環(huán)洋殼組分，其特有的地球化學(xué)特征可以作為鑒別俯沖大洋板片組分的指標(biāo)[41]。從圖7、圖8中可以看到，劈石口煌斑巖的地球化學(xué)特征與OIB有諸多相似之處，顯示俯沖洋殼對(duì)其源區(qū)和形成環(huán)境的影響。張文林等[42]曾在研究四川木里梭羅溝堿性煌斑巖時(shí)，認(rèn)為其富集地幔源區(qū)起因于古洋殼板片流體的交代；楊朝貴等[37]也認(rèn)為南秦嶺中生代張家河煌斑巖相對(duì)富集大離子親石元素和虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素的特征是由于受到了洋殼俯沖物質(zhì)的交代。

然而，對(duì)于中國東部中生代巖石圈減薄的初始動(dòng)力，有不少學(xué)者[24-25,43-44]認(rèn)為，古太平洋板塊的俯沖雖然造成了巖石圈的伸展減薄，但華北東部中生代巖漿活動(dòng)中無明顯的古太平洋俯沖板片物質(zhì)成分的貢獻(xiàn)。張宏福等[45]認(rèn)為華北南北兩側(cè)板塊的俯沖一碰撞作用是造成華北東部巖石圈大規(guī)模減薄和改造的初始驅(qū)動(dòng)力，古太平洋板塊的俯沖則為華北東部中生代的巖漿活動(dòng)提供熱源。韓宗珠等[11]曾將嶗山灣海島地區(qū)煌斑巖的形成歸因?yàn)闂钭影鍓K向華北板塊俯沖所造成的上地幔超基性物質(zhì)的部分熔融。

(底圖據(jù)文獻(xiàn)[38]，青島嶗山灣海島地區(qū)煌斑巖數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[11]。IAB-島弧玄武巖；IAT-島弧拉斑系列；ICA-島弧鈣堿系列；SHO-島弧橄欖玄粗巖系列；WPB-板內(nèi)玄武巖；MORB-洋中脊玄武巖；TH-拉斑玄武巖；TR-過渡玄武巖；ALK-堿性玄武巖。Basemap from literature[38], data of Qingdao Laoshan Bay lamprophyres is from literature[11]. IAB-Island arc basalt; IAT-Island arc tholeiite series;ICA-Island arc calc-alkaline series;SHO-Island arc shoshonite series;WPB-Intraplate basalt;MORB-Mid-ocean-ridge basalt;TH-Tholeiite basalt;TR-Transitional basalt;ALK-Alkaline basalt.)

圖17 Ta/Yb-Th/Yb構(gòu)造環(huán)境判別圖

Fig.17 Ta/Yb-Th/Yb tectonic discrimination diagram of the samples

本文認(rèn)為，劈石口煌斑巖形成于中國東部中生代白堊紀(jì)的拉張環(huán)境中，其形成時(shí)中國東部中生代巖石圈減薄達(dá)到峰期，導(dǎo)致地幔發(fā)生低程度部分熔融后沿構(gòu)造裂隙上升侵位；俯沖太平洋板塊對(duì)本文所研究的巖漿活動(dòng)具有較大貢獻(xiàn)，而中國東部中生代的拉張環(huán)境可能是華北南北兩側(cè)板塊及古太平洋板塊俯沖作用疊加的結(jié)果。

7 結(jié)論

(1)主量元素特征表明，劈石口煌斑巖屬超鎂鐵質(zhì)堿性煌斑巖；其輕重稀土元素分異明顯；富集大離子親石元素Ba、Th、U、Pb等，虧損Zr、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素；深源過渡元素Cr、Co、Ni均明顯虧損。元素地球化學(xué)分析顯示巖漿演化過程中可能存在輝石、橄欖石的分離結(jié)晶，不存在斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶。

(2)煌斑巖樣品中的輝石基本全部屬于透輝石，具有高M(jìn)g、Ca、Ti元素的特征，輝石晶出時(shí)巖漿可能具有相對(duì)較高的溫度和相對(duì)較低的壓力，且冷凝速度快；環(huán)帶輝石表明原始巖漿向著富Ca、Fe、Ti的方向演化，未發(fā)生明顯混合作用。

(3)劈石口煌斑巖中存在大量捕獲鋯石，鋯石定年結(jié)果證實(shí)了研究區(qū)底部存在中太古代-中元古代基底，反映了華北地區(qū)在奧陶紀(jì)、石炭紀(jì)-二疊紀(jì)的巖漿熱事件，并將中生代中國東部巖石圈減薄的起始時(shí)間約束在145 Ma。

(4)劈石口煌斑巖形成于中國東部中生代拉張環(huán)境中，當(dāng)時(shí)的巖石圈減薄導(dǎo)致地幔發(fā)生低程度部分熔融后沿構(gòu)造裂隙上升侵位，巖漿起源深度大，可能與軟流圈地幔存在一定生成關(guān)系。

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