張繼+程素華
摘要:在以往的研究中,華北恒山—宣化—興和地區(qū)基性巖墻所代表的是一種裂解伸展構(gòu)造背景,但近年來(lái)有研究提出這些基性巖墻可能為贊岐巖,代表了俯沖匯聚構(gòu)造背景,因此,廣泛出露于恒山—宣化—興和地區(qū)的大量元古代基性巖墻是否為贊岐巖,對(duì)于明確該地區(qū)在古元古代是匯聚還是伸展構(gòu)造背景具有重要科學(xué)意義。恒山—興和—宣化地區(qū)巖石手標(biāo)本可見(jiàn)典型的輝綠結(jié)構(gòu)。恒山地區(qū)巖墻巖石主要由具角閃石后成合晶的輝石、自形的斜長(zhǎng)石和石榴石組成;興和地區(qū)巖墻巖石主要由角閃石和中性斜長(zhǎng)石組成,角閃石填充在斜長(zhǎng)石組成的三角形“骨架”中;宣化地區(qū)樣品巖石薄片鏡下無(wú)明顯的輝綠結(jié)構(gòu),由石榴石、斜長(zhǎng)石、單斜輝石、斜方輝石、角閃石組成。恒山、宣化地區(qū)樣品巖石主量元素特征為高鐵高鎂富鈦,略富集相容元素和不相容元素,且輕稀土元素較重稀土元素富集,與贊岐巖的地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)不盡相似。興和地區(qū)樣品Mg#值偏低,但同樣富鐵富鈦,更富集不相容元素,未見(jiàn)明顯富集相容元素,與贊岐巖的地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)相差較大。因此,華北恒山—宣化—興和地區(qū)基性巖墻不屬于贊岐巖,而為高鐵玄武巖,且經(jīng)歷了一定程度的結(jié)晶分離作用和地殼混染作用,很可能屬于板內(nèi)裂解的產(chǎn)物。
關(guān)鍵詞:贊岐巖;基性巖墻;熱俯沖;板內(nèi)裂解;結(jié)晶分離作用;地殼混染作用;高鐵玄武巖;華北
中圖分類(lèi)號(hào):P588.1;P581文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Abstract: In previous study, the mafic dikes in HengshanXuanhuaXinghe area of North China have been thought as the production of rifting and extension; some papers have already claimed that those mafic dikes may be sanukitouids. Therefore, the definition of those mafic dikes is of important significance to distinguish the tectonic background of subduction or extensional tectonic background. The hand specimens of rocks in HengshanXuanhuaXinghe area have typical ophitic texture. The mafic dikes in Hengshan area are made up of pyroxene with amphibolesymplektite, idiomorphic plagioclase and garnet; the mafic dikes in Xinghe area consist of andesine, amphibole and the amphibole fills into the triangle “skeleton” which is made up of plagioclase; and the mafic dikes in Xuanhua area without obvious ophitic texture consist of garnet, plagioclase, clinopyroxene, orthopyroxene and amphibole. Compared with the geochemistry standard of sanukitoids, the samples in Hengshan and Xuanhua areas are rich in FeOT, MgO and TiO2, lightly rich in both compatible and incompatible elements, and whats more, the contents of light rare earth elements are much more than those of heavy rare earth elements. However, the samples in Xinghe area, which are very different from sanukitoids, are also rich in FeOT and TiO2, and richer in incompatible elements, but with lower Mg#, and the compatible elements are not that rich. Therefore, those mafic dikes in HengshanXuanhuaXinghe area of North China are not typical sanukitoids, but belong to the ferrobasalts. They have experienced a degree of fractional crystallization and crustal contamination, and may be the production of intraplate rifting.
Key words: sanukitoid; mafic dike; hot subduction; intraplate rifting; fractional crystallization; crustal contamination; ferrobasalt; North China
0引言
贊岐巖(Sanukite,サヌカイト)是源于日本四國(guó)北部的一種富鎂火山巖,產(chǎn)于日本中新世Setouchi火山巖帶(11~15 Ma),按照其發(fā)現(xiàn)地Sanukite鎮(zhèn)的譯名“贊岐”,將其譯為“贊岐巖”[1]。Shirey等于1984年將該贊岐巖術(shù)語(yǔ)引入太古宙,將太古宙具上述贊岐巖特征(Si過(guò)飽和,Mg#值高,Ni、Cr及大離子親石元素(LILE)含量高)的深成巖和火山巖稱(chēng)為Sanukite巖套(Sanukitoid)[2]。LobachZhuchenko等于2005年把具有上述地球化學(xué)特征的基性巖石囊括在內(nèi),并提出贊岐巖系列應(yīng)當(dāng)為一個(gè)從超基性到酸性的序列,使得贊岐巖的范圍更廣泛了[3]。此外,中國(guó)學(xué)者王仁民等提出了GMM巖套的概念作為Sanukite巖套的擴(kuò)展,指明了贊岐巖序列的主要巖性[4]。其中,GMM巖套是Gabonorite(輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖)Monzodiorite(二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖)Monzogranite(花崗二長(zhǎng)巖)巖套的簡(jiǎn)稱(chēng)。
綜合前人研究,贊岐巖的特點(diǎn)可以歸納為:①由超基性到中酸性的巖石序列組成,鈣堿—堿鈣性,偏鋁質(zhì),含有較多的鎂鐵氧化物(5%
關(guān)于贊岐巖成因,Kovalenko等在研究Karelia太古宙贊岐巖的過(guò)程中提出了一種比較合理的成因模式,即把贊岐巖的形成分為兩個(gè)階段:第一階段是在俯沖過(guò)程中,地幔經(jīng)過(guò)流體交代變化發(fā)生富集;第二階段就是一次構(gòu)造熱事件使受板片熔體交代的地幔橄欖巖部分熔融,形成贊岐巖漿[1619]。因此,贊岐巖類(lèi)作為一種島弧型巖漿產(chǎn)物,反映了一種俯沖成因的構(gòu)造背景,是板塊熱俯沖最后階段的產(chǎn)物。
目前,在華北恒山—宣化—興和地區(qū)臨近區(qū)域內(nèi)有關(guān)于基性巖墻為贊岐巖的報(bào)道[2023],但在恒山地區(qū)尚未有基性巖墻贊岐巖的報(bào)道,僅有相關(guān)猜測(cè),且在宣化與興和地區(qū)的贊岐巖研究仍存在一定的不足,其結(jié)果值得驗(yàn)證。鑒于贊岐巖對(duì)地質(zhì)背景的指示作用,恒山—宣化—興和地區(qū)弱變形的基性巖墻是否為贊岐巖的厘定,對(duì)于明確該地區(qū)在中元古代是發(fā)生匯聚結(jié)束還是進(jìn)入伸展構(gòu)造背景的判定具有重要意義。本文將綜合宣化與興和地區(qū)被認(rèn)為是贊岐巖的基性巖墻與恒山地區(qū)贊岐巖進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,運(yùn)用地球化學(xué)數(shù)據(jù),對(duì)其形成地質(zhì)背景進(jìn)行探討和解釋。
1研究現(xiàn)狀
目前在世界范圍內(nèi)的古老克拉通內(nèi)均有贊岐巖的發(fā)現(xiàn),年齡主要介于2 500~3 000 Ma,與TTG(奧長(zhǎng)石花崗巖云英閃長(zhǎng)巖花崗閃長(zhǎng)巖)和富鉀花崗巖有成因上的先后關(guān)系(圖1)。在中國(guó)也有贊岐巖的報(bào)道[2429]。簡(jiǎn)平等對(duì)中國(guó)內(nèi)蒙古固陽(yáng)地區(qū)的太古宙贊岐巖首先做了報(bào)道,認(rèn)其為巖性為閃長(zhǎng)巖,得到SHRIMP鋯石年齡為2 520~2 556 Ma,因此,華北板塊可能在252~256 Ga期間有了板塊消減作用的記錄[30]。
鐘長(zhǎng)汀等描述了內(nèi)蒙古大青山新太古代—古元古代贊岐狀巖和富Nb輝長(zhǎng)巖的特征,沿固陽(yáng)—武川—察右中旗斷裂帶兩側(cè)發(fā)育大量以新太古代—古元古代埃達(dá)克質(zhì)巖贊岐狀巖富鈮輝長(zhǎng)巖為特征的島弧花崗巖質(zhì)巖組合,并提出該花崗巖帶代表華北克拉通北緣早期的俯沖作用[3133]。之后,Wang等在華北板塊東部的泰山地區(qū)發(fā)現(xiàn)贊岐巖,得到其鋯石UPb年齡為2 536~2 540 Ma[35]。在華北恒山—宣化—興和地區(qū),前人又陸續(xù)發(fā)表論文論證存在贊岐巖的地區(qū)有河北尚義西梁、葛令夭、宣化、雙廟,山西天鎮(zhèn)新平堡—瓦窯口以及內(nèi)蒙古興和黃土窯一帶[2023],賦予了基性巖墻新的名稱(chēng)以及新的構(gòu)造意義。
OBrien等認(rèn)為,在南恒山義興寨地區(qū)具有“紅眼圈”結(jié)構(gòu)的弱變形基性巖墻并非高壓麻粒巖[36]。因其石榴石與單斜輝石并不共生,所以只達(dá)到了角閃巖相變質(zhì),義興寨地區(qū)保留有輝綠結(jié)構(gòu)以及“紅眼圈”結(jié)構(gòu)的巖墻有可能為贊岐巖,尚需要進(jìn)一步的驗(yàn)證[20]。因此,就華北恒山—宣化—興和地區(qū)所謂的基性巖墻[3743]是不是贊岐巖的論證,對(duì)于其是俯沖成因的構(gòu)造背景還是裂解伸展的構(gòu)造背景的判定有重要意義,本文將恒山地區(qū)與已報(bào)道有贊岐巖的興和和宣化地區(qū)聯(lián)系對(duì)比展開(kāi)論述。
2區(qū)域地質(zhì)背景
2.1恒山地區(qū)
恒山地區(qū)樣品采自南恒山義興寨巖體中一套近直立產(chǎn)出的基性巖墻中(圖2)。義興寨巖體屬于英云閃長(zhǎng)巖,主要見(jiàn)于恒山南麓東段,從繁峙義興寨經(jīng)渾源西河口、王莊堡到靈丘唐之洼,呈近EW向分布,在代縣北、應(yīng)縣南的恒山西段也有出露,與朱家坊表殼巖相伴出現(xiàn),并且與基底雜巖呈侵入接觸,代表了晚期巖漿侵位事件。這些近直立產(chǎn)出的巖墻變形較弱,在巖墻與巖體接觸部位發(fā)育冷凝邊,有明顯的輝綠結(jié)構(gòu)和“紅眼圈”結(jié)構(gòu)。
李江海等在恒山東部渾源縣中莊鋪村西,通過(guò)單顆粒鋯石UPb化學(xué)法,首次獲得了恒山地區(qū)NW向基性巖墻群的UPb年齡為(1 7691±2.5)Ma,并驗(yàn)證了它代表了基性巖墻群的侵位年齡,認(rèn)為其是伸展構(gòu)造背景下的產(chǎn)物[39]。Peng等于2012年對(duì)義興寨這類(lèi)弱變形巖墻的SHRIMP鋯石定年得到約2 060 Ma的原巖年齡,并有一組約(1 869±170)Ma的上交點(diǎn)年齡為變質(zhì)記錄[44] 。
2.2宣化地區(qū)
宣化地區(qū)采樣位置(圖2)為宣化雙廟南灣蔡家莊地區(qū)的基性巖墻,巖墻成群侵入到TTG中,與富鉀高鉻花崗巖一起產(chǎn)出在TTG中,巖墻寬1~2 m,長(zhǎng)1~2 km。產(chǎn)狀大多為EW向,少數(shù)為NE—SW向和NW—SE向。TTG發(fā)生部分熔融逐漸過(guò)渡到鉀質(zhì)花崗巖,局部存在暗色礦物聚集的暗色包體。
宣化地區(qū)目前已有關(guān)于基性巖墻為贊岐巖的報(bào)道[20]。劉璐璐等在研究該地區(qū)的富鉀高鉻花崗巖成因時(shí),提及該地區(qū)的基性巖墻為贊岐巖,得到了一組地球化學(xué)數(shù)據(jù)[22],但并未對(duì)照贊岐巖的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證,因此,其是否為贊岐巖仍需要進(jìn)行驗(yàn)證。陳紅杰也提出該地區(qū)基性巖墻為贊岐巖的觀點(diǎn)[23],但對(duì)比贊岐巖的地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)于其Mg#值普遍偏低、w(Sr)+w(Ba)值較低的地球化學(xué)結(jié)果,仍存在可驗(yàn)證之處。Peng等從宣化西望山地區(qū)巖墻核部得到SHRIMP鋯石UPb年齡為(1 973±4)Ma,為巖漿結(jié)晶時(shí)的年齡[45]。
2.3興和地區(qū)
興和地區(qū)采樣位置(圖2)為內(nèi)蒙古興和黃土窯地區(qū),區(qū)域內(nèi)可見(jiàn)風(fēng)化呈土黃色的孔茲巖、孔茲巖部分熔融形成的石榴花崗巖、TTG、高壓麻粒巖和基性巖墻,其中基性巖墻切穿TTG產(chǎn)出,有細(xì)小的巖枝,與圍巖接觸具有冷凝邊。Zhang等研究表明,古元古代巖墻年齡為185~197 Ga[47]。目前,在該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)有基性巖墻為贊岐巖[20],但并沒(méi)有詳細(xì)的地球化學(xué)數(shù)據(jù)和具體描述,僅根據(jù)野外產(chǎn)出的關(guān)系辨認(rèn)其為贊岐巖,證據(jù)不足,因此,就其是否為贊岐巖仍需要進(jìn)一步驗(yàn)證。
3巖相學(xué)特征
通過(guò)光學(xué)顯微鏡及電子探針技術(shù)(表1~3)鑒定,華北恒山—宣化—興和地區(qū)巖石大致可以分為4類(lèi),分別為石榴石變余輝綠巖、斜長(zhǎng)角閃巖、基性麻粒巖和含石英斜長(zhǎng)角閃巖。
3.1恒山地區(qū)
3.1.1石榴石變余輝綠巖
樣品HS5為石榴石變余輝綠巖,呈墨綠色,具變余輝綠結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造。其主要由斜長(zhǎng)石(體積分?jǐn)?shù)為35%)、單斜輝石(25%)、斜方輝石(8%)、角閃石(20%)、細(xì)粒與輝石共生呈后成合晶、黑云母(3%)、石榴石(7%)及副礦物(磁鐵礦等,2%)等組成。斜長(zhǎng)石呈自形—半自形,粒度為0.10~045 mm,可見(jiàn)聚片雙晶,常與石榴石形成“紅眼圈”結(jié)構(gòu),主要為中長(zhǎng)石,由核至邊,Si、Na含量先降低后升高,Al、Ca含量皆先升后降,顯示震蕩環(huán)帶;單斜輝石主要為次透輝石,呈半自形,粒度為010~025 mm,常圍繞在較大顆粒的輝石周?chē)?,外圍為角閃石顆粒,角閃石主要為含鉀含鎂綠鈣閃石;斜方輝石呈寬板狀,無(wú)多色性,可見(jiàn)席列結(jié)構(gòu),呈一級(jí)橙黃至一級(jí)黃白干涉色,平行消光[圖3(a)、(b)];石榴石種類(lèi)為鐵鋁榴石。
3.1.2斜長(zhǎng)角閃巖
樣品HS12為斜長(zhǎng)角閃巖,呈墨綠色,具變余輝綠結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造。其主要由斜長(zhǎng)石(體積分?jǐn)?shù)為35%)、角閃石(35%)、單斜輝石(10%)、斜方輝石(4%)、黑云母(4%)、石榴石(10%)及副礦物(磁鐵礦等,2%)等組成。斜長(zhǎng)石呈自形—半自形,粒度為0.25~0.45 mm,可見(jiàn)聚片雙晶,常與石榴石形成“紅眼圈”結(jié)構(gòu),由核至邊,Si、Na含量逐漸升高,Al、Ca含量逐漸降低,顯示正環(huán)帶,即核部為拉長(zhǎng)石,中部為中長(zhǎng)石,邊部為更長(zhǎng)石;角閃石呈半自形,〖CM(22〗粒度為010~025 mm,十分破碎,疑為輝石假象,細(xì)微粒斜長(zhǎng)石充填其中,外圍為更細(xì)粒角閃石顆粒圍繞,常與石榴石接觸,根據(jù)電子探針?lè)治鼋Y(jié)果判定其為含鉀含鎂綠鈣閃石;輝石為普通輝石;石榴石在正交光下全消光,包裹體含量增多,屬于鐵鋁榴石[圖3(c)~(f)]。
3.2宣化地區(qū)
樣品6251為基性麻粒巖,呈灰綠色,具粒狀變晶結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造。其主要由斜長(zhǎng)石(體積分?jǐn)?shù)為45%)、輝石(紫蘇輝石為15%,單斜輝石為20%)、角閃石(3%)、石榴石(8%)以及其他(磁鐵礦等,9%)組成。斜長(zhǎng)石呈半自形,粒度為01~05 mm,可見(jiàn)聚片雙晶,主要為中長(zhǎng)石,由核至邊,Na含量略降低,Ca含量略升高,不明顯,顯示輕微正環(huán)帶。紫蘇輝石為鐵紫蘇輝石,呈淡紅色—淡綠色粒狀,粒度為020~065 mm,呈半自形一級(jí)橙黃至一級(jí)紫紅干涉色,橫切面對(duì)稱(chēng)消光,縱切面平行消光;單斜輝石為次透輝石;石榴石呈淡紅色,正高突起,正交偏光下全消光(圖4),屬于鐵鋁榴石。
3.3興和地區(qū)
樣品62421為含石英斜長(zhǎng)角閃巖,呈灰白色,具變余輝綠結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造。其主要由斜長(zhǎng)石(體積分?jǐn)?shù)為50%)、高鐵角閃石(30%)、綠鈣角閃石(10%)、石英(5%)及其他(磁鐵礦等,5%)組成。
斜長(zhǎng)石呈自形,粒度為01~05 mm,可見(jiàn)聚片雙晶和環(huán)帶。在斜長(zhǎng)石邊部常發(fā)育蠕英結(jié)構(gòu),由核至邊,Al含量降低,Si含量升高,Na含量先略降低后升高,Ca含量先略升高后降低,顯示輕微震蕩環(huán)帶,核部及中部為中長(zhǎng)石,邊部為更長(zhǎng)石。角閃石多核部為高鐵角閃石,邊部為綠鈣閃石,為后成合晶結(jié)構(gòu)(圖5)。
4地球化學(xué)特征
為了更好地確定華北恒山—宣化—興和地區(qū)基性巖墻是否為贊岐巖,對(duì)樣品進(jìn)行了全巖分析(表4),并收集了中國(guó)和世界范圍內(nèi)其他地區(qū)已發(fā)表的文獻(xiàn)里有關(guān)贊岐巖的一些數(shù)據(jù)[23,532,48]進(jìn)行投圖處理,再與研究區(qū)所得地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,并與贊岐巖的地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核驗(yàn),用以驗(yàn)證研究區(qū)基性巖墻是否為贊岐巖。
4.1主量元素特征
恒山—宣化—興和地區(qū)SiO2含量為50%~56%,K2O含量為051%~218%,w(Na2O)/w(K2O)值為14~47;Mg#值(32~48)低于原生玄武巖(70),其中宣化和恒山地區(qū)的較為一致,而興和地區(qū)則差別較大。根據(jù)主量元素特征,恒山和宣化地區(qū)屬于玄武巖,Mg#值為413~483,興和地區(qū)則屬于玄武安山巖,Mg#值為322~326。
由于研究區(qū)巖石皆為侵入巖,所以通過(guò)硅堿圖對(duì)巖石進(jìn)行分類(lèi)[圖6(a)],恒山—宣化地區(qū)樣品的地球化學(xué)數(shù)據(jù)大部分落在亞堿性輝長(zhǎng)巖內(nèi),興和地區(qū)的則落在輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖內(nèi),這與其在野外鑒定及室〖CM(22〗內(nèi)鏡下鑒定的結(jié)果一致,同時(shí)與已發(fā)表的贊岐巖的區(qū)域有重合。從圖6(a)可以看出,贊岐巖主要落在Ir分界線的下方,即主要為亞堿性。通過(guò)樣品主量元素的硅鉀投圖[圖6(b)]可以看出,恒山—宣化地區(qū)巖石為鈣堿性系列,興和地區(qū)為高鉀鈣堿性系列。中酸性贊岐巖K2O含量普遍高于基性—超基性贊岐巖,超基性巖和基性巖的K含量變化則十分連續(xù),主要分布在鈣堿性系列,而在中酸性系列中,則可分為高鉀鈣堿性系列和低鉀系列,但主要還是高鉀系列,二者并無(wú)明顯的差異。在A/NKA/CNK圖解中,樣品都為準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石,贊岐巖也基本上都落在準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域(A/NK值介于10~30之間,A/CNK值介于05~10之間)[圖6(c)]。贊岐巖最重要的特點(diǎn)就是其Mg#值比較高,在30~80內(nèi)都有分布,但主要集中在40~60內(nèi),恒山—宣化地區(qū)巖石Mg#值與這個(gè)范圍有重合,而興和地區(qū)則偏低[圖6(d)]。
4.2稀土及微量元素特征
贊岐巖既富含相容元素,又富含不相容元素,且輕稀土元素較重稀土元素富集,并且具有NbTa虧損的特征。從原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖[圖7(a)]可以看出,微量元素蛛網(wǎng)圖與TTG十分相似,但是有明顯的NbTa負(fù)異常,不相容元素十分富集。其中Pb元素含量明顯富集,Sr、Ba元素輕微富集。這與贊岐巖地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)存在著一定相似性,但需要指出的是,研究區(qū)樣品有一定的Ti正異常。從球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式[圖7(b)]可以看出,研究區(qū)樣品與世界其他地區(qū)的贊岐巖稀土元素配分模式基本一致,輕稀土元素較重稀土元素更富集(輕、重稀土元素含量之比介于3.1~8.5之間),
稀土元素總含量也較高((74~221)×10-6),顯示輕微的Eu負(fù)異常(08~10)以及Tm正異常。總體來(lái)看,研究區(qū)樣品與世界其他地區(qū)的贊岐巖有一定的相似性,但也存在著差別。
為了進(jìn)一步判定研究區(qū)樣品與世界其他地區(qū)的贊岐巖在一些典型微量元素(Cr、Ni、Sr和Ba)含量之間的差別,采用一系列微量元素哈克圖解(圖8)。從圖8可以看出,贊岐巖Cr、Ni含量分別為(37~600)×10-6、(25~256)×10-6,并隨著SiO2含量的增加而下降,而Sr、Ba含量分別為(200~1 200)×10-6、(150~160)×10-6,則隨著SiO2含量的增加而增加,越偏基性的贊岐巖越富含相容元素,偏酸性的贊岐巖則更富含不相容元素。在恒山和宣化地區(qū),Ni含量為(425~639)×10-6,Cr為(82~143)×10-6,Co為(487~586)×10-6,V為(349~395)×10-6,而興和地區(qū)Ni含量為(998~116)×10-6,Cr為(558~1100)×10-6,Co為(380~399)×10-6,V為(215~223)×10-6。從不相容元素含量來(lái)看,恒山和宣化地區(qū)Sr含量為(164~220)×10-6,Ba為(194~317)×10-6,Rb為(118~193)×10-6,而興和地區(qū)Sr含量為(373~375)×10-6,Ba為(1 092~1 097)×10-6,Rb為(501~526)×10-6。總的來(lái)說(shuō),興和地區(qū)樣品更加富集不相容元素,而恒山和宣化地區(qū)則略富集相容元素,但研究區(qū)Cr和Ni含量與贊岐巖的地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)都不是十分吻合。
4.3小結(jié)
華北恒山—宣化—興和地區(qū)樣品主量元素與世界其他地區(qū)的贊岐巖有重合,但是Mg#值總體偏低,而興和地區(qū)則基本無(wú)重合;研究區(qū)樣品輕稀土元素較重稀土元素富集,顯示輕微的Eu負(fù)異常,有明顯的NbTa負(fù)異常,輕微富集Sr、Ba,這與贊岐巖的地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)也是存在著一定相似性,但研究區(qū)Cr和Ni含量都不是十分吻合。因此,華北恒山—宣化—興和地區(qū)基性巖墻并非典型的贊岐巖,就其成因和構(gòu)造背景,尚需進(jìn)一步討論。
5成因討論
華北恒山—宣化—興和地區(qū)巖墻的形成受源區(qū)性質(zhì)、巖漿混合、熔融程度、結(jié)晶分異程度和同化混染及后期蝕變等多種因素的影響。只有理清了各個(gè)方面作用的方式及強(qiáng)弱,才能準(zhǔn)確把握研究區(qū)的巖墻成因。研究區(qū)所有樣品燒失量均較低(-030%~067%),表明巖石樣品受后期熱液蝕變影響較?。粠r石氧化度較大,w(FeO)/(w(FeO)+w(Fe2O3))值在0712~0885之間。一般來(lái)說(shuō),氧化度愈高則氧化程度越低,可見(jiàn)巖石樣品總體受氧化影響很小。研究區(qū)Mg#值(32~48)低于原生玄武巖(70),MgO含量為33%~67%,因此,研究區(qū)樣品經(jīng)歷鎂鐵〖CM(22〗質(zhì)礦物的結(jié)晶分異作用,也就是說(shuō)巖墻為巖漿演化〖LL〗后的產(chǎn)物,具有演化玄武巖的特征。
從圖9可以看出,研究區(qū)樣品更富FeOT和TiO2,尤其是恒山和宣化地區(qū)樣品FeOT含量為128%~148%,MgO為58%~67%,TiO2為13%~19%,屬于高鐵高鎂玄武巖(FeOT含量大于14%),而興和地區(qū)樣品FeOT含量為1250%~1276%,MgO為33%~34%,TiO2為15%~16%,同屬于高鐵玄武安山巖。研究區(qū)樣品都符合富Fe、貧Si的Fenner演化趨勢(shì)[51],但與恒山、宣化地區(qū)的基性巖墻巖石相比,興和地區(qū)的基性巖墻更像一種過(guò)渡類(lèi)型,因?yàn)槠銼iO2含量相對(duì)較高,而FeOT含量又相對(duì)較低。
高鐵玄武巖成因目前有3種解釋?zhuān)孩倨胀ㄑ笾屑剐托鋷r在封閉系統(tǒng)中簡(jiǎn)單的分離結(jié)晶作用;②低壓條件下俯沖板片的大比例部分熔融;③地幔柱頭前富鐵組分的部分熔融[52]。洋中脊型高鐵玄武巖更富TiO2(含量為397%~551%),Mg#值較低(30~40)。
低壓條件下脫水俯沖板片大比例部分熔融形成的高鐵玄武巖輕微富集輕稀土元素,與正常洋中脊型玄武巖(NMORB)相比,具有異常高的Nb、Ta、Ti含量和低的Zr、Hf、Y含量特征,是脫水俯沖板片(難熔榴輝巖)的直接部分熔融或受到俯沖交代的上覆地幔楔的部分熔融形成的。而若要使上覆地幔楔在低壓條件下發(fā)生熔融形成這種高鐵鎂質(zhì)拉斑玄武巖,必須有足夠的熱量。Leybourme等認(rèn)為在地球演化早期,高熱流和年輕洋殼的快速俯沖熔融可能會(huì)導(dǎo)致俯沖板片在淺部大比例部分熔融,從而形成這種高鐵鎂質(zhì)玄武巖[53],這與贊岐巖成因十分類(lèi)似。地幔柱頭前富鐵組分的部分熔融形成的高鐵玄武巖,是一套存在于大陸溢流玄武巖(CFBs)的底部、比正??嚅腺|(zhì)巖石高鐵鎂質(zhì)的苦橄質(zhì)巖石。這套巖石具有高(Gd/Yb)en值和(Gd/Yb)en值、低Al2O3含量的特征[52]。
Halls等曾在華北克拉通早中元古代基性巖脈的古地磁研究中提到太行山早中元古代基性巖脈群存在富鐵拉斑質(zhì)巖石[54];侯貴廷研究的晉北中元古代巖墻具有高Fe(含量為14%~16%)的特征[55];Wang等在開(kāi)展太行山南段隆升過(guò)程構(gòu)造熱年代學(xué)研究和基性巖脈研究時(shí),也發(fā)現(xiàn)太行山南段有些基性巖脈屬于高鐵鎂質(zhì)巖石[56];彭澎等在晉冀蒙交界地區(qū)區(qū)分了3組不同的巖墻類(lèi)型,分別為高鎂拉斑玄武巖、高鐵玄武巖以及高鐵玄武巖和安山巖,并認(rèn)為這3種巖墻巖石在形成過(guò)程中都經(jīng)歷了一定程度的分離結(jié)晶和明顯的地殼混染,推測(cè)其可能為地幔柱背景下大陸伸展裂解的產(chǎn)物[57]。然而,彭頭平等指出,低壓條件下俯沖板片大比例部分熔融的成因,對(duì)于解釋華北克拉通內(nèi)部南太行山地區(qū)發(fā)現(xiàn)的早元古代(約18 Ga)高鐵鎂質(zhì)基性巖脈成因機(jī)制有重要的現(xiàn)實(shí)意義,也就是說(shuō)這些基性巖墻很可能是高熱流值的年輕洋殼板塊快速俯沖導(dǎo)致俯沖板片或上覆地幔楔熔融形成的[52]。因此,關(guān)于其究竟是大陸伸展裂解成因還是熱的年輕板塊快速俯沖形成的,需要做更多的微量元素方面的討論。
綜上所述,研究區(qū)構(gòu)造背景目前可以分為兩類(lèi):①高鐵玄武巖,為大陸伸展裂解成因[55,57];②高鐵鎂質(zhì)玄武巖及高鐵玄武安山巖,或高鐵的贊岐巖類(lèi)似物,為俯沖板片脫水部分熔融或上覆地幔楔受交代后部分熔融形成的[52]。針對(duì)研究區(qū)構(gòu)造背景,本文結(jié)合地球化學(xué)證據(jù)及野外證據(jù)判斷其是屬于板內(nèi)伸展裂解成因還是俯沖島弧成因。
首先,可以明確的是,研究區(qū)巖石經(jīng)歷一定程度的地殼混染。從宏觀上來(lái)說(shuō),研究區(qū)巖墻具有冷凝邊,且由邊部至中心有漸變帶,不可能是與單一熱能交換所致[55]。從微觀上來(lái)說(shuō),樣品w(Ti)/w(Zr)值為5463~10323,低于原始地幔,由于陸殼中w(Ti)/w(Zr)值明顯低于各種地幔類(lèi)型,所以研究區(qū)樣品發(fā)生了一定程度的地殼混染[58]。此外,Pb元素明顯富集,Sr、Ba元素富集,中等不相容元素NbTa的虧損及輕稀土元素的富集表明其經(jīng)歷了地殼混染作用。
根據(jù)以上特點(diǎn),尤其是NbTa虧損,一般會(huì)認(rèn)為其屬于島弧巖漿成因,但夏林圻等在地幔柱成因的巖石對(duì)比研究中總結(jié)認(rèn)為,在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中,軟流圈地幔(或地幔柱)受到大陸地殼或巖石圈的混染作用,也會(huì)表現(xiàn)出NbTa負(fù)異常和Ti負(fù)異常的消減帶特征,這也是部分學(xué)者認(rèn)為其為構(gòu)造伸展裂解成因的主要原因[59]。此外,趙振華也提出島弧玄武巖具有Nb、Ta、Ti虧損,但出現(xiàn)Nb、Ta、Ti虧損的并不一定是島弧環(huán)境[60]。因此,為了區(qū)分其是伸展裂解成因還是消減帶成因,采取兩種方法進(jìn)行判斷:①地球化學(xué)指標(biāo);②構(gòu)造環(huán)境判別圖解。
除了NbTa虧損等消減帶構(gòu)造環(huán)境的特點(diǎn)外,侯貴廷指出區(qū)分地幔柱成因和消減帶成因的地幔指標(biāo)是:島弧玄武巖總體上具有較低的Zr含量(<130×10-6)和w(Zr)/w(Y)<4的特征;而大陸玄武巖不管是否遭受地殼或巖石圈混染,都具有較高的Zr含量(>70×10-6)和w(Zr)/w(Y)值(>3)[55]。恒山地區(qū)Zr含量為(877~1370)×10-6,31 研究區(qū)巖石樣品受后期蝕變較小,且處于相對(duì)非氧化條件下,得以很好地保存,故可采用全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)構(gòu)造環(huán)境投圖判別。幾乎所有的巖漿巖形成構(gòu)造環(huán)境判別都是建立在地幔不均一的基礎(chǔ)上,而且地幔的不均一性可達(dá)到中元古代[60],研究區(qū)基性巖墻的侵位年齡都為中元古代,滿足地幔不均一性的要求。 目前常用的構(gòu)造環(huán)境判別圖解對(duì)樣品的要求較高,有的甚至要求分離結(jié)晶作用較弱或者無(wú)明顯的地殼混染。針對(duì)利用含有Ti、Nb、Ta等元素作為判別因子的玄武巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解,由于受到混染作用的影響,其成分點(diǎn)的位置就會(huì)向著這些圖解中Ti、Nb、Ta含量降低的方向移動(dòng),造成誤判[59]。但對(duì)于同一種大地構(gòu)造環(huán)境的地幔源區(qū),La、Nb、Zr元素是一組耐熔不相容或強(qiáng)不相容元素,在深部作用過(guò)程(如地幔分離、地幔部分熔融、巖漿分離結(jié)晶和地殼混染等)中,其在巖漿相、流體相或地幔分離后的活動(dòng)分離相中的含量發(fā)生了幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化,因此,用其絕對(duì)含量恢復(fù)玄武巖巖石巖漿源區(qū)成分,從而判別其大地構(gòu)造環(huán)境,顯然是困難的。由于其化學(xué)性質(zhì)的相似性,在巖漿演化過(guò)程中,其含量變化是基本同步的,所以w(La)/w(Zr)、w(Nb)/w(Zr)值基本不變或只有很小的變化[6162],故可采用武莉娜等提出的w(Nb)/w(Zr)w(La)/w(Zr)雙對(duì)數(shù)判別圖解[圖10(a)][61]、孫書(shū)勤等提出的w(Nb)/w(Zr)w(Th)/w(Zr)雙對(duì)數(shù)判別圖解[圖10(b)][63]、Pearce等于1979年推出的w(Zr)w(Zr)/w(Y)判別圖解[圖10(c)][64]進(jìn)行判別,并結(jié)合李永軍等提出的La、Zr、Nb含量比值對(duì)比判別[65]。 在圖10(a)中,研究區(qū)樣品落在陸內(nèi)裂谷堿性玄武巖區(qū);在圖10(b)中,恒山地區(qū)及宣化地區(qū)樣品落在板內(nèi)裂谷、拉張玄武巖區(qū)及陸緣裂谷拉張玄武巖區(qū),宣化地區(qū)還有一個(gè)樣品落在陸內(nèi)裂谷堿性玄武巖區(qū),興和地區(qū)屬于大陸板內(nèi)陸陸碰撞帶玄武巖區(qū);在圖10(c)中,興和地區(qū)樣品落入板內(nèi)玄武巖區(qū),恒山與宣化地區(qū)樣品則落在島弧玄武巖與洋中脊型玄武巖重疊區(qū),但有傾向于板內(nèi)玄武巖區(qū)的趨勢(shì),根據(jù)贊岐巖的地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn),研究區(qū)樣品應(yīng)當(dāng)屬于板內(nèi)玄武巖。綜上所述,研究區(qū)樣品皆趨向于板內(nèi)玄武巖,屬于板內(nèi)裂解成因,而非典型的贊岐巖型俯沖消減帶成因的巖漿巖巖石類(lèi)型。 6結(jié)語(yǔ) (1)恒山和宣化地區(qū)樣品雖然在一些數(shù)據(jù)上很接近贊岐巖的地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(SiO2含量為50%~56%,K2O為051%~218%,w(Na2O)/w(K2O)=14~4.7),但其Sr、Ba含量并不理想(w(Sr)+w(Ba)值為(358~537)×10-6),不符合w(Sr)+w(Ba)>1 400×10-6的標(biāo)準(zhǔn),且Ni含量((425~639)×10-6)、Cr含量((82~143)×10-6)也不算很高,Mg#值較低。這些都表明其與傳統(tǒng)意義上所認(rèn)為的贊岐巖不甚相符,興和地區(qū)樣品與贊岐巖的地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)差別則更大,因此,華北恒山—宣化—興和地區(qū)基性巖墻并非典型的贊岐巖。 (2)結(jié)合前人研究,并根據(jù)其高鐵高鈦的特征,可以確定華北恒山—宣化—興和地區(qū)基性巖墻為高鐵玄武巖石。 (3)無(wú)論是主量元素還是微量元素特征,都表明華北恒山—宣化—興和地區(qū)基性巖墻經(jīng)歷了一定程度的結(jié)晶分離作用和地殼混染作用。 (4)通過(guò)一系列已經(jīng)過(guò)大量驗(yàn)證的、結(jié)果可靠的構(gòu)造環(huán)境判別圖解,得出華北恒山—宣化—興和地區(qū)巖石很可能為板內(nèi)裂解成因的產(chǎn)物。 (5)本研究仍存在一定局限性,對(duì)于贊岐巖與高鐵玄武巖在某些成因上的相似性,無(wú)法做出合理解釋?zhuān)瑢?duì)于二者的區(qū)別也仍需要進(jìn)一步探討。
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)于根旺與劉小麗在野外樣品采集中提供了幫助,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)鄭永飛院士、北京大學(xué)魏春景教授及中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所曾令森研究員對(duì)本文提出了寶貴的意見(jiàn)和建議,在此一并表示感謝!
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收稿日期:20160723
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41102122,40972125)
作者簡(jiǎn)介:張繼(1992),男,河南信陽(yáng)人,理學(xué)碩士研究生,Email:2101140026@cugb.edu.cn。
通訊作者:程素華(1972),女,河北平鄉(xiāng)人,副教授,理學(xué)博士,Email:suhua@cugb.edu.cn。