圖們江流域火山巖的巖漿源區(qū)特征

圖們江流域火山巖的巖漿源區(qū)特征

0火山區(qū)規(guī)模最大的火山區(qū)長(zhǎng)白山帶是中國東部自最近紀(jì)以來首次發(fā)現(xiàn)的最大火山帶。據(jù)初步估算,以長(zhǎng)白山天池為中心,新生代火山巖覆蓋了面積約13000km前人已對(duì)長(zhǎng)白山區(qū)火山巖開展過多方面的研究工作(1火山巖采樣位置圖們江流域新生代火山活動(dòng)的產(chǎn)物均為玄武質(zhì)火山巖,以拉斑玄武巖為主,還有少量玄武質(zhì)粗安巖、堿性玄武巖、粗面玄武巖和玄武質(zhì)安山巖?；鹕綆r產(chǎn)狀以溢流噴發(fā)為特征,沿圖們江中上游約110km長(zhǎng)的河谷兩側(cè)分布(圖1)?；鹕綆r在圖們江中上游廣坪至三合一帶不連續(xù)出露于圖們江河谷的Ⅱ～Ⅳ級(jí)階地上,形成在地貌上呈線型分布的厚層狀熔巖臺(tái)地。熔巖臺(tái)地厚10余米至幾十米不等,由多層單式熔巖被堆積而成。在單層熔巖被的中下部層位常發(fā)育粗大的柱狀節(jié)理,一般節(jié)理密度2～4個(gè)/m,下部節(jié)理一般呈直立狀,上部節(jié)理呈傘狀覆蓋在下部節(jié)理上。在沿圖們江不同的火山巖剖面上,巖層可明顯地分出1～4層不等。火山巖直接覆蓋在礫石層上,礫石層下是華力西期花崗巖。位于厚層熔巖中下部層位的巖石呈致密塊狀,位于上部層位的巖石常具有氣孔構(gòu)造,有的巖層氣孔含量可達(dá)30%～40%(體積比)。在部分較厚的單層熔巖被中下部層位的巖石中常含有顆粒很大的斜長(zhǎng)石斑晶,斜長(zhǎng)石斑晶含量約占巖石的20%～40%(面積比),斑晶顆粒大小約1mm×2mm～15mm×20mm不等。圖們江流域火山巖的采樣位置標(biāo)示于圖1,同一剖面上具有層位關(guān)系的巖石樣品,從底部到頂部用“↑”示意。圖們江流域火山巖呈灰黑色或灰色,致密塊狀。巖石呈斑狀結(jié)構(gòu)或微晶-隱晶結(jié)構(gòu),斑晶為斜長(zhǎng)石,微晶為斜長(zhǎng)石、輝石或橄欖石。鏡下觀察,可以看到巖石中的顯微斑晶主要為斜長(zhǎng)石、輝石和少量橄欖石。而且火山巖中普遍具有2個(gè)世代的斑晶,早期斑晶在上地幔通過結(jié)晶分異形成,在巖漿上升過程中發(fā)生了熔蝕作用形成熔蝕結(jié)構(gòu)或反應(yīng)邊結(jié)構(gòu);另一類為巖漿上升過程中或噴出地表后,在熔巖流的中下部層位形成的時(shí)代較晚的斜長(zhǎng)石大斑晶。由光性特征觀察,輝石斑晶為單斜輝石和紫蘇輝石?；|(zhì)由斜長(zhǎng)石、普通輝石、鐵鈦氧化物及玻璃質(zhì)物質(zhì)組成,基質(zhì)主要呈填間結(jié)構(gòu)和間隱結(jié)構(gòu),個(gè)別呈玻基-斑狀結(jié)構(gòu)。圖們江流域火山巖的產(chǎn)狀見圖2,火山巖的典型礦物特征見2火山巖巖漿經(jīng)歷圖們江流域火山巖主要為鈉質(zhì)拉斑玄武巖,還出現(xiàn)少量的玄武質(zhì)粗安巖,堿性玄武巖、玄武質(zhì)安山巖和粗面玄武巖(圖們江流域火山巖的微量元素和REE豐度值見表1。巖石的ΣREE變化于109.11～238.94(μg/g,下同),ΣLREE變化于92.39～209.27,ΣHREE變化于16.72～30.61,巖石的(La/Sm)圖們江流域不同地點(diǎn)的火山巖中,微量元素的富集程度有明顯的差別,總體說來,圖們江流域所有的火山巖中Cr和Ni有非常明顯的虧損,這表明圖們江流域火山巖經(jīng)歷了明顯的結(jié)晶分異作用。相比較而言,軍艦山一帶的火山巖巖漿經(jīng)歷的結(jié)晶分異程度最大。分布于東部的平頂村、崇善、軍艦山一帶的火山巖中,Ba和Zr有相對(duì)明顯的富集。平頂村一帶的火山巖中不相容元素(Rb,Th,U,Zr等)豐度變化較大,可能暗示平頂村一帶的火山巖經(jīng)歷了較為復(fù)雜的巖漿演化過程。圖們江流域火山巖的REE配分圖解顯示,火山巖中有輕微的Ce負(fù)異常和較為明顯的Eu正異常,Eu正異常與火山巖中普遍存在斜長(zhǎng)石斑晶的特征相一致。圖們江流域火山巖的Sr、Nd同位素分析數(shù)據(jù)見表2。從表2可見,圖們江流域火山巖的3微量元素特征為了判別圖們江流域火山巖巖漿的“弱富集化”特征是源自巖漿形成的源區(qū)(源區(qū)混合),還是發(fā)生在巖漿形成后穿越上部巖石圈的上升過程中(巖漿的同化混染作用),以下根據(jù)火山巖的微量元素和同位素?cái)?shù)據(jù),對(duì)圖們江流域火山巖的巖漿屬于源區(qū)混合還是巖漿同化混染作用進(jìn)行鑒別。圖4是對(duì)圖們江流域火山巖巖漿特征判別的微量元素圖解。Rb、Ba和Th都是強(qiáng)不相容元素,它們的不相容性順序是Rb>Ba>Th。根據(jù)Rb,Ba,Th在巖漿演化過程中分配系數(shù)的大小(ΣDZr、Nb和Y都是中等不相容元素,它們?cè)诘蒯?玄武質(zhì)巖漿間的總分配系數(shù)近于相等,由于它們是相對(duì)不活動(dòng)的元素,因此可以用Zr-Nb和Zr-Y圖解反映玄武質(zhì)巖漿相對(duì)于原始地幔偏離的程度,原始地幔的Zr/Nb和Zr/Yb值分別約為15和2.5(Ce/Yb值是研究玄武質(zhì)巖漿分異程度的一個(gè)較好的指標(biāo)。由于圖們江流域火山巖主體是拉斑玄武巖,拉斑玄武巖被認(rèn)為是代表較大程度的部分熔融形成,所以火山巖中較高的Ce/Yb值可以代表玄武質(zhì)巖漿較大的分異程度,而且單純的巖漿結(jié)晶分異過程不影響巖石的Sr、Nd同位素比值。圖4c中Ce/Yb-在圖4d中的Nd-這種關(guān)系表明火山巖的綜上所述,圖們江流域火山巖的巖漿表現(xiàn)出的高ε圖們江流域火山巖的4殼-潭相互作用的機(jī)制以上對(duì)圖們江流域火山巖的巖漿源區(qū)地球化學(xué)特征的討論,表明火山巖的上地幔巖漿源區(qū)具有弱富集的似原始地幔特征。但是上地幔巖漿源區(qū)物質(zhì)的“弱富集化”作用是如何進(jìn)行的?下面對(duì)這個(gè)問題談一些粗淺的認(rèn)識(shí):板塊學(xué)說觀點(diǎn)認(rèn)為,大洋板塊在洋中脊產(chǎn)生,在俯沖帶消亡。這種殼-幔相互作用和轉(zhuǎn)換的模型已被絕大多數(shù)學(xué)者所接受。俯沖帶型板塊邊界的殼-幔相互作用可能是長(zhǎng)白山區(qū)的上地幔源區(qū)物質(zhì)獲得弱富集特征的根本原因。長(zhǎng)白山火山區(qū)位于亞歐大陸板塊東緣與西太平洋板塊相互作用的弧后構(gòu)造域中,地球物理資料表明,從日本向中國大陸方向,地震的震源深度沿傾角大致為26°的斜面分布,向中國大陸方向震源深度逐漸加深,到與長(zhǎng)白山區(qū)鄰近的琿春地區(qū),震源深度接近600km,深源地震是溫度較低的俯沖板塊局部發(fā)生彈性斷裂引起的(5火山巖構(gòu)造巖石學(xué)特征圖們江流域火山巖Sr、Nd同位素示蹤顯示,火山巖巖漿源區(qū)成分特征接近