盛源盆地及邻区橄榄玄粗岩系列火山岩的矿物学证据及成因探讨

笔者采用电子探针技术对赣中盛源盆地及邻区的中(基)性熔岩进行研究,首次发现岩石基质中的斜长石微晶具有钾长石环边的矿物学特点,这是橄榄玄粗岩系列火山岩最重要的矿物学证据;通过对黑云母化学成分的研究,发现研究区黑云母为镁质黑云母,属于幔源深成岩浆系列,形成于高碱度环境,与钙碱性系列岩石中的黑云母形成环境不同,从矿物学角度说明其寄主岩石具有橄榄玄粗岩的特征。这对探讨该地区橄榄玄粗岩系列火山岩的成因具有一定的意义。

赣中盛源盆地及邻区橄榄玄粗岩系列火山岩中黑云母化学成分特征

本文利用电子探针技术对赣中盛源盆地及邻区橄榄玄粗岩系列火山岩中黑云母的类型、化学成分及结晶时的温度和氧逸度条件等进行了研究。黑云母为镁质黑云母;结晶时温度的大致范围为1 060°C^1 100°C,氧逸度大致范围为1-0 7bar^1-0 9bar。本文研究表明,黑云母的化学成分研究是揭示岩石成因类型的一种有效途径,可为研究岩体成因类型以及成岩时的物理化学条件提供依据,并对成岩具有重要的指示意义。

长江中下游地区晚中生代橄榄玄粗岩系列火山岩:年代学格架、地球化学特征及成因讨论

长江中下游地区晚中生代橄榄玄粗岩系列火山岩发育在宁芜、庐枞、溧水和怀宁四个火山岩盆地内，该系列的火山岩地球化学性质上以相对富碱、高K、明显富集Rb、Th、U、K等强不相容元素和轻稀土元素，亏损高场强元素Nb、Ta和Ti为特征。Ba和sr的特征在不同盆地内随岩性的不同表现各异，表明斜长石的分离结晶可能在这些盆地内岩浆演化过程中起着一定的作用。这些盆地内橄榄玄粗岩系列火山岩的部分地球化学性质（如Ce／Yb比值）与大多数发育在大陆环境下的橄榄玄粗岩系列岩石不同，而类似于大洋岛弧环境内的同类岩石，可能意味着区内由于岩石圈的减薄，软流圈地幔上涌到了相对较浅的部位，控制源区部分熔融的主要是尖晶石相地幔岩。这些火山岩的Sr、Nd同位素组成总体处于扬子克拉通岩石圈地幔附近，指示它们的母岩浆主要是由富集的岩石圈地幔部分熔融形成的。但盆地所处的构造位置对岩浆的性质也有显著的影响，指示地壳基底物质的混染也不同程度存在。区内榄玄粗岩系列火山活动持续的时间很短，主要集中在约128-134Ma左右，峰值约130Ma，其成因的动力学机制可能与晚中生代发生在中国东部的岩石圈减薄事件有关，橄榄玄粗岩系列火山岩盆地所在地带对应着长江中下游地区岩石圈减薄的中心部位。

江西盛源盆地橄榄玄粗岩系列火山岩长石矿物特征及成因信息

江西盛源盆地橄榄玄粗岩系列火山岩中的长石矿物特征为:斜长石斑晶具有反环带结构和交代净边结构,基质中存在大量的斜长石微晶,且在电子探针下研究发现基质中斜长石微晶具有钾长石环边的矿物学特点,为此类火山岩归属于橄榄玄粗岩系列火山岩提供了矿物学证据。通过对长石矿物组合特征进行研究,探讨该地区橄榄玄粗岩系列火山岩的成因以及成岩时的物理化学条件等方面的信息。

赣东北晚白垩世橄榄玄粗岩系列火山岩中单斜辉石矿物化学及其地质意义

利用电子探针对广丰-玉山盆地晚白垩世橄榄玄粗岩中单斜辉石进行了详细的矿物学研究,结果表明,所有的单斜辉石都属于普通辉石,表现出低Al,高Ti、Na含量的特征,具有碱性系列特征;单斜辉石斑晶的结晶温度为1 151～1 202℃,压力为0.12～0.58 GPa,可能是相对原始的岩浆上升到浅部(相当于上地壳位置)发生结晶分异作用形成。单斜辉石指示板内构造环境,与寄主岩石指示的构造环境一致。单斜辉石的矿物化学特征与碱性橄榄玄武岩中在浅源结晶的单斜辉石斑晶特征一致,而与碱性橄榄玄武岩中在深源处结晶的单斜辉石斑晶特征存在差异,且明显区别于拉斑玄武岩中单斜辉石斑晶的特征。

青藏高原北部鲸鱼湖地区中新世和更新世两期橄榄玄粗质系列火山岩

鲸鱼湖地区识别出了两个时期橄榄玄粗质火山岩喷发,早期为中新世,晚期为更新世。早期的属低碱安粗岩类,晚期的主要为碱玄岩-高碱的安粗岩类。两者在斑晶类型、主元素和微量元素丰度和同位素比值等方面都存在区别,但显示了相同的稀土元素分配型式。岩石同位素的环境判别表明它们都源自EMⅡ型地幔,属有再循环地壳物质加入的富集地幔。鲸鱼湖产出两个时代火山岩表明不同时期的新生代火山活动在空间上是可以叠加的。鲸鱼湖的火山沿巨型昆仑山南缘左行走滑断裂带分布,主要受断裂带北侧展布的次级断裂控制。岩石圈深断裂起到了岩浆通道的作用,而两期火山喷发的存在则说明了断层的多期活动。

赣中早白垩世橄榄玄粗岩(Shoshonite)系列火山岩的厘定及成因研究

对赣中地区打鼓顶组第四岩性段中基性火山岩的岩石-地球化学特征系统研究表明,这一岩性段的火山岩具有高碱、富钾、低钛、贫铁以及富集轻稀土和大离子亲石元素等特征,据此厘定其为橄榄玄粗岩-安粗岩组合,属典型的大陆板内橄榄玄粗岩系列火山岩。这套火山岩的全岩Rb-Sr等时年龄为(138±8.8)Ma,ISr偏高,中等的εNd(t),富放射性成因铅。盛源盆地及邻区橄榄玄粗岩系列火山岩的△7/4Pb值为14～19.6(平均值为16),△8/4Pb值为70.5～97(平均值为89.2),△Sr值为121.5～161.8(平均值为136.3),显示存在典型的Dupal同位素异常。根据Sr-Nd,Sr-Pb,Nd-Pb,Pb-Pb同位素相关性分析,判明赣中地区橄榄玄粗岩是由亏损地幔端元(DM)和岩石圈富集地幔端元(LEM)在源区混合形成的。按Nd,Sr双变量二元混合方程式计算,得出源区物质中亏损地幔端元(DM)和岩石圈富集地幔端元(LEM)所占份额分别为37%(平均值)和63%(平均值)。赣中地区早白垩世橄榄玄粗岩系火山岩的形成反映了华南板块内部在燕山晚期发生的一起重要的伸展构造事件。

赣东北晚白垩世橄榄玄粗岩(Shoshonite)系列火山岩厘定的地质证据

赣东北广泛发育晚白垩世红色沉积盆地,并常伴有镁铁质火山活动。位于东乡-广丰断裂带南侧的广丰盆地产有上、下两套镁铁质火山岩,而位于该断裂带北侧的玉山盆地产有一套镁铁质火山岩。研究表明,广丰盆地上部的镁铁质火山岩和玉山盆地的镁铁质火山岩均呈块状构造,多气孔,气孔内常充填硅质、碳酸盐、绿泥石;斑晶矿物含量为15%左右,以斜长石和单斜辉石为主,并有少量橄榄石和斜方辉石,斜长石斑晶常见钾长石环边;基质为似粗面结构,斜长石定向排列,也具有钾长石环边;岩石SiO2含量为49.8%～53.6%(平均51.7%),富碱(Na2O+K2O为5.00%～6.94%,平均6.35%)、富钾(K2O为2.40%～3.99%,平均2.98%)、K2O/Na2O(0.68～1.08,平均0.79)比值高,在SiO2-(Na2O+K2O)图解上落入碱性系列范围,在SiO2-K2O和SiO2-K2O/Na2O图解上均落入橄榄玄粗岩范围;全铁含量(7.10%～9.99%,平均8.26%)低,但具有高的Fe2O3/FeO比值,在AFM图解中具有钙碱性系列特征,在MgO-∑Fe图解上落入钙碱性系列趋势范围内,且大多数位于Lesser Antilles(CA-1)和Cascades(CA-2)两钙碱性趋势线之间,表现出亲钙碱性特征;其地球化学总体特征与典型橄榄玄粗岩系列一致。本文通过对矿物学和地球化学这两方面特征的总结,厘定其为橄榄玄粗岩系列火山岩。

安徽庐枞火山岩盆地橄榄玄粗岩系的地球化学特征及其对下扬子地区晚中生代岩石圈减薄机制的约束

庐枞盆地内的中生代火山-潜火山岩具高钾和相对富碱为特性,属典型的橄榄玄粗岩系列。它们在地球化学上表现出明显富集Rb、Th、U、K等强不相容元素和轻稀土元素,亏损高场强元素Nb和Ta的特征。Nd、Sr同位素组成总体位于富集型的扬子克拉通岩石圈地幔的范围内或其附近,显示其母岩浆主要是由富集型地幔部分熔融形成的。火山-潜火山岩的成分变异趋势显示橄榄玄粗质幔源岩浆在高压下(斜长石稳定压力之下,>1.5GPa)经历过以单斜辉石和钛铁氧化物为主的矿物分离结晶作用。低压下矿物的分离结晶作用及上地壳物质的混染则不明显。这套火山-潜火山岩的部分地球化学性质(如Ce/Yb比值)类似于大洋岛弧内的橄榄玄粗岩,可能意味着区内由于岩石圈的减薄,软流圈地幔上涌到了岩石圈相对较浅的部位,控制源区部分熔融的主要是尖晶石相地幔岩。虽然局部(如靠近郯庐断裂的盆地西缘)可能存在着明显的热侵蚀,但"突发性的"机械拆沉是区内(乃至整个长江中下游地区)岩石圈减薄的主要机制。在整个晚中生代岩石圈减薄的过程中,这两种机制可能一直相互促进着。

中国东部橄榄安粗岩省的火山岩特征及其成矿作用

中国东部橄榄安粗岩省以大范围内(约80000km^2)分布晚侏罗世—早白垩世(165—100Ma)橄榄安粗岩系为主、高钾钙碱岩系为次的火山岩组合为特征,它形成以拉张为主的区域构造应力场中。与国外岛弧及活动大陆边缘同类岩石相比,其火山岩的岩石—矿物—地球化学特征及有关的矿床组合均有一定的特殊性,这些特殊性是本区壳幔成分与结构及中生代区域构造背景特殊性的综合体现。

赣南中生代橄榄玄粗岩系列厘定的地质证据

本文对赣南会昌地区赣州群茅店组底部的中基性火山岩的矿物岩石-地球化学进行了系统研究对比。根据岩石具高K_2O/Na_2O值(>1.0)、Na_2O+K_2O(>5％)含量、氧化系数(O_x>0.5),低TiO_2含量(<1％)、SiO_2饱和度(CIPW标准矿物Q<3％),贫铁,以及富集亲石元素(Rb、Sr、Ba、Th等)和轻稀土元素等特征,结合岩石基质中存在大量钾长石微晶、斜长石斑晶具钾长石环边及偶见橄榄石斑晶等矿物学特点,确定会昌地区火山岩属橄榄安粗岩系,岩石为橄榄玄粗岩-安粗岩-粗面岩组合。采用Rb-Sr等时线法厘定火山岩的同位素年龄为108Ma。首次证实在华南板块内部存在中生代橄榄玄粗岩系。

关于“橄榄玄粗岩系列(组合)”特征及某些问题的讨论

本文首先概略回顾火成岩系列分类及Shoshonite中译名之混乱和橄榄玄粗岩系列(组合)特征后,较详细讨论了下扬子地区—山东、北京—冀北一燕辽和大兴安岭西部地区所谓"橄榄玄粗岩系列"之火山岩的特征,得出结论:①上述地区之火山岩主要为偏碱性的高钾钙碱性系列,部分为碱性系列,仅局部出现橄榄玄粗岩质岩石(组合),并不存在所谓的"中国东部橄榄安粗岩省"和"京冀晋辽安粗岩省";②橄榄玄粗岩系列(组合)被扩大化了,并指出哪些方面被扩大化了。

山东中生代橄榄安粗岩系火山岩的地质、地球化学特征及岩石成因

山东中生代橄榄安粗岩系火山岩主要分布在沂沭断裂带及其两侧的断陷型陆相火山盆地中，为早白垩世火山活动的产物．Ｒｂ－Ｓｒ全岩等时年龄变化于１１１．４～１１９．６Ｍａ．岩石组合主要为粗面玄武岩－橄榄安粗岩－安粗岩－粗面岩．这套岩石在化学上具有富碱富钾、富铝贫钛、高氧化系数及富轻稀土和大离子亲石元素的特点，并具有较高的ＩＳｒ值和明显偏低εＮｄ值．根据对岩石地质、地球化学特征和产出构造环境的详细分析。

赣南晚侏罗世橄榄玄粗岩系列的发现

对赣南三百山盆地晚侏罗世武夷群火山岩的岩石地球化学特征进行了系统研究。根据岩石Na2O+K2O含量9.84%～10.74%,K2O/Na2O值1.99～2.52,高铝(ω(Al2O3)>15%)、低钛(ω(TiO2)<0.50%)、贫铁(TFeO=3.15%～3.50%),确定三百山盆地火山岩属长英质橄榄玄粗岩系列。同时根据岩石富集大离子亲石元素、铕正异常等稀土元素、微量元素特征,认为三百山盆地火山岩是挤压构造环境下,深部地幔含石榴石斜长角闪岩部分熔融的产物。

江西燕山期橄榄玄粗岩系列岩石地球化学特征

经过近30年的研究,橄榄玄粗岩系列火山岩已被国际岩石学界确认为一套与碱性橄榄玄武岩系列、拉斑玄武岩系列及钙碱性系列并列的、独立的火山岩组合,在前人对华南地区燕山期橄榄玄粗岩的研究基础上,将赣东北的广丰、玉山盆地、赣南的会昌盆地、赣中的盛源盆地的橄榄玄粗岩系岩石进行矿物岩石-地球化学对比,并总结这些区域橄榄玄粗岩系岩石的特征,这对研究认识这些地区的源区性质、深部构造演化及今后找矿均有重要意义。

新疆北部晚古生代的底侵作用——来自橄榄玄粗岩与埃达克岩的证据

新疆北部广泛分布晚古生代橄榄玄粗岩系火山岩和埃达克岩,它们均明显富碱,与区内同时代碱性花岗岩共同构成新疆北部富碱火成岩省。橄榄玄粗岩系火山岩和埃达克岩同位素年龄为250-280Ma,143Nd/144Nd比值高,εNd(t)值为正值,Nd模式年龄低(tDM<1.0Ga),较低而变化范围较大的(87Sr/86Sr)i(0.7040-0.710),这些特点均表明它们的源区物质为底侵幔源玄武质岩浆,并可能受到下地壳混染。结合区内地球物理资料,如加厚的地壳、复杂的莫霍面结构、高热流值及广泛分布的基性岩墙群和碱性花岗岩,均一致表明在晚古生代(晚石炭-二叠纪)新疆北部发生过较广泛的幔源玄武质岩浆底侵作用,陆壳发生了明显垂向增生。

会昌早白垩世橄榄玄粗岩(shoshonite)成因的元素及Sr-O-Nd-Pb同位素地球化学证据

根据赣南会昌地区中基性火山岩高碱、富钾、低钛、贫铁,岩石中斜长石斑晶具钾长石环边,基质中存在大量钾长石微晶,以及富集轻稀土元素和大离子亲石元素等矿物-岩石地球化学特征,确切厘定会昌地区的中-基性火山岩为橄榄玄粗岩-安粗岩组合,属典型的大陆板内橄榄玄粗岩系列火山岩。对会昌橄榄玄粗岩进行了Rb-Sr同位素定年研究,确定其全岩Rb-Sr等时线年龄为107.3±2.3Ma。会昌橄榄玄粗岩系火山岩Sr-O-Nd-Pb同位素组成的特征为:偏高的ISr(0.7098~0.7115);较低的δ18O值(5.3‰~7.0‰);中等的εNd(t)(-0.61^-3.60);富放射性成因铅((206Pb/204Pb)i=17.32~18.29,(207Pb/204Pb)i=15.34~15.65,(208Pb/204Pb)i=37.51~38.60)。会昌橄榄玄粗岩的Δ7/4Pb值为-7.8^+16.8(平均值为+5.42),Δ8/4Pb值为27.3~97.3(平均值为68.04),ΔSr值为96.2~114.1(平均值为104.3),这表明存在典型的Dupal同位素异常。根据Sr-O,Sr-Nd,Sr-Pb,Nd-Pb,Pb-Pb同位素相关特征,判明会昌橄榄玄粗岩是由亏损地幔端元(DM)和岩石圈富集地幔端元(EM)在源区混合形成的。按Sr-Nd双变量二元混合模型计算得出源区物质中亏损地幔端元和富集地幔端元所占份额各占50%左右。会昌早白垩世橄榄玄粗岩系火山岩带的形成反映了华南板块内部在燕山晚期发生的一起重要的伸展构造事件。

草桃背矿床白垩纪橄榄玄粗岩与铀成矿关系

赣南会昌断陷盆地沿石城一寻鸟深断裂分布一条白垩纪橄榄玄粗岩系列的火山岩带。草桃背大型铀矿床内出露大富足岩体中一粗粒黑云母花岗岩及早白垩世晚期到晚白垩世早期橄榄玄粗岩系列火山岩。大富足花岗岩体岩石w（SiO2）平均为74．67％，碱总量（w（K2O＋Na2O））平均为7．99％，w（K2O）〉W（Na2O），w（CaO）平均为0．54％，W（Al2O3）〉w（CaO＋Na2O＋K2O），属高钾钙碱性岩石系列。橄榄玄粗系列火山岩岩石w（SiO2）为45．78％～59．78％，叫（K2O＋Na2O）平均为7．37％，K2O／Na2O平均为1．02，w（TiO2）平均为0．86％，全铁质量分数平均为7．09％，属偏碱性橄榄玄粗质火山岩类。草桃背铀矿床赋矿岩性为橄榄玄粗岩、碎裂花岗岩及隐爆角砾岩。赋存于碎裂花岗岩及隐爆角砾岩中铀矿石化学成分，与围岩花岗岩成分相似；赋存于橄榄玄粗岩中铀矿石，Fez0。＋Fez0、ca0、MgO不同程度地带出，w（SiOz）明显增高，表明橄榄玄粗岩在成矿过程中，通过输出大量Fe、Mg、Ca等阳离子而促进铀离子从含矿溶液中沉淀。草桃背矿床的铀矿化与充填在草桃背火山口的橄榄玄粗岩关系密切，在时间上相近、在空间上相伴、在成生上相关，受橄榄玄粗岩岩浆系列热动力的影响，铀元素发生活化、转移或物质交换而成矿，成岩成矿时代属早白垩世晚期到晚白垩世早期。从草桃背铀矿床岩石学、地球化学及赋矿特征入手，总结了铀成矿是富铀矿的花岗岩基底、北东向构造及火山作用结合的产物，橄榄玄粗岩提供热源，并指出半岭、上寮、小富足等地段是寻找草桃背式铀矿床的极有利地区。

板内橄榄玄粗岩(shoshonite)地幔流体交代作用及成因的元素地球化学证据：以赣南会昌橄榄玄粗岩为例

根据稀土元素和微量元素ICP-MS分析结果,通过对流体作用敏感的元素对比值(U/Th、Pb/Ce、Ba/La、Cs/Rb和Ce/Y等)的研究对比,为赣南会昌橄榄玄粗岩的形成有地幔流体交代作用参与提供了重要的地球化学证据。应用主元素氧化物(K2O、Na2O、FeOT、CaO、MgO和TiO2)与SiO2的变异分析,判明会昌橄榄玄粗岩不是高钾钙碱性岩浆结晶分异的产物。应用Ta/Hf-Th/Hf图解判别会昌橄榄玄粗岩形成于大陆板内构造环境。根据上述地球化学特征,结合Sr-Nd-O-Pb同位素组成及Nd模式年龄研究结果,推断会昌橄榄玄粗岩是古大陆(冈瓦纳?)岩石圈富集地幔与中生代亏损地幔的源区混合产物。

江西广丰、玉山盆地橄榄玄粗岩的SHRIMP锆石U-Pb定年和Sr-Nd-Pb-O元素同位素特征

华夏古板块与扬子古板块结合带内的广丰、玉山红色碎屑沉积盆地均有橄榄玄粗岩产出,SHRIMP锆石UPb年代学研究表明,橄榄玄粗岩锆石U-Pb年龄为93±1 Ma,属晚白垩世早期的产物。广丰盆地橄榄玄粗岩(^(87)Sr/^(86)Sr)_i值为0.706 191~0.706 352,εNd(t)值为0.27~0.55,(^(206)Pb/^(204)Pb)_i值为18.045~18.080,(^(207)Pb/^(204)Pb)_i值为15.503~15.543,(^(208)Pb/^(204)Pb)_i值为38.240~38.256;玉山盆地橄榄玄粗岩(^(87)Sr/^(86)Sr)_i值为0.705 856~0.706 024,εNd(t)值为1.74~1.93,(^(206)Pb/^(204)Pb)_i值为17.956~18.063,(^(207)Pb/^(204)Pb)_i值为15.456~15.498,(^(208)Pb/^(204)Pb)_i值为38.195~38.232。在(^(87)Sr/^(86)Sr)_i-(^(206)Pb/^(204)Pb)_i、(^(143)Nd/^(144)Nd)_i-(^(206)Pb/^(204)Pb)_i和(^(143)Nd/^(144)Nd)_i-(^(87)Sr/^(86)Sr)i图解中,广丰、玉山盆地橄榄玄粗岩均位于亏损地幔(DMM)和EMⅡ型富集地幔之间,而且(^(87)Sr/^(86)Sr)_i和(^(206)Pb/^(204)Pb)_i呈正相关,(^(143)Nd/^(144)Nd)_i和(^(206)Pb/^(204)Pb)_i呈负相关,指示其源区中可能均有DMM和EMⅡ型地幔的贡献;玉山盆地橄榄玄粗岩更偏向DMM端员,指示其DMM端员所占的比例更高。广丰、玉山盆地橄榄玄粗岩具有EMⅡ型地幔的贡献,说明华夏古板块与扬子古板块结合带的岩石圈地幔与华夏古板块的岩石圈地幔属相同类型,为华夏古板块俯冲于扬子古板块之下提供了新的证据。