不同構(gòu)造環(huán)境中雙峰式火山巖的地球化學(xué)特征

1、不同構(gòu)造環(huán)境中雙峰式火山巖的地球化學(xué)特征3錢青1王焰1,21(中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所,北京,1000292(西北大學(xué)地質(zhì)系,西安,710069摘要近年來的研究表明,雙峰式火山巖套可以形成于大陸裂谷、洋內(nèi)島弧、活動(dòng)大陸邊緣、弧后盆地等多種環(huán)境。Sm -Nd 同位素與不活動(dòng)微量元素(REE ,Zr ,Ti ,Th ,Nb等相結(jié)合,進(jìn)行綜合研究,可幫助判斷雙峰式火山巖套成因和形成環(huán)境。本文總結(jié)了不、稀土元素、同位素地球化學(xué)特征,并根據(jù)對(duì)北祁連邊馬溝雙峰式火山巖研究提出了其形成環(huán)境可能為島弧環(huán)境,這一認(rèn)識(shí)對(duì)探討該地區(qū)造山帶演化的地球動(dòng)力學(xué)具有一定的意義,對(duì)在該地區(qū)的找礦工作也有一定的啟發(fā)。關(guān)鍵詞雙峰式火

2、山巖形成環(huán)境地球化學(xué)邊馬溝第一作者簡(jiǎn)介錢青男1969年出生博士研究生從事巖石學(xué)研究通常認(rèn)為,雙峰式火山巖與拉張構(gòu)造作用有關(guān),產(chǎn)于大陸裂谷環(huán)境。近年來的研究發(fā)現(xiàn),雙峰式火山巖可以產(chǎn)于地球動(dòng)力學(xué)特征明顯不同的環(huán)境,如大陸裂谷、洋內(nèi)島弧2、活動(dòng)大陸邊緣3、弧后盆地4等。雙峰式火山巖形成環(huán)境的判別及其成因的探討,對(duì)恢復(fù)地球動(dòng)力學(xué)演化歷史有重要意義。Christian 等(19971將雙峰式火山巖歸納為兩大類(板內(nèi)拉張和破壞板塊邊緣和五種環(huán)境(大陸裂谷、板塊擴(kuò)張、洋內(nèi)島弧、活動(dòng)陸緣和弧后擴(kuò)張的早期階段。此外,在板塊碰撞后階段還可以形成一套與巖石圈拆沉作用有關(guān)的雙峰式火山巖5。下面將各類雙峰式火山巖組合的

3、基本地質(zhì)和地球化學(xué)特征加以歸納。1板內(nèi)和板塊擴(kuò)張環(huán)境1.1大陸裂谷環(huán)境此種環(huán)境以東非裂谷最著名;此外,產(chǎn)于洋島、與地幔柱活動(dòng)有關(guān)的雙峰式火山巖也歸為此類,如冰島和加拉帕戈斯島。東非裂谷的基性巖主要是富堿質(zhì)的,可以包括從正常的拉斑玄武巖到堿性玄武巖、SiO 2不飽和的碧玄巖和霞石巖、超鉀質(zhì)的白榴巖以及碳酸巖等,長(zhǎng)英質(zhì)巖石也是偏堿質(zhì)的,如粗面巖、響巖和堿性流紋巖等6。產(chǎn)于這種環(huán)境的玄武巖通常富Ti 、K 、P 、Nb 、Th 等大離子親石元素(L IL E 和高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE ,Zr/Nb 比值低(3101,在微量元素模式圖中呈鐘型分布。REE 分布為L(zhǎng) REE/HREE 強(qiáng)烈分離的模式,L

4、REE 豐度通常較高,為球粒隕石的50500倍。由于受到不同程度陸殼混染的影響,Nd 和Sr 同位素比值可以變化很大6,一般Nd (t 為中等的正值(+2+5。產(chǎn)于這種環(huán)境的酸性巖主要是堿性和過堿性的粗面巖和流紋巖,明顯富集L REE 1998年9月24日收稿,11月25日改回。3國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào):49472101資助項(xiàng)目。921999年第27卷第4期Vol.27,No.4,1999地質(zhì)地球化學(xué)GEOLO GY 2GEOCHEMISTR Y 03地質(zhì)地球化學(xué)1999年和HFSE,Th豐度較低,Nd(t與玄武巖的類似1。1.2大陸減薄環(huán)境這種環(huán)境的例子有南非的Karoo、南美的巴拉納和印度

5、的德干高原1。這種環(huán)境的基性巖為拉斑玄武巖,可以從CFB至MORB。CFB通常富L REE和Th,虧損Nb,Nd(t從較高的正值至0,變化較大;MORB則是L REE虧損或略富集的,Nd(t變化大,可以大于+6,Nb呈負(fù)異?；驘o異常,Nb的虧損程度和Nd(t值大小與陸殼混染程度有關(guān)。酸性巖為低鉀質(zhì)、堿性、過堿性或富鋁質(zhì)的(受殼-幔混合作用制約,其中,堿性流紋巖的特征類似大陸裂谷環(huán)境的流紋巖,其Nd(t與伴生的玄武巖類似;富鋁質(zhì)的流紋巖富集Th和L REE,強(qiáng)烈虧損Nb,Nd(t為負(fù)值,說明是陸殼部分熔融形成的。1.3碰撞后伸展階段環(huán)境這種環(huán)境,如英國(guó)的第三紀(jì)火山巖省、尼日利亞裂谷8,美國(guó)西南部

6、的盆地-山脈省,Chris2 tian等(19971把它們歸在大陸減薄階段環(huán)境,另一種意見認(rèn)為屬于碰撞后階段環(huán)境8,9。這種環(huán)境產(chǎn)出的基性巖為拉斑質(zhì)和堿性的,其流紋巖為正常至堿性的。這種環(huán)境產(chǎn)出的玄武巖的地球化學(xué)性質(zhì)介于CFB和OIB之間,并且具有島弧火山巖的某些特征(虧損Nb和Ta;同時(shí),富L IL E, REE分布為L(zhǎng) REE略富集或強(qiáng)烈富集型的,Th、Ta含量相近;如果存在陸殼混染的影響,則出現(xiàn)Th>Ta,La>Ta及Nb-Ta虧損現(xiàn)象。2破壞板塊邊緣環(huán)境2.1洋內(nèi)島弧這種環(huán)境(如斐濟(jì)和加勒比,其產(chǎn)出的雙峰式巖套的基性巖和酸性巖之比例是可變化的,斐濟(jì)島的流紋巖較少,而在加勒比

7、東北則流紋巖占優(yōu)3。其基性巖為島弧拉斑玄武巖,REE模式呈平坦型分布或L REE強(qiáng)烈虧損,貧Th和Nb,Nd(t很高(+9;在島弧成熟階段環(huán)境可以有安山巖出現(xiàn),這種安山巖富L REE和Th,虧損Nb,Nd(t為很高的正值。其酸性巖則有英安巖、流紋巖和斜長(zhǎng)花崗巖,貧K和Nb,虧損L IL E,虧損或略富集L REE,Nd(t為很高的正值。在少數(shù)情況下,在島弧地區(qū)也見到雙峰式的過渡的玄武巖和堿性及過堿性的流紋巖組合,它們通常與拉張事件有關(guān),而不屬于島弧火山巖組合11。2.2活動(dòng)大陸邊緣這種環(huán)境包括成熟弧和建立在相對(duì)年輕或較薄的陸殼之上的火山弧,如Cascades、智利中部的Laguna del M

8、aule火山雜巖和日本琉球弧的喜界火山1。其安山巖通常占優(yōu)勢(shì),也發(fā)育雙峰式巖漿組合。其基性巖以鈣堿性的為主,富集L IL E、L REE和Th,虧損Nb,Nd(t為正值;流紋巖強(qiáng)烈富集Th和L REE,明顯虧損Nb,Nd(t為正值。2.3弧后擴(kuò)張初期階段環(huán)境這種環(huán)境如伊豆弧的須美壽裂谷、日本弧北東、北加利福尼亞等12,13,其所產(chǎn)出的基性巖均屬于低鉀系列,以REE總量低、HFSE虧損、L REE略虧損或略富集為特征,Nb虧損,Nd(t為正值;流紋巖富Th和L REE,貧Nb,Nd(t為正值,與玄武巖的Nd同位素比值接近,(87Sr/86Sri比值比玄武巖略高且變化較大,通常解釋為受海水蝕變作用

9、的影響1,3,14,15。中國(guó)有關(guān)雙峰式火山巖的報(bào)道很多,如華北板塊南緣中元古代的熊耳群,楊子板塊北緣新元古代的耀嶺河群、隨縣群,新元古代早古生代祁連造山帶的邊馬溝、白銀廠17,18等。熊耳群雙峰式火山巖通常被認(rèn)為是產(chǎn)于大陸裂谷的19,20,也有人認(rèn)為產(chǎn)于島弧環(huán)境21。對(duì)于北祁連造山帶雙峰式火山巖的形成環(huán)境,究竟是大陸裂谷17,20還是島弧18的,也存在不同的認(rèn)識(shí)。筆者研究了邊馬溝的雙峰式火山巖的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征,結(jié)果表明,邊馬溝玄武巖和流紋巖均屬于鈣堿性的,玄武巖貧Ti 、K 、P 、Nb 和Ta ,TiO 2=0.3%0.45%,P 2O 5=0.05%0.07%,Ti/V 比值低(8

10、11,Th >Ta (Th/Ta =2.53.3,REE 分布模式呈平坦型分布,REE 僅為球粒隕石的1/11;流紋巖和英安巖也虧損Ti ,K ,P ,Nb 和Ta ,Th >Ta ,REE 總量較低,略高于伴生的玄武巖,L REE 略呈富集型,其豐度不超過球粒隕石的40倍。玄武巖的Nd (t =+3.1+3.5,流紋巖的Nd (t =+3.4+3.7(假定t =500Ma 。邊馬溝雙峰式火山巖中玄武巖和流紋巖具有相似的微量元素地球化學(xué)特征和Nd 同位素組成,說明二者可能有成因上的聯(lián)系。從巖石學(xué)和地球化學(xué)特征判斷,兩者應(yīng)為產(chǎn)于島弧環(huán)境的雙峰式火山巖套,而不是產(chǎn)于大陸裂谷環(huán)境的22。

11、雙峰式火山巖套在造山帶中很常見,其成因和形成環(huán)境不僅對(duì)建立造山帶地球動(dòng)力學(xué)模型有重要意義,而且對(duì)找礦工作也會(huì)有新的啟發(fā)。以白銀廠為例,白銀廠銅鉛鋅礦床屬于特大型礦床,而白銀廠礦床圍巖的形成環(huán)境至今仍存在許多爭(zhēng)議。目前的研究表明,若將Nd 同位素和不活動(dòng)微量元素(REE ,Zr ,Ti ,Th ,Nb 等相結(jié)合,進(jìn)行綜合研究,則對(duì)雙峰式火山巖的構(gòu)造環(huán)境的判別和成因的解釋會(huì)很有幫助。參考文獻(xiàn)evidence for a subduction 2related rift origin of the Late Devonian Brevenne metavolcanics ,Massif Centra

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