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)長白山帶是中國東部自最近紀以來首次發(fā)現的最大火山帶。據初步估算,以長白山天池為中心,新生代火山巖覆蓋了面積約13000km前人已對長白山區(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的產物均為玄武質火山巖,以拉斑玄武巖為主,還有少量玄武質粗安巖、堿性玄武巖、粗面玄武巖和玄武質安山巖?；鹕綆r產狀以溢流噴發(fā)為特征,沿圖們江中上游約110km長的河谷兩側分布(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級階地上,形成在地貌上呈線型分布的厚層狀熔巖臺地。熔巖臺地厚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/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?；鹕綆r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造,有的巖層氣孔含量可達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石斑晶,斜長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示于圖1,同一剖面上具有層位關系的巖石樣品,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。巖石呈斑狀結構或微晶-隱晶結構,斑晶為斜長石,微晶為斜長石、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石、輝石和少量橄欖石。而且火山巖中普遍具有2個世代的斑晶,早期斑晶在上地幔通過結晶分異形成,在巖漿上升過程中發(fā)生了熔蝕作用形成熔蝕結構或反應邊結構;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代較晚的斜長石大斑晶。由光性特征觀察,輝石斑晶為單斜輝石和紫蘇輝石?；|由斜長石、普通輝石、鐵鈦氧化物及玻璃質物質組成,基質主要呈填間結構和間隱結構,個別呈玻基-斑狀結構。圖們江流域火山巖的產狀見圖2,火山巖的典型礦物特征見2火山巖巖漿經歷圖們江流域火山巖主要為鈉質拉斑玄武巖,還出現少量的玄武質粗安巖,堿性玄武巖、玄武質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歷了明顯的結晶分異作用。相比較而言,軍艦山一帶的火山巖巖漿經歷的結晶分異程度最大。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歷了較為復雜的巖漿演化過程。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同位素分析數據見表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),以下根據火山巖的微量元素和同位素數據,對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行鑒別。圖4是對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都是強不相容元素,它們的不相容性順序是Rb>Ba>Th。根據Rb,Ba,Th在巖漿演化過程中分配系數的大小(ΣDZr、Nb和Y都是中等不相容元素,它們在地幔-玄武質巖漿間的總分配系數近于相等,由于它們是相對不活動的元素,因此可以用Zr-Nb和Zr-Y圖解反映玄武質巖漿相對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值是研究玄武質巖漿分異程度的一個較好的指標。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值可以代表玄武質巖漿較大的分異程度,而且單純的巖漿結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-這種關系表明火山巖的綜上所述,圖們江流域火山巖的巖漿表現出的高ε圖們江流域火山巖的4殼-潭相互作用的機制以上對圖們江流域火山巖的巖漿源區(qū)地球化學特征的討論,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)物質的“弱富集化”作用是如何進行的?下面對這個問題談一些粗淺的認識:板塊學說觀點認為,大洋板塊在洋中脊產生,在俯沖帶消亡。這種殼-幔相互作用和轉換的模型已被絕大多數學者所接受。俯沖帶型板塊邊界的殼-幔相互作用可能是長白山區(qū)的上地幔源區(qū)物質獲得弱富集特征的根本原因。長白山火山區(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火山巖構造巖石學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