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辽西彰武大四家子地区中生代火山岩锆石U-Pb年代学及地球化学特征

肖高强  
【摘要】: 华北克拉通中新生代岩石圈地幔减薄作用是近年来国内外研究的热点。对中国东部燕山期中酸性火山岩和侵入岩的研究发现,许多样品具埃达克岩的地球化学特征,被称为“埃达克质岩”或“C”型埃达克岩。由于这种岩石的形成往往需要较高的压力条件(1000MPa),以及它们可能暗示的重要深部过程信息(如板片熔融、底侵玄武岩熔融、岩石圈拆沉等等作用),从而可能为华北岩石圈地幔减薄过程提供一个新的研究思路。 埃达克岩(adakite)是Defant(1990)等在研究阿留申群岛火山岩时提出来的,其地球化学标志是:SiO_2≥56%、高铝Al_2O_3≥15%、MgO3%(很少6%),贫Y和Yb(Y≤18μg/g、Yb≤1.9μg/g)、Sr含量高(400μg/g)、LREE富集,无Eu异常(或有轻微的负Eu异常),贫Y和Yb,暗示部分熔融时有石榴石稳定存在;富Sr、Eu(相对于Ce和Nd)具正异常,说明熔融时斜长石在源区不稳定。埃达克岩最初的含义为产于岛弧环境,由年轻(25Ma)且热的大洋板片部分熔融产生的火山岩,而不同于源自被流体交代过的地幔楔的安山-英安质火山岩。后来其形成环境被认为还有底侵玄武岩的部分熔融、拆沉下地壳的部分熔融和俯冲陆壳的部分熔融。实验岩石学研究也表明镁铁质岩石在1.2GPa的压力下发生部分熔融能够产生具有埃达克质岩浆特征的熔体,然而位于大陆边缘或大陆碰撞带的下地壳是否能够部分熔融产生埃达克质岩浆还存在着争议。 本文研究了位于华北克拉通北缘彰武地区东部的中酸性火山岩样品。前人已对该地区火山岩进行了年代学和地球化学研究。其中,黄华等对彰武地区西部出露的中基性火山岩样品进行了研究。本文对彰武地区东部大面积出露的中酸性火山岩进行详细的锆石U-Pb年龄学、地球化学及矿物学研究,并结合黄华等发表的数据,得出以下结论: (1)辽西彰武县大四家子乡高城窝堡村义县组火山岩主要由埃达克质高镁中酸性火山岩和流纹岩组成,且大多数的中酸性火山岩具有高镁埃达克岩的特征。 (2)该套火山岩锆石U-Pb年代学研究表明,其年龄为122.4±0.4Ma,属早白垩世。而黄华等研究的火山岩锆石年龄有三组谐和年龄,分别为253±5Ma、172±2Ma、126±2Ma,尽管这些年龄均属早白垩世,但本次的样品在误差范围内要年轻于黄华等研究样品。 (3)对该区域23件典型火山岩样品的地球化学研究表明,除三件流纹岩样品外,其余样品具有高镁埃达克岩地球化学特征(SiO_2=56.46%~65.14%、Al2O_3=14.60%~17.19%、Mg~#=50~59、Sr=501~700μg/g、Yb=1.04~1.54μg/g、Y=12.0~17.5μg/g、Eu/Eu~*=0.85~0.97、Sr/Y=29~46、La_N/Yb_N=13~28),同位素上具有高的初始~(87)Sr/~(86)Sr(0.705464~0.705812)比值,低的ε_(Nd)(122Ma)(-6.12~-12.80)值特征。 (4)电子探针及背散射电子图像表明,中酸性火山岩样品中存在具有反环带的斜方辉石和单斜辉石斑晶以及韵律环带特征的单斜辉石斑晶,LA-ICP-MS结果表明,具有韵律环带结构的单斜辉石中稀土元素含量分布存在着从核部到边部逐渐降低的趋势,且存在负铕异常(Eu/Eu~*=0.64~0.76)。 (5)本研究的样品与黄华等研究的样品都来自于彰武地区,但两者的地球化学有明显差别。主量元素方面,黄华等研究的样品偏中基性,而本研究的样品偏中酸性。微量元素方面,黄华等研究的样品稀土元素含量比本研究的样品要高,且存在明显Sr正异常。同位素方面,黄华等研究的样品初始~(87)Sr/~(86)Sr(122Ma)比值比本研究的样品要高,但初始~(143)Nd/~(144)Nd比值及ε_(Nd)(122Ma)值与本研究的样品相当。矿物学方面,黄华等研究样品中单斜辉石Al_2O_3含量变化很大,核部最高值可达5%,表明它们在地幔深度形成,而本研究样品中的单斜辉石Al_2O_3含量均小于2.3%,且存在负铕异常,表明它们在地壳深度形成。综上所述,本研究采集的样品应来自于彰武中生代火山岩的上部,而黄华等研究的样品可能位于下部,两者可能具有不同的成因。 (6)结合黄华等对彰武西哈儿套地区火山岩的研究,笔者认为该套火山岩的成因是拆沉作用与岩浆混合作用共同作用的结果,即拆沉作用导致软流圈地幔物质上涌加热下地壳形成的长英质岩浆(对应与单斜辉石核部),与来自地幔由拆沉作用形成的埃达克质高镁安山岩浆(对应与单斜辉石幔部)混合形成。


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