论文部分内容阅读
华北克拉通自中生代起开始发生破坏,经历了一个长时间的减薄过程,其破坏存在时空的不均一性,期间岩浆活动从早期出现在华北克拉通边缘,逐渐向克拉通腹地发展。华北克拉通中央造山带南北向贯穿整个克拉通,是华北东西板块岩石圈的过渡带,是认识华北克拉通地幔演化不均一性的重要区域。在这个中部构造薄弱带上发育有大量新生代玄武岩,主要沿重力梯度带分布在伊川(8.74-14.27 Ma)、左权(5.6 Ma)、昔阳-平定(7.9-7.3 Ma)、繁峙(26.3-24.3 Ma)、大同(<1 Ma)、阳原(30-35Ma)和丰镇(7-14 Ma)等地区。已有的研究认为华北克拉通中部带新生代岩石圈地幔受到了来自软流圈玄武质熔体的交代,OIB型的地幔源区是由太古代克拉通型岩石圈地幔与多来源熔体反复交代形成的。华北克拉通破坏过程导致大量地壳物质返回地幔,Fe/Mn和Nb/Ta比值可以作为区分再循环镁铁质下地壳熔体和地幔橄榄岩熔体的有效指示剂。本文对华北克拉通中部带上述新生代玄武岩进行了主、微量元素,Sr-Nd同位素及高精度的Fe/Mn、Nb/Ta比值的测定。研究结果表明中部带新生代玄武岩分为拉斑玄武岩和碱性玄武岩。伊川、左权、昔阳、平定、繁峙、阳原和部分大同玄武岩属于碱性玄武岩,其SiO2含量为43.1-51.4 wt%,TiO2含量为2.06-2.80 wt%,MgO含量为5.11-8.56 wt%。丰镇玄武岩和部分高SiO2的大同玄武岩属于拉斑玄武岩,SiO2含量为49.8-51.9 wt%,TiO2含量为1.68-2.19 wt%,拉斑玄武岩相对低K2O、Na2O、TiO2。碱性玄武岩具有轻稀土元素(LREE)富集,(La/Yb)N>10,无Eu异常,富集LILE(Ba、Th、U、Sr),Pb负异常,不亏损HFSE(Nb、Ta、Zr、Hf、 Ti)的OIB和板内玄武岩特征,与华北克拉通东部带新生代玄武岩的地球化学特征相似。拉斑玄武岩的(La/Yb)N为4-5.1,轻重稀土分异,无明显的Eu异常,Pb有略微的正异常,相对碱性玄武岩贫不相容元素。拉斑玄武岩的REE含量(70-94ppm)低于碱性玄武岩,尤其是LREE显著低于碱性玄武岩。华北克拉通中部带新生代玄武岩低Cr、Ni含量(Cr:121-271ppm,Ni:93.6-252ppm)。阳原玄武岩具有高Nb含量(47.51-49.53 ppm),同时Nb/Ta比值(18.10-18.28)略高于原始地幔的Nb/Ta比值,Fe/Mn比值为68.71-69.39。除了阳原玄武岩以外的碱性玄武岩具有Nb/Ta比值(15.6-17.7)低于原始地幔(17.5),Fe/Mn比值(66.54-82.51)高于MORB(56.5±1.1)的特征。中部带新生代玄武岩143Nd/144Nd和87Sr/86Sr比值的变化范围分别为0.512654-0.513022、0.703612-0.704821,εNd(t)为0.35-6.51。(87Sr/86Sr) i-Nb/Ta的相关性呈“N”型,阳原玄武岩具有高Sr同位素比值和高Nb/Ta含量,丰镇玄武岩性对低Sr含量,高Sr比值和低Nb/Ta比值。
经过系统的分析得到以下几点认识:
1.华北克拉通中部带新生代玄武岩具有大洋型(OIB型)玄武岩的地球化学特征,与东部带新生代玄武岩的地球化学特征相似;
2.华北克拉通中部新生代玄武岩中最原始熔体的Fe/Mn比值为65,大于地幔橄榄岩部分熔融形成熔体的Fe/Mn比值。反映华北克拉通中部带新生代玄武岩的地幔源区为辉石岩,同时熔体具有高的(La/Yb)N特征说明石榴石可能做为残留相存在。Sc-Yb正相关,推测地幔源区是富石榴石和辉石的地幔。大同玄武岩Sc-Yb负相关,推测大同玄武岩的地幔源区是富辉石的地幔;
3.华北克拉通中部带新生代玄武岩除阳原玄武岩具有相对高Nb/Ta的特征外,其他地区玄武岩具有低Nb/Ta比值,高Nb、Ta含量的特征,推测金红石作为残留相在榴辉岩中存在。榴辉岩与地幔橄榄岩混合导致TiO2含量降低,金红石不再稳定存在。Nb、Ta在部分熔融过程中因高度不相容进入熔体,从而形成具有高Nb、Ta含量低Nb/Ta比值的熔体。阳原玄武岩源区可能未受到再循环地壳物质的贡献,可能形成于软流圈地幔来源熔体交代的岩石圈地幔部分熔融。由于岩石圈地幔富Nb,导致阳原玄武岩具有高Nb含量和相对高Nb/Ta比值的特征;
4.华北克拉通中部带中每个地区的新生代玄武岩的地球化学特征都很相似,但各地区之间有一定的差异,推测华北克拉通中部带玄武岩的地幔源区相似,都是辉石岩源区,只是部分熔融的程度不同,低程度部分熔融形成的熔体具有高Fe/Mn比值,高Nb、Ta含量,低Nb/Ta比值的特征。拉斑玄武岩可能是地幔源区高度部分熔融形成的,熔体形成后可能经历了单斜辉石的分离结晶和轻微的地壳混染。