（地球化学专业论文）中条山—嵩山地区ca175ga基性岩墙群的成因与构造环境.pdf

摘要 中条山一嵩山地区c a 1 7 5g a 基性岩墙群的成因与构造环境 摘要 基性岩墙是伸展背景下 来自地幔的基性岩浆侵入体 基性岩墙群则是由一 定数量的具有相同或相似产状 呈线状分御的基性岩墙组成 基性岩墙群形成时 限短 可以侵位于不同的地壳层次 是大陆板块刚性化及古应力状态最直接的地 质标志 被认为是岩石圈地幔a n 或地壳伸展的重要标志 也是古板块恢复再造 的重要标志 华北克拉通内广泛分布着不同地质历史时期的基性岩墙群 其中 c a 1 7 5g a c i r c a1 7 5g a 大约1 7 5g a 前后 的基性岩墙群规模最大 几乎遍 布整个克拉通 因此 研究其岩石成因和构造背景有助于制约该时期华北克拉通 的构造演化过程以及岩石图地幔的特征和演变规律 本文选择前人研究较薄弱的中条山地区和嵩山地区的基性岩墙群 通过研究 它们的岩石学 地球化学特征 讨论其岩石成囚及构造环境 为进一步揭示华北 克拉通1 7 5g a 前后基性岩墙群的成因和演化过程提供更加全面和充分的依据 以澄清华北克拉通古元古代的构造格局 研究区内岩墙群走向以n n w 向和e w 向为主 倾角大多大于7 5 近直 立 岩石类型以辉绿岩为主 还有一些辉长辉绿岩 辉长岩和辉绿玢岩 它们可 能是不同深度下的产物 主要造岩矿物是斜长石和辉石 副矿物包括角闪石 黑 云母 磁铁矿 钛铁矿 石英和磷灰石 属于拉斑玄武岩系列 本次研究获得了 1 7 7 6 3 5m a 的s h r i m p 锆石u p b 年龄 代表了岩墙的结晶年龄 根据岩墙群的地球化学特征及其反映的岩浆分异程度 我们将其划分为两个 不同的组 分别命名为低分异组和高分异组 低分异组f e o t t i 0 2 与k 2 0 含量 相对较低 而m g o 含量相对较高 明显亏损n b t a z r h f 等高场强元素 富集r b b a l a 等大离子亲石元素 类似o i b e n d t 为 6 2 8 1 2 0 6 p b 2 0 4 p b t 值1 6 0 5 一1 7 6 4 具有p r e m a p r e v a l e n tm a n t l e 主体地幔 的特征 并可能 受到高分异组组分的影响 高分异组相对高f e o t t i 0 2 和k 2 0 低m g o 与低 分异组相比 它亏损高场强元素和富集大离子亲石元素的程度较低 其 n d t 2 0 6 p b 2 0 4 p b t 分别为 6 2 8 1 1 5 5 7 1 6 5 4 显示为富集地幔特征 结合微量元 素地球化学特征表明该富集地i 陵很可能是被俯冲组分改造过的岩石圈地幔 i 中条 u 一街 地区c a 1 7 5g a 基性岩墙群的成冈和构造环境 此外 还可根据f e o t 含量将高分异组分为高铁玄武岩类 f e o t 1 2 8 和普通玄武岩类 f e o t 7 5 0 t h er o c k sc o m p o s e do ft h em a f i cd y k e sa r em a i n l yd i o r i t e w i t hm i n o r g a b b r o i cd i o r i t ea n dg a b b r o p r i m a r ym i n e r a l sa r ep l a g i o c l a s ea n dp y r o x e n e a n d m i n o rh o r n b l e n d e b i o t i t e m a g n e t i t e i l m e n i t e q u a r t za n da p a t i t e t w o g e o c h e m i c a ls e r i e sa r ei d e n t i f i e di nt h e s ed y k e s h i g h l yf r a c t i o n a t e ds e r i e s a n ds l i g h t l yf r a c t i o n a t e ds e r i e s t h er o c k so ft h es l i g h t l yf r a c t i o n a ls e r i e sh a v er e l a t i v e l o wf e o t t i 0 2 a n dk 2 0c o n t e n t a n dh i g hm g oc o n t e n tt ot h eh i g h l yf r a c t i o n a lo n e s t h e ys h o wd i s t i n c t i v ed e p l e t i o no fh i g hf i e l ds t r e n g t he l e m e n t s h f s e s u c ha sn b t a z r h 0a n dl a r g ei o nl i t h o p h i l ee l e m e n t s l i l e s u c ha sr b b a l a s i m i l a rt o o i b t h er o c k sh a v e n d t v a l u e sf r o m 6 2t o 8 1 t h e2 0 6 p b 2 0 4 p b tr a t i o sf r o m16 0 5 t o17 6 4 i n d i c a t i n gt h a tt h es l i g h t l yf r a c t i o n a t e ds e r i e sm a yh a v ed e r i v e df r o mt h e p r e m a p r e v a l e n tm a n t l e s o u r c ep o s s i b l ya f f e c t e db yt h eh i g h l yf r a c t i o n a t e ds e r i e s t h eh i g h l yf r a c t i o n a t e ds e r i e sh a v er e l a t i v eh i g hf e o t t i 0 2 k 2 0c o n t e n t a n d l o wm g oc o n t e n tc o m p a r e dw i t ht h es l i g h t l yf r a c t i o n a t e d s e r i e s t h e ya l s oh a v e d i s t i n c t i v ed e p l e t i o no fh f s ea n de n r i c h m e n to fl i l es i m i l a rt ot h o s ef o r t h es l i g h t l y f r a c t i o n a t e ds e r i e s b u tt h ec o n c e n t r a t i o n so fe l e m e n t sa r eh i g h e ri nt h eh i g h l y f r a c t i o n a t e ds e r e st h a nt h o s ef o rt h es l i g h t l yf r a c t i o n a t e ds e r i e s t h ee n d t a n d 2 0 6 p b 2 0 4 p b tv a l u e so ft h er o c k sv a r yf r o m 6 2t o 8 1a n d15 5 7t o16 5 4 r e s p e c t i v e l y i n d i c a t i n gt h a tt h eh i g h l yf r a c t i o n a t e ds e r i e sw e r ed e r i v e df r o me n r i c hm a n t l es o u r c e p o s s i b l ym o d i f i e db yt h ea n c i e n ts u b d u c t e dc r u s t t h eh i g h l yf r a c t i o n a t e ds e r i e sc a nb ef u r t h e ri d e n t i f i e dt oh i g h f e f e o t 1 2 8 a n dl o w f eg r o u p f e o t 2 7g a 9 m i i i 嵩l i i 地e i7 50 a 牡n 岩j 盎卦的墟田和目过h 境 图l 2a 和b 华北克拉通参与c o l u m b i a 超大陆的托置推测 a z h a oe ta i 2 0 0 2 的模式 b w i l d ee ta l 2 0 0 2 的模式 c 华北克拉通在r o d i n i a 超大陆中的古地理位置 据z h a ie t a 1 2 0 0 3 f i g1 2 z h a o e la 1 2 0 0 2 a x a a n d w i l d ee ta 1 2 0 0 2 y s b c o n f i g u r a t i o no f t h e n c c i n c o l u m b i a a n dz h a ie t a l 0 0 0 对 s c r e c o n s t r u c t i o n f o r7 0 0 8 0 0 m a g 陆块 a t a n l a k i c a u a u s t m l i a a z a m n 7 0 n 限b a i t i c a c a c c n t m l a u t m l a c n c o a g o e e e l 5 l e u o w e a e a s t a m a r c t i c a 0 g 咄n l a n d n d i n d i a l a l a u r e n l l a m m a d a g a a r n a n o r t h a m e r i n o n o a h c h i n a s s i b cr la s a s o u 旺1 a m e r i c a s a f s o u t h a f f i x s c s o l l l h c h i n a 1 l a r i m w a w t a u s l m l i a w a f w t a h l c a 1 0 镕一 华北克拉通c a17 5 g a 墉性 墙群殷扎研究现状 鄂尔多斯陆块 迁安陆块 鞍山一吉南陆块 沂水陆块和胶东陆块等 沈保丰等 1 9 9 4 沈其韩和钱祥麟 1 9 9 5 伍家善等 1 9 9 8 李江海等 2 0 0 0 晚太古代 几个主要的微陆块包括 胶辽陆块 迁淮陆块 阜平陆块 集宁陆块 许昌陆块 和阿拉善陆块 沈其韩等 1 9 9 5 白谨等 1 9 9 6 伍家善等 1 9 9 8 翟明国和卞 爱国 2 0 0 0 这些陆块的划分是咀重要的古老构造边界的识别为依据的 有些 古老的边界受到岩石盖层以及第四纪沉积物的覆盖 无法直接观察 要的划分 依据是综合的地质研究 包括地幔地球化学边界 刘建忠等 1 9 9 8 和深部地球 物理边界 管志宁等 1 9 8 7 李江海等 2 0 0 0 将变质基底划分为由大陆边缘 一岛弧一陆块一造山带一裂谷等组成的8 个构造单元 白谨 2 0 0 0 在基底之上 划分了一系列活动带 胶辽活动带 青龙河一滦县活动带 晋冀裂陷带 华北北 缘活动带 秦岭一大别活动带 敦煌一龙首山活动带等 z h a oe ta l 1 9 9 8 2 0 0 1 提出一个简化的模式 将华北克 迕通基底分成东部陆块 西部陆块和中央造l l l 带 的模式 并进行了进一步完蒋 z h a oc t a l 2 0 0 5 豳1 3 网1 3 华北克拉通古元古代构造单元模式 az h a oc ta l 1 9 9 8 曲模式和hz h a oe ta 1 2 0 0 5 修改后的模式 f i g1 3p l a e o g e o p r a p h i ct e c t o n i cm o d e l sf o r t h en c b n o r t hc h i n ab l o c k o fz h a oe ta l 1 9 9 8 x a a n dar e v v e d m o d e lo f z h a oc t a t 2 0 0 5 c 吣 巾条山一嚣 地区c a 1 7 5g a 基性岩墙群的成因和构造环境 在z h a oe ta 1 1 9 9 8 的模式中 东部陆块包括鞍山一本溪南部 河北东部 吉林南部 辽宁北部 辽宁南部 密云一承德 山东西部和山东东部地区 西部 陆块包括贺兰山一祁连山 大青山一乌拉山 谷阳 武川等地区 东 西部陆块 都由2 5 一2 6g a 的t t g 片麻岩 超基性到基性火山岩 约2 5g a 同构造紫苏花 岗岩 花岗岩和少量2 5 0 2 5 5g a 双峰式火山岩和沉积表壳岩组成 以广泛的 逆时针p t 轨迹为特征 构造样式以t t g 片麻岩穹隆和围绕它生长的表壳岩褶 皱为特征 表壳岩组合和t t g 侵入早于变形和区域变质1 0 0m a 具有相同的新 太古构造背景和演化 不同在于 西部块体缺乏早中太古岩石组合并且有经历了 1 8g a 左右顺时针变质事件的孔兹岩系覆盖 中央造山带大致呈南北向穿过华 北 该造l i i 带包括瞀封 阜平 恒山 怀安 吕梁 冀北 太华 五台 赞皇和 中条地区 以两条主断裂为界限 由新太古到古元古t t g 片麻岩和花岗闪长岩 组成 中问夹杂着形成于岩浆弧和弧问贫地环境的沉积岩和火山岩 这些岩石经 历了多期挤压变形和峰期高压变质和新元古1 8g a 左右快速剥蚀作用 z h a oe ta 1 2 0 0 5 完善后的模式在东 西部各增加了一个带 东部为胶辽吉带 西部为孔 兹岩带 2 2 早前寒武纪构造演化模式 关于华北克拉通基底的演化 前人积累了大量的工作 提出了很多模式 这 几年比较盛行的有两类 一类观点认为华北克拉通块体的主要碰撞事件发生在古 元古代 1 8 5 g a z h a o 等 2 0 0 1 2 0 0 2 g u o 等 2 0 0 5 k r 6 n e r 等 2 0 0 5 另 一类观点认为主要碰撞事件或者克拉通化过程完成在晚太古代 如李江海等 2 0 0 0 l ie ta 1 2 0 0 2 k u s k y l i 2 0 0 3 翟明国等 2 0 0 4 同时 众多学者还 提出了不同的2 1 1 9 g a 前后的造山事件 1 李继亮等 1 9 9 0 认为存在一个2 0 5 g a 陆块一岛弧碰撞过程 2 李江海等 2 0 0 0 l i 等 2 0 0 2 和k u s k y l i 2 0 0 3 认为主要碰撞事 件发生在2 5 g a 前后 2 2 01 8 5 g a 华北克拉通的北缘和东缘发育了两 个造山带 1 9 1 8 g a 发生了伸展背景下的抬升 3 z h a i 等 2 0 0 0 2 0 0 3 和翟明国 2 0 0 4 认为华北克拉通在2 5 g a 完成 克拉通化 及2 1 1 9 g a 造山事件和1 8 5 一1 7 g a 基底抬升和随后的裂谷 活动 图1 4 a b c 第一章华北克拉通c a 1 7 5 g a 幕性岩墙群及其研究现状 4 z h a o 等 2 0 0 1 2 0 0 2 g u o 等 2 0 0 5 和k r f n e r 等 2 0 0 5 等认为存 在1 8 8 1 8 5 g a 高压麻粒岩相变质对应的主要碰撞造山事件 最近 一些研究者认为推测 华北克拉通以某种方式参与了活动于古元古代 的c o l u m b i a 超大陆的演化 如 z h a o 2 0 0 1 z h a oe ta 1 2 0 0 2 2 0 0 2 b r o g e r s s a n t o s h 2 0 0 2 w i l d ee ta 1 2 0 0 2 l ue ta 1 2 0 0 2 z h a ie ta 1 2 0 0 3 翟明国 2 0 0 4 p e n ge ta 1 2 0 0 5 对于参与c o l u m b i a 超大陆的造山事件和裂解事件时限主要有 两种观点 一种认为造山事件发生在 2 0g a 裂解事件发生在 1 8g a 如翟 明国 2 0 0 4 p e n ge ta 1 2 0 0 5 另一种观点认为主要造山事件发生在1 8 5g a 主要裂解事件可能从1 6 1 4g a 延续到1 2 一1 0g a z h a oe ta 1 2 0 0 2 三 1 7 5g a 前后基性岩墙群在华北克拉通中的分布 华北克拉通1 7 5g a 前后的基性岩墙群主要分布在阴山 大青山 太行山 吕梁山 中条山 鲁西 冀东等地区 贺兰山和辽东地区也有零星分布 q i a na n d c h e n 1 9 8 7 李江海等 1 9 9 7 2 0 0 1 w a n ge t a l 2 0 0 4 侯贵廷等 2 0 0 5 彭 澎 2 0 0 5 如图0 1 不同地区的岩墙群形成年龄见表1 1 其产出特征如下 1 中部主要有三个地区 分别是晋冀蒙交接地区 五台山一恒山地区和吕 梁山地区 此三处岩墙因其与围岩有明显的接触界线 近直立的产状 不同的颜 色 j x l 化强的通常为褐色 风化弱的呈暗黑色 而能够清楚地进行辨别 岩墙密 度很大 不少地方约1 4 条 千米 宽度小于1 0 0m 通常为2 0m 左右 长度大 多为几公里或者十几公里 仅少数可达几十公里 例如五台山横岭的岩墙 其出 露k 度大于4 0k m 大部分岩墙都具有冷凝边结构 也在极少数的位置 可以看 到岩墙和围岩之问的混合现象 是部分岩墙被围岩混染的直接证据 2 冀东地区的岩墙群主要分布在太平寨地区 1 7 5g a 的后的岩墙大多变质 陈曼云 1 9 9 0 和宋述光 1 9 9 0 认为存在多期变基性岩脉 李铁胜 1 9 9 9 依 据岩墙的岩性特征 将该区变质镁铁质岩墙分为二辉麻粒岩型岩墙和斜长辉石岩 型岩墙 二者沿一定方向成群分布 宽几米到几十米 长达几千米 与深变质围 岩产状斜交 在接触带上具有明显冷凝边 侵入关系明显 未发现褶皱变形和混 合岩化作用 他认为变质作用是基性岩浆在其侵位深度上发生的逆变质作用 而 与区域性的麻粒岩相变质作用无关 同时也说明侵位时间和变质作用发生的时问 相隔很短 中条山一嵩山地区c a 1 7 5g a 基性岩墙群的成闪昶i 构造环境 3 鲁西地区的岩墙群主要分布在三个地区 北部在泰山以北地区 即泰安 一莱芜以北地区 东部主要在莱芜以东的山区 南部主要在蒙阴东南的孟良崮地 区和泗水以南的四海山一带 其野外特征与晋冀蒙中元古代早期基性岩墙群基本 一致 岩石新鲜 绝大多数为辉绿岩 另外还有辉长辉绿岩 辉绿玢岩和辉长岩 而且能够清晰地看到岩墙的线状分支 4 在克拉通南部的中条山和嵩山地区也有1 7 5 g a 左右的基性岩墙群出露 前人研究较少 中条山地区该期岩墙群侵位于涑水群 绛县群和中条群中 是与 熊耳群裂谷火山一沉积建造相关的侵入产物 形成于华北克拉通南部晋豫陕裂陷 槽发育期 周宝和 1 9 8 3 而嵩山一箕山地区基性岩墙群发育在登封群和嵩山 群中 岩性主要为辉绿岩 辉绿玢岩 未变形变质 形成于嵩山群变质之后 五 佛山群 1 4 0 0 1 0 0 0m a 之前 表1 1 华北克拉通不同地区1 7 5g a 前后基性岩墙群的年龄数据 t a b l e1 1t h ea g ed a t a b a s eo f 1 7 5g am a f i cd y k es w a r m si ns e v e r a la r e a so fn c c 一 岩相学 第二节 华北克拉通1 7 5g a 前后基性岩墙群的基本特征 世界上大多数日仃寒武纪的基性岩墙群的岩性为苏长岩 粒玄岩 辉长岩 苦 橄岩 其次为碱性岩和煌斑岩 其中以拉斑玄武质占绝对优势 8 0 主要 为无斑隐晶质富铁拉斑玄武岩 含普通辉石 斜长石 钛铁矿和少量紫苏辉石 过饱和的石英拉斑玄武岩和未饱和橄榄石拉斑玄武岩均可出现 其中以石英拉斑 1 4 第一章华北克拉通c a 1 7 5 g a 基性岩墙群及其研究现状 玄武岩更为普遍 t a m e y 1 9 9 2 马芳等 2 0 0 0 华北克拉通1 7 5g a 前后的基性岩墙群大部分未变形变质 岩性以辉长辉绿 岩为主 其次为辉长岩 辉绿岩 辉绿玢岩和粒玄岩 拉斑玄武岩 等 矿物组 成主要有斜长石 2 0 一6 0 和单斜辉石 1 5 4 5 以及少量角闪石 小 于5 和石英 小于3 钛铁矿 或磁铁矿 榍石 磷灰石 岩墙以辉绿 结构为主 在一些大型岩墙的中部可以看到辉长结构 以及过渡型的辉长辉绿结 构 部分还可以看到包橄结构 而在一些小的岩墙以及大岩墙边部都表现为玻基 斑状结构 一些大的岩墙从岩墙的边部向中部 其结构依次为玻基斑状结构 隐 晶斑状结构 或无斑隐晶结构 似斑状结构和辉绿结构 有时可出现辉长辉绿 结构和辉长结构 h o ue ta 1 2 0 0 3 侯贵廷等 2 0 0 5 彭澎 2 0 0 5 此外 在 晋冀蒙交界地区的岩墙中还发现正环带结构和反应边结构 彭澎 2 0 0 5 反应 边结构有两种类型 一种类型为橄榄石边部的反应边结构 从中心至边部依次为 斜方辉石 角闪石和黑云母 表明早期结晶矿物与残余岩浆间经历了三阶段的反 应 另 种类型为单斜辉石边部的反应边 有斜方辉石和角闪石 岩墙都具有冷 凝边 一般宽5 1 0c m 二 岩石化学 华北克拉通各地区基性岩墙的主量元素含量变化范围如表1 2 表中可以看 出 大部分基性岩墙群是富铁的 根据j e n s e n 1 9 7 6 等的划分方案 一般将 f e o f e o f e o 0 9 f e 2 0 3 总铁含量 下同 1 4 w t 贫钙 低碱的基性 熔岩 归为富铁拉斑玄武岩一富铁苦橄岩类 一些学者 廖超林等 2 0 0 3 w a n g e ta 1 2 0 0 4 根据富铁程度而将华北克拉通各地区1 7 5g a 基性岩墙分为富铁系 列和 f 常系列 p e n ge ta 1 2 0 0 5 对该期基性岩墙群也进行了分组 首先根据岩石的分异 程度先将其分为两个组 低分异组和高分异组 低分异组可以讨论岩墙的岩浆性 质 而高分异组可以讨论岩浆演化的问题 又根据t i n b 等元素含量的不同将 低分异组分为两个组 l t 组 l o w t i 0 2 和h t 组 h i g h t i 0 2 它们均在 同一走向n n w 中 这两个组分别代表了两个不同的母岩浆端元 而高分异组 因为在两大主要走向n n w 和e w 中均有出现 且两个走向中该组在地球化学 特征方面又有明显的不同 故将其命名为 高分异 n w 组和 高分异 e w 组 巾条l 一嵩i l j 地区c a 1 7 5g a 基性崭墙群的成w 和构造环境 其中n w 组也属于高铁系列岩石 表1 2 华北克拉通不同地区1 7 5g a 前后基性岩墙群的主量元素组成 t a b l e l 2m a j o re l e m e n tc o m p o s i t i o n so f n l 7 5g am a r i ed y k es w a r m s i ns e v e r a la r e a so fn c c 三 地球化学 本文对比了各组基性岩墙群的地球化学特征 从微量元素蛛网图 图1 5 可以看出 不同组的基性岩墙群的差异较大 不仅如此 不同组甚至同组的基性 岩墙群在不同地区也有较大差异 因此 这里分别介绍各地区不同组基性岩墙群 的地球化学特征 图1 5 华北克拉通各主要分组岩墙原始地幔标准化蛛网图 原始地幔标准值据s u na n d m c d o n o u g h 1 9 8 9 f i g 1 5p r i m i t i v em a n t l e n o r m a l i z e dm u l t i e l e m e n ts p i d e r g r a mf o rt h ee a c hd i f f e r e n tg r o u p 1 6 o 一a醇 ii 净口 嚣仨山 iuo篮 第一章华北克拉通c a 1 7 5 g a 基性岩墙群及其研究现状 d y k e s p r i m i t i v em a n t l ev a l u e sc i t e df r o ms u na n dm c d o n o u g h 1 9 8 9 图中数据均采用该组平均值 数据来源彭澎 2 0 0 5 廖超林 2 0 0 3 1 华北克拉通中北部的晋冀蒙 太行山和吕梁地区基性岩墙群中 低分异 l t 组具有正s r 异常和n b t a z r h f 等元素相对亏损的特征 不相容元素类 似于富集的m o r b 特征 其t h u 含量很低 与现今地幔值相当 t a y l o ra n d m c l e n n a n 1 9 8 5 表明这一端元的特征可能代表了源区的特征 而不是地壳混 染造成的 与低分异l t 组相比 该区低分异h t 组的s r 异常不明显 其它元素 亏损相对较弱且不相容元素的富集较弱 这一特征与受混染的o i b 特征接近 另外 h t 组与l t 组在某些微量元素特征上也有一定相似性 如t h u n b t a s r z r h f 的相对亏损和k b a p b 等元素的相对富集 该区高分异两组在 微量元素特征上继承了低分异l t 组 如b a 的含量呈现明显的正异常 且s r 的 含量多为负异常 这与长石分异的影响不同 应该代表了源区特征或者受源区过 程影响 2 太行山南段赞皂地区正常系列比高铁系列明显低f e o t i 0 2 高s i 0 2 m g 群 a 1 2 0 3 正常系列岩石 l a y b n 4 3 7 2 g d y b n 1 6 2 1 以明显的n b t a t h u 亏损为特征 n b l a 0 2 2 0 3 5 z r n b 1 5 0 2 9 1 c e p b 9 4 1 7 3 其初始8 7 s r 8 6 s r t 0 7 0 4 1 0 7 0 5 7 c n d t 一2 8 一5 5 而高铁系列岩石中 l a y b n 1 8 4 3 g d y b n 0 9 2 1 5 9 原始地幔标准化后为相对平坦的配分型 式 其n b l a 0 5 4 0 9 0 z r n b 1 3 2 2 0 0 c e p b 1 9 3 6 5 6 高铁系列岩石的 初始8 7 s t 8 6 s r t 0 7 0 4 6 0 7 0 6 0 e n d t 0 2 8 2 6 2 明显高于正常系列 3 鲁西地区基性岩墙群的硅含量表明其比山西的中元古代基性岩墙群更偏 基性 且富集大离子亲石元素 l i l e 如b a r b k 等 b a 2 4 4 1 8 0 0g g g r b 4 2 1 0 7 肛 g 略亏损高场强元素 h f s e 如 n b t a z r 等 n b 6 1 3 2 4 8 g t a 0 6 6 3 3 3g g g z r 1 4 0 1 7 1p g 具有大陆裂谷玄武岩的微量元素分 酉己特征 s r 并不富集 说明地壳的混染作用很小 4 冀东地区基性岩墙群根据岩性可以划分为二辉麻粒岩型岩墙和斜长辉石 岩型岩墙 两者之间 前者更富集s r k r b b a 和c r 亏损n b z r t i 和y 因而总体上显示出陡的右倾趋势 二者在r b 异常上也有较大的差别 后者表现 为明显负r b 异常 而前者则表现为正r b 异常 说明这两种岩墙可能来自于不 巾条山一嵩l u 地区c a 1 7 5g a 基性耢墙群的成阳和构造环境 同的交代富集地幔源区 如上所述 各地区基性岩墙群的地球化学特征差异较大 但在某些方面也有 一些共同点 例如总体都富集不相容元素等 对于各组基性岩墙群在不同地区之 间究竟存在何种规律性 以及反映了何种成因意义等 尚待进一步的深入研究 第三节 1 7 5g a 前后岩墙群的源区性质和岩浆演化 一 岩墙群的源区性质 从华北克拉通中北部地区低分异l t 组亏损h f s e 富集l i l e b a l a s 2 6 3 2 l a n b n 5 1 5 4 以及微量元素特征类似e m o r b 等特征来看 该区 低分异l t 组的地球化学特征可能近似原生岩浆 但足与典型的e m o r b 相比 有比较明显的n b t a 负异常和b a 正异常 b a 的 f 异常以及s r 的负异常说明源 区可能与地幔交代有关 而n b 和t a 的负异常则说明源区可能经过了明显的富 集过程 另外 从同位素的继承特性 见2 3 节 来看 低分异l t 组更可能就 是两个高分异组的母岩浆 依据假设的尖晶石二辉橄榄岩和石榴石二辉橄榄岩地 幔源区的模拟计算表明 彭澎 2 0 0 5 低分异l t 组代表的源区可能是岩石圈 地幔 并显示e mi 的特征 代表了陆下岩石圈地幔或者核幔边界中成分受到轻 微改变的原始地幔 h a r t 1 9 8 8 而低分异h t 组因为其除了n b 的亏损外 其 它h f s e 亏损并不明显 b a l a n 0 6 1 4 l a n b y 1 3 1 8 微量元素特征类 似受到了低分异l t 组影响的o i b 代表的源区可能来自岩石圈之下的地幔 其 同位素数据也显示p r e m a p r e v a l e n tm a n t l e 主体地幔 d m d e p l e t e dm a n t l e 亏损地幔 的特征 c o n d i e 1 9 9 7 认为多元素标准化图解中n b t a 异常及不相容元素分布的 倾斜度是判别玄武质岩石源区的两个重要特征 并通过对t h t a 比值及l a y b 比 值的研究表明 多种地幔组分和陆下岩石圈地幔是基性岩墙的主要岩浆来源 为 此 作者也对华北克拉通1 7 5g a 前后的基性岩墙群进行了t l l t a l a y b 投图 图 1 6 从图1 6 中可以看出 华北克拉通基性岩墙群大部分都有较高的t h t a 比 值 说明源区中t a 组分含量均较低 克拉通中部低分异l t 组 h t 组点比较接 近f o z o f o c a lz o n e 是d m 和h 1 m u 的混合物 可能代表核幔边界附近的下 地幔物质 和p r e m a 且以p r e m a 为端元呈线性增加 说明其成囚可能与软 流圈中的主体地幔或亏损地幔有关 除此之外 低分异l t 组较高的t h t a 和 1 r 第一章华北克拉通c a 1 7 5 g a 慕性岩墒群及其研究现状 l a y b 比值说明源区可能包含有下地幔或壳幔边界的组分 并有可能受太古宙陆 下岩石圈的混染 高分异n w 组 e w 组的t h t a 和l a y b 比值均比较高 且接近e m 并以 线性分布 表明其源区强烈亏损t a 的地球化学特征 这也与t a m e ya n dw e a v e r 1 9 8 7 提出的岩石圈地幔相一致 暗示了其太古宙陆下岩石圈熔融的成因特点 图1 6 华北克拉通基性岩墙群的t h 厂 a l a 腭b 比值图 f i g 1 6t h et h 厂 r a l a y bd i a g r a mo fm a f i cd y k es w a r m si nn c c 1 一低分异l t 组 2 一低分异h t 组 3 一高分异n w 组 4 高分异e w 5 一正常系列 6 一商铁系列 d m 一亏损地幔 p m 一主体地幔 l c 一下陆壳 u c 一上陆壳 e mi 和e m l i 一富集地幔 h i m u 一高u p b 地i 发 f o z o 聚焦带 p s c l 一太古宙后大陆下岩石圈 数据来源彭澎 2 0 0 5 廖超林 2 0 0 3 二 岩墙群的岩浆演化 华北克拉通1 7 5g a 前后基性岩墙群低分异l t 组为高分异n w 组 e w 组 的母岩浆 但不具有f r e y 1 9 7 8 提出的原生玄武岩浆标志 在上地幔温压条 件下 与上地幔橄榄岩处于相平衡 从上地幔源区上升达地表过程中无化学变 异 不是原生岩浆 可能是原生岩浆周期性进入岩浆房内与分异岩浆混合的产 物 彭澎 2 0 0 5 岩石圈中金云母富集带的混合作用或混染造成b a 的富集 图 1 5 f o l e y 1 9 9 2 就是证据之一 已有学者 b a e ra n dh e i m a n 1 9 9 5 c o n d i e 1 9 9 7 证明地壳混染可能不是岩墙岩浆成分富集的主要成因 华北克拉通该期基 1 9 中条山一嵩l 也区c a i 7 5g a 瑟性岩墙群的成冈和构造环境 性岩墙普遍有着较低的t h u 含量 t h t a 1 7 9 3 1 9 均接近于原始地幔值 2 3 说明其在地壳中的后期混染可能性很小 尽管后期地壳混染的影响可能很小 但 是岩浆房的混染作用却是可能存在的 单一岩浆在岩浆房没有受到混染或者已经 达到了同位素体系的均一化 岩石的s r n d p b 同位素初始比值应该相同 而 华北克拉通该期岩墙群初始比值的不相同 则可能是岩石受后期蚀变或岩浆混染 混合 作用的影响所致 华北克拉通1 7 5 g a 前后基性岩墙富铁特征明显 属富铁拉斑玄武岩 表1 2 它不具b o w e n 分异趋势 即拉斑质玄武岩浆通过结晶分异作用可以演化成富s i 贫f e 的流纹质产物 b o w e n 1 9 2 8 而符合f e n n e r 分异趋势 f e n n e r 分异趋 势在自然界中较为少见 其主要特征是富f e 贫s i 的演化趋势 常表现为随着 m g o s i 0 2 等含量的降低 f e o t i 0 2 k 2 0 p 2 0 5 b a l a n b s m z r 和 h f 升高 并被认为是在低氧化条件下的封闭系统中由岩浆分异形成的 f e n n e r 1 9 2 9 岩浆演化遵循何种分异趋势受岩浆氧逸度和钛磁铁矿的晶出条件影响 还原或氧逸度低的岩浆演化环境将延缓磁铁矿在岩浆演化中的晶出而致使残余 岩浆中铁的富集 而构成f e n n e r 分异趋势 j a n ge ta 1 2 0 0 1 前文提到华北克 拉通1 7 5g a 前后基性岩墙群在岩浆演化过程中地壳混染 混合 的影响很小 受氧逸度的影响不大 x ue ta 1 2 0 0 3 而幔源岩浆的结晶分异作用主要发生在 封闭体系 较低的氧化环境尚不足以使铁钛氧化物成为结晶矿物 从而导致岩浆 沿着f e n n e r 趋势演化 第四节 1 7 5g a 前后基性岩墙群的成因模式 1 7 5g a 基性岩墙群作为华北克拉通内部醒目的前寒武纪岩浆一构造标志 在构造格局 构造应力场 地球化学特征和大地构造环境方面 与同期活动的拗 拉槽系有一定的成因联系 侯贵廷等 2 0 0 1 2 0 0 2 中元古代华北克拉通处于 一个强烈伸展的大地构造环境 在克拉通的陆缘和大陆内部发育一系列的拗拉槽 裂陷活动 如 白云鄂博一渣尔泰拗拉槽 燕辽一中条拗拉槽系和徐淮拗拉槽 李 江海等 2 0 0 1 l ue ta 1 2 0 0 2 侯贵廷等 2 0 0 5 这些拗拉槽内均发育了一套 火山一沉积岩系 如燕辽 中条拗拉槽系中燕辽拗拉槽内的大红峪组和中条拗拉 槽内的熊耳群 陆松年和李惠民 1 9 9 1 z h a oe ta 1 2 0 0 2 a 华北克拉通中元 古代拗拉槽内的火山岩主要由玄武质到流纹质火山岩组成 以中基性火山岩为 2 0 第一章华北克拉通c a 1 7 5 g a 綦性岩墙群及其研究现状 主 一般富k 和f e 而a 1 m g c a 的含量不高 富含大离子亲石元素 l a r g e i o nl i t h o p h i l ee l e m e n t l i l e 和轻稀土元素 l i g h tr a r ee a r h te l e m e n t l r e e 相对亏损高场强元素 h i g hf i e l ds t r e n g t he l e m e n t h f s e 属于板内大陆拉斑玄 武岩系列 侯贵廷等 2 0 0 1 z h a oe ta 1 2 0 0 2 a 这表明1 7 5g a 基性岩墙群不 但在空间分布和应力场方面与燕辽一中条拗拉槽系有一定的联系 而且在构造格 局 地球化学特征和大地构造环境方面 与燕辽一中条拗拉槽系有一定的成因联 系 侯贵廷等 2 0 01 2 0 0 2 一些学者据此认为岩墙群形成于大陆裂谷拉张伸 展环境 并认为可能与超大陆裂解有关 q i a na n dc h e n 1 9 8 7 李江海等 1 9 9 7 p e n ge ta 1 2 0 0 6 将基性岩墙群的地球化学特征与峨眉山大火成岩省对比 再 结合熊耳群火山岩的特征 认为它形成于陆内裂谷环境 而且主张基性岩墙群的 形成与地幔柱有关 而另外一些学者强调岩墙群与华北克拉通1 8g a 东 西陆 块碰撞拼贴的关系密切 它应该是碰撞后伸展活动的产物 z h a oe ta 1 2 0 0 1 w a n ge ta 1 2 0 0 4 不同观点的学者从不同的角度沦证了岩墙群的成因 下面就 分别论述地幔柱观点和碰撞后伸展的观点 一 地幔柱成因模式 位于华北克拉通南缘的熊耳 中条拗拉槽 它活动时限大致为1 7 5 一1 9 5g a 形成大规模三叉裂谷的时代是1 8 3g a 孙大中和胡维兴 1 9 9 3 拗拉槽内的熊 耳群 或西洋河群 火山岩系分布在晋豫陕交界地区 华北克拉通1 7 5g a 前后 基性岩墙群属于板内大陆裂谷环境的非造山岩浆活动 侯贵廷等 2 0 0 1 彭澎 2 0 0 5 结合相关研究成果 z h a oe ta 1 2 0 0 2 a 有学者 z h a oe ta 1 2 0 0 2 b p i r a j n oa n dc h e n 2 0 0 5 p e n ge ta 1 2 0 0 6 认为 熊耳群火山岩和大规模的基 性岩墙群以及一些相关的基性岩等可以构成一个大火成岩省 1 7 5g a 前后的基性岩墙群在华北克拉通的中央造山带 东部陆块以及西部 陆块都广泛发育 p e n ge ta 1 2 0 0 5 按照古地磁资料得出结论 克拉通中央造 山带和西部陆块中的n n w 向岩墙群 包括低分异l t 组 h t 组和高分异n w 组 以熊耳裂谷中心为顶点组成了放射状扇型的几何形态 而巨大放射状的几何 形态总足在跟地幔柱有关的岩墙群中出现 例如 m a c k e n z i e m a t a c h e w a n 和 y a k u t s k 岩墙群 以及c e n t r a l a t l a n t i c 岩墙群 e r n s te ta 1 1 9 9 5 另外 e m s t e ta 1 1 9 9 5 认为 与地幔柱有关的岩墙群平均厚度为2 0 4 0m 而侵入核杂 2 l 中条山一毖 地i x c a 1 7 5g a 基性崭墙群的成闪和构造环境 岩和蛇绿岩中的岩墙群的厚度为0 5 2 0m a b b o t ta n di s l e y 2 0 0 2 进一步认 为来自地幔柱的岩墙群的最宽标准 7 0m 华北克拉通该期岩墙群最大厚度可达 1 0 0m 平均为1 51 3 1 这些特征都与地幔柱有直接或间接的关系 此外 p e n ge ta 1 2 0 0 6 认为华北克拉通中1 7 5g a 基性岩墙群中出现高铁 玄武岩 见表1 2 是因为分异趋势的不同造成的 b o w e n 分异趋势和f e n n e r 分异趋势 f e n n e r 分异趋势在演化的最后阶段会留下富硅的熔体 m c b i r n e y 1 9 8 9 这样在富铁玄武岩形成之后 留下的富硅熔体就形成正常系列岩石 n w 组和e w 组就是这样形成的 两种玄武岩同时出现在许多大火成岩省中 如 d e c c a n k a r o o p a r a n aa n di n d o c h i n al i p s 则被认为是来自不同的源区 m e c h o n e y 1 9 8 8 g a l l a g h e ra n dh a w k e s w o r t h 1 9 9 2 与地幔柱有关 g i b i s a n e ta 1 2 0 0 0 地幔柱活动产生地表大面积伸展裂解 形成大型的裂陷笳地 与1 7 5g a 基 性岩墙群形成有关的裂谷就是熊耳一中条拗拉槽 岩墙群就是以该拗拉槽为中心 发散分布的 这也得到了古地磁 构造应力分析的支持 侯贵廷等 2 0 0 2 彭澎 2 0 0 5 彭澎 2 0 0 5 以地幔柱为背景较为系统的论述了基性岩墙群的岩浆作用 过程 图1 7 他认为 来源于e mi 代表下地幔组分 来自下地幔或者核幔 边界 受到一些岩石圈或地壳组分混染 的低分异l t 组随着地幔柱头部上升 图1 7 地幔柱成因观点的岩浆演化模式图 据p e n ge ta 1 2 0 0 5 修改 f i g 1 7 t h em a g m ae v o l v i n gm a po f t h ep l u m ep e t r o g e n e s i sm o d e l m o d i f i e da f t e rp e n g e t a 1 2 0 0 5 2 2 第一章华北克拉通c a 1 7 5 g a 基性岩墙群及其研究现状 形成高分异组的母岩浆 并最终形成了低分异l t 组 n w 组和e w 组岩墙 而来 源于d m p r e m a 代表软流圈和少部分下地幔组分 受到一些岩石圈或地壳组 分混染 的低分异h t 组则从软流圈进入到地幔柱的尾部 另外 有许多的实验 和大量的地幔柱模型说明地幔柱头部能比其尾部携带更多的源区物质 因为在地 幔柱尾部其温度有所下降 而岩浆浮力增加 k e l l o g ga n