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东北伊通—大屯和双辽地区晚中生代—新生代玄武岩地球化学特征:岩石圈演化和太平洋再循环洋壳与玄武岩的成因联系

张辉煌  
【摘要】: 本文详细地论述了东北伊通-大屯和双辽两个地区晚中生代-新生代玄武岩的地球化学特征,并借助年代学工作和玄武岩主量元素的岩石圈厚度反演来探讨具有约80Ma的火山喷发历史的伊通-大屯地区岩石圈演化,另一方面,双辽火山岩特殊的地球化学特征暗示岩石成因可能与太平洋再循环洋壳的参与相关。 伊通-大屯地区玄武岩研究表明,从晚白垩长春大屯火山(92.5±0.5Ma)到伊舒地堑内第三纪伊通火山群(31Ma、9~15Ma),玄武岩碱性逐渐增强,Dy/Yb比值逐渐升高,根据地幔动态熔融模型(LKP模型)计算获得的玄武岩最终形成深度由约50km变深至110km。根据岩石圈盖效应推测该区晚白垩纪以来岩石圈厚度逐渐增厚。伊通第三纪碱性玄武岩显示了均一的地球化学组成;类似洋岛玄武岩(OIB)的微量元素分配模式和Nb/U比值,以及低(~(87)Sr/~(86)Sr)_i、正εNd(t)同位素特征暗示它主要来源于软流圈。与第三纪碱性玄武岩相比,晚白垩大屯拉斑玄武岩具有相对偏高的Ni、Cr和Sc,高Ba/Th、Rb/Nb、Ba/Nb比值,高(~(87)Sr/~(86)Sr)_i和低(~(143)Nd/~(144)Nd)_i。这些特征可能与软流圈熔体与古老富集地幔之间的相互反应有关。伊通-大屯玄武岩的演化特征反映了岩石圈在板内岩浆作用中所担当的不同角色:第三纪时,岩石圈并没有在物质上直接参与岩浆作用,但岩石圈对上涌软流圈起到了机械阻挡作用;而在晚白垩岩浆作用中,岩石圈的间接和直接作用都得到了体现。 双辽火山岩全岩~(40)Ar/~(39)Ar定年显示其集中喷发于始新世(41.6~51.0Ma)是松辽盆地唯一出露的古近纪火山岩。与东北其它新生代玄武岩相比,双辽火山岩具有高Fe_2O_3(13.44~14.56%,除辉绿岩外)、低大离子亲石元素、K负异常(碧玄岩)以及低Sr同位素比值[(~(87)Sr/~(86)Sr)_i=0.703254~0.703609]类似HIMU玄武岩特征。双辽火山岩的微量元素特征并不能用近几年许多学者提出的交代模型来简单解释,而再循环洋壳组分的加入是其合理的解释。模型显示,原始地幔和约15%的再循环洋壳混合能形成双辽火山岩的地球化学特征。本文认为再循环洋壳组分来源转换带中的太平洋板块,并且由于地幔的底辟以及上升的地幔流才能将转换带中具有较大密度的再循环洋壳组分带入软流圈。随着熔融程度的逐渐增大,地幔源区中的再循环洋壳组分(HIMU组分)逐渐减少,即双辽碧玄岩至碱性橄榄玄武岩的HIMU特征减弱。双辽火山岩为寻找太平洋板块俯冲作用直接参与中国东部岩石圈减薄作用提供了重要线索。 伊通-大屯和双辽两个地区玄武岩的结晶矿物温度和压力初步研究发现,随着玄武岩碱性的增加,玄武岩的结晶深度逐渐增加,弱碱性和拉斑玄武岩岩浆房主要形成于地壳内(2~11kb),而强碱性玄武岩岩浆房主要形成于岩石圈地幔内(12~19kb),并且两者岩浆密度分别与地壳、地幔密度相似,说明岩性变化所引起的密度变化是控制岩浆结晶深度的主要影响因素。寄主玄武岩结晶压力与橄榄岩包体平衡压力相近,可能暗示寄主玄武岩岩浆房深度与捕获橄榄岩包体的深度有着密切的联系。


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