（构造地质学专业论文）蒙阴盆地晚中生代火山岩地球化学特征及其成因探讨.pdf

蒙阴盆地晚中生代火山岩地球化学特征及其成因探讨 摘要 本论文对发育于华北克拉通东南部蒙阴盆地的一些晚中生代青山群火山岩 进行了主量元素、微量元素、s r n d p b 同位素等地球化学研究和l a i c pm s 法单颗粒锆石u p b 年代学研究。通过这些研究，明确了火山岩形成的具体时 限，查明了其岩石地球化学特征，分析了岩浆源区的性质和深部地质作用过程。 在区域对比的基础上，探讨了蒙阴地区火山岩岩浆源区的形成机制。 蒙阴青山群火山岩形成于早白垩世晚期，具有相对均一的锆石同位素年龄， 具体喷发时期在1 1 8 2 1 2 2 4 m a 之间，与前人对华北东南部岩浆岩的年龄测定 相吻合。s i 0 2 含量变化于5 3 7 1 6 9 0 8 ，在t a s 上位于亚碱性系列岩石区 域，多数属于粗安岩、粗面英安岩，少数为安山岩，全碱( k 2 0 + n a 2 0 ) 含量 为5 8 5 9 3 5 ，岩石属于高钾钙碱性系列、准铝质、硅过饱和类型的岩石。 微量元素表现出r b 、b a 等大离子亲石元素( l i l e ) 富集和p b 、s r 正异常而 n b 、t a 和t i 等高场强元素( h f s e ) 亏损的特征，稀土元素均表现出轻稀土 ( l r e e ) 富集和重稀土( h r e e ) 亏损的特征，且具有弱的e u 负异常。元素、 同位素判别和锆石年代学研究结果表明，其初始岩浆在上升侵位过程中没有受 到地壳物质的显著混染，其同位素组成能够用来示踪地幔源区的性质。校正到 岩浆喷发时间t 后，蒙阴青山群火山岩的s r n d 同位素初始比值分别为 8 7 s r 8 6 s r ( t ) = 0 7 0 5 1 0 7 1 0 9 ，1 4 3 n d 1 4 4 n d ( t ) = 0 5 1 1 7 o 5 1 2 3 ，对应的n d ( t 1 = 3 9 1 5 3 ，p b 初始同位素比值分别为2 0 6 p b 2 0 4 p b ( t ) = l6 8 8 18 3 9 ， 2 0 7 p b 2 0 4 p b ( t ) = 1 5 3 1 1 5 5 8 ，2 0 8 p b 2 0 4 p b ( t ) = 3 6 6 3 3 8 0 6 。以上地球化学特征表 明，蒙阴盆地青山群火山岩性质与代表华北克拉通e mi 型幔源岩浆的济南、 邹平岩浆岩及代表华北下地壳的太古代麻粒岩性质均不相同，类似于方城以及 胶莱盆地晚中生代火山岩，样品点分布于e mi 和e mi i 之间，反映该地区岩石 圈内部壳一幔相互作用背景下的岩浆混合作用较为普遍，表明其岩浆源区具有 同位素富集的特征。 结合前人对研究区内晚中生代火山岩，以及华北克拉通东部同期岩浆岩的 年代学特征、岩石地球化学特征与同位素地球化学研究，本文认为蒙阴盆地青 山群火山岩起源于岩石圈伸展一减薄动力学背景下，可能为俯冲陆壳在地幔源 区发生混染和交代作用所形成的富集型地幔部分熔融的产物，并且扬子陆块向 华北陆块的俯冲一碰撞作用是造成华北东南缘岩石圈地幔组成改变以及岩石圈 减薄的主要驱动力。 关键词：蒙阴盆地晚中生代火山岩 地球化学形成机制 g e o c h e m i s t r yc h a r a c t e r i s t i c sa n di t sg e n e s i so ft h el a t e m e s o z o i cv o l c a n i cr o c k sf r o mm e n g y i nb a s i n a b s t r a c t i n t h i sp a p e r ，l a i c pm sz i r c o nu - p bg e o c h r o n o l o g i c a l ，g e o c h e m i c a la n d s r - n d p bi s o t o p i ca n a l y s e sh a v eb e e nc a r r i e do u to nt h el a t em e s o z o i cq i n g s h a n f o r m a t i o nv o l c a n i cr o c k sf r o mm e n g y i nb a s i nb e n e a t ht h es o u t h e a s t e r nn o r t h c h i n ac r a t o n w i t ht h e s es t u d y ，t h i sp a p e rd e m a r c a t e df o r m a t i o nt i m eo ft h e s e v o l c a n i cr o c k s ，s u m m a r i z e dt h en a t u r eo ft h e i rp e t r o l o g ya n dg e o c h e m i s t r y ， d i s c u s s e dt h ed e e pp r o c e s s e so ft h em a g m a t i s m ，c o m p o s i t i o n so fm a g m as o u r c e s ， a n dm a g m a t i ee v o l u t i o nf e a t u r e s b a s e do nr e g i o n a lc o m p a r s i o n s ，t h i sp a p e ra l s o a n a l y z e dt h ep a t t e r n so ft h ee n r i c h e dc h a r a c t e r i s t i c si nm e n g y i na r e a q i n g s h a nf o r m a t i o nv o l c a n i cr o c k sf r o mm e n g y i nb a s i nw e r ee r u p t e dd u r i n g t h ee a r l yc r e t a c e o u s ，t h ee r u p t i o na g e sv a r i e df r o m11 8 2 m at o1 2 2 4 m at h a t a n a s t o m o s e dw i t hp r i m a r ys t u d yi nt h i sa r e a t h e s er o c k sb e l o n gt om e t a a l k a l i n e s e r i e sl o c a t i n gi nt a sd i a g r a mw i t ht h es i 0 2c o n t e n t so f5 3 7 1 6 9 0 8 a n dt h e t o t a la l k a l i n ec o n t e n t so f5 8 5 9 3 5 m o s to ft h er o c k sa r et r a c h y d a c i t ea n d t r a c h y a n d e s i t ee x c e p taf e ws h o w i n ga n d e s i t ea f f i n i t y t h e s ev o l c a n i cr o c k sb e l o n g t o h i g h kc a l a l k a l i n e ，m e t a l u m i n o u s a n ds i l i c o n s a t u r a t i o ns e r i e s a n dt h e v o l c a n i cr o c k sa r en o t a b l yr i c hi nl i l ea n dl r e e ，d e p l e t e di nh r e ea n dh f s e ， d e t a i l e ds h o w i n gs i g n i f i c a n tp o s i t i v er b ，b a ，p b ，a n ds ra n o m a l i e sa n dn e g a t i v en b ， t aa n dt ia n o m a l i e sa n dn e g a t i v ee ua n o m a l i e sw e a k l y t h ei n i t i a lm a g m ao ft h e v o l c a n i cr o c k sh a sb e e nl i t t l ec o n t a m i n a t e db yc u r s t a lm a t e r i a l sd u r i n gt h em a g m a s a s c e n d i n g b a s e do n g e o c h e m i c a l ，i s o t o p i c a n d g e o c h r o n 0 1 0 9 i c a le v i d e n c e s t h e r e f o r e ，t h ei s o t o p i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h ev o l c a n i cr o c k sc a nb eu s e dt o a p p r o x i m a t et h o s eo ft h e i rm a n t l es o u r c e t h ev o l c a n i cr o c k sa r er i c hi ns r n d p b i s o t o p ec o m p o n e n t ，s h o w i n gt h er a n g eo ft h ei n i t i a li s o t o p i cr a t i o s a sf o l l o w s ： 8 7 s r 8 6 s r ( t ) = 0 7 0 5 1 - - - 0 7 1 0 9 ，1 4 3 n d 1 “n d ( t ) = 0 5 1 1 7 o 5 1 2 3 ，n d ( f ) 一3 9 1 5 3 ， a n dt h e r a d i o g e n i c p b i s o t o p i cr a t i o s ：2 0 6 p b 2 0 4 p b ( t ) = 16 8 8 18 3 9 ， 2 0 7 p b 2 0 4 p b ( t ) = 1 5 31 15 5 8 ，2 0 8 p b 2 0 4 p b ( t ) = 3 6 6 3 3 8 0 6 i na d d i t i o n ，s o m e g e o l o g i c a la n dg e o c h e m i c a lf e a t u r e ss u g g e s tt h a tt h em a g m as o u r c e so fm e n g y i n b a s i na r ed i f f e r e n tw i t hj i n a n ，z o u p i n ga n dl o w e rc r u s to fn o r t hc h i n a ，b u ts i m i l a r t of a n g c h e n ga n dj i a o l a ib a s i n ，s h o w i n ge mia n de mi il i k ee n r i c h e di s o t o p i c c h a r a c t e r i s t i c s i ti si n f e r r e dt h a tt h em a n t l es o u r c eo ft h ev o l c a n i cr o c k sf r o m m e n g y i nm a y b eam i x t u r eo ft h em a n t l ea n dt h ec r u s t c o m b i n i n gw i t ht h ep r i m a r ys t u d yo fg e o c h r o n o l o g i c a l ，g e o c h e m i c a la n d s r - n d - - p bi s o t o p i cc h a r a c t e r i s t i c so fv o l c a n i cr o c k sf r o mn e a r l ya r e ai ne a s t e r n n o r t hc h i n ac r a t o nd u r i n gt h es a m ep e r i o d ，w ec o n s i d e rt h a tt h el a t em e s o z o i c q i n g s h a nf o r m a t i o nv o l c a n i cr o c k sf r o mm e n g y i nb a s i no r i g i n a t e d f r o mt h e e n r i c h e dm e s o z o i cl i t h o s p h e r i cm a n t l e ，w h i c he v o l v e df r o mi t sp a l e o z o i c c o u n t e r p a r tt h r o u g he x t e n s i v ei n t e r a c t i o nw i t h ac r u s t - d e r i v e dm e l t w ep r o p o s e t h a tt h i sm e l tw a sg e n e r a t e df r o mt h em e l t i n go ft h es u b d u c t e dl o w e rc r u s to ft h e y a n g t z ec r a t o n t h i sg e o d y n a m i cm o d e li sp r o p o s e dt oi l l u s t r a t es u c hat r a n s f o r m i ns e c u l a rl i t h o s p h e r ee v o l u t i o na n dt h el o w e rc r u s tw a st h i n n e dt o g e t h e rw i t h l i t h o s p h e r em a n t l ei ne a s t e r nn o r t hc h i n a b l o c k a tm e s o z o i c k e y w o r d s ：m e n g y i nb a s i n ；l a t em e s o z o i c ； v o l c a n i cr o c k s ；g e o c h e m i s t r y ； p a t t e r n s 插图清单 图1 1 研究区位置图3 图1 2 大洋玄武岩s r 。n d p b 同位素相关图解8 图2 1 研究区火山岩地质简图及采样位置1 2 图4 1 研究区火山岩部分样品显微照片2 0 图4 - 2 研究区火山岩部分锆石的阴极发光图像及测试位置2 3 图4 - 3 研究区火山岩t a s 图解2 4 图4 4 研究区火山岩k 2 0 s i 0 2 关系图解2 5 图4 - 5 研究区火山岩钾质、钠质分类图解2 5 图4 - 6 研究区火山岩岩石系列划分图解2 6 图4 7 研究区火山岩微量元素蛛网图2 7 图4 - 8 研究区火山岩原始地幔标准化的过渡族元素配分图2 8 图4 - 9 研究区火山岩稀土元素球粒陨石标准化分布模式2 9 图4 1 0 研究区火山岩s r n d 同位素关系图解3 1 图4 11 研究区火山岩s r n d p b 同位素关系图解3 2 图5 1 研究区火山岩新生锆石及古老锆石u p b 谐和图3 5 图5 2 研究区火山岩8 7 s r 8 6 s r ( t ) ( 1 s r ) 和s s o ( t ) ( 1 n d ) 相关图3 8 图5 - 3 研究区火山岩h a r k e r 图解4 0 图5 4 研究区火山岩岩浆过程判别图解4 l 图5 - 5 研究区火山岩b a l a b a n b 和b a t h r b n b 关系图解4 2 图5 - 6 研究区火山岩2 0 6 p b 2 0 4 p b 2 0 7 p b 2 0 4 p b 关系图4 3 图5 7 研究区火山岩s r n d p b 同位素区域对比4 5 图5 8 华北克拉通晚中生代周缘板块相互作用示意图4 7 表格清单 表1 1 本论文的主要工作量9 表2 1 山东地区中生代地层表1 2 表3 1 全岩主量元素分析中标准参考物质分析结果及参考值1 6 表3 - 2 全岩微量元素分析中标准参考物质分析结果及参考值1 7 表3 - 3s r n d p b 同位素分析中标准参考物质分析结果及参考值1 8 表4 1 研究区火山岩基本岩石类型划分2 l 表4 - 2 研究区火山岩新生锆石2 0 6 p b 2 3 8 u 加权平均年龄2 3 表4 - 3 研究区火山岩主量元素分析结果及相关参数2 6 表4 4 研究区火山岩微量元素分析结果及相关参数2 9 表4 - 5 研究区火山岩s r n d 同位素分析结果及相关参数3 2 表4 - 6 研究区火山岩p b 同位素分析结果3 3 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得 佥8 曼王、业态堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签 弘日期：矽呷年夕月，日 j 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 盒目曼王些态堂有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 盒鳇王些太堂可以将学位沦文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 名：彳助纽铲铈弛孑旄艺 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 签字日期2 0 听年中月1 日 电话： 邮编： 致谢 在硕士学习即将结束之际，我怀着非常感激的心情对老师、同学、朋友以 及家人致以深深的谢意! 我首先要深深的感谢我的导师牛漫兰教授。在五年的学习期间，我的导师 牛漫兰教授从课程学习到课题研究，从论文选题到修改、定稿，无不对我倾注 了无尽的心血。牛老师在繁忙的工作之余，不但亲自带我数次进行野外考察， 更是悉心指导我的室内工作，解答我学习和生活中遇到的疑难问题，帮助和鼓 励我不断进步。尤其是他渊博的知识，严谨的治学、教学态度，不懈的科学追 求精神，使我获益匪浅，终身难忘。我的论文能得以如期完成，与导师的精心 指导与悉心关怀密不可分。再次向牛老师表示最崇高的敬意和真诚的感谢! 特别要提出感谢的是师兄谢成龙在三年的学习过程中为我无私的提供了大 量宝贵的资料和建议，尤其在实验和数据分析与解释方面提供了莫大的帮助， 在此深深的致以谢意。同时深深感谢朱光教授、闰峻教授、王勇生副教授在我 学习和生活的过程中给予的多方面帮助和支持。然后诚挚的感谢研究生期间给 予我真心帮助师兄向必伟、胡召齐，同学曹洋、于勤勤，师弟吴齐、张必龙、 陈印在实验和日常生活中给予的帮助。感谢我所有的师兄弟们、同学和朋友们。 父母是我人生的第一位导师，我要感谢他们，在我的生活和成长方面倾尽 心血，他们对我的支持和爱护是我成长道路上最温暖的慰藉，是值得我受用终 生的宝贵财富。养育之恩，无以回报，他们永远健康快乐是我最大的心愿。 衷心感谢在百忙之中抽出时间评议、审阅本论文的专家教授，感谢答辩委 员会主席及各位评委老师和专家们，感谢大家的辛勤劳动和对论文提出的宝贵 建议，这些建议为我今后的学习和研究开拓了思路。 最后，衷心感谢资源与环境工程学院和我的母校一合肥工业大学七年来对 我的大力栽培! 作者：谢文雅 2 0 0 9 年2 月2 6 日 第一章前言 自上个世纪7 0 年代以来，在板块构造理论的指导下，应用幔源岩石的元素 和同位素示踪体系来反演源区地幔的地球化学性质已经取得了巨大的成功 ( z i n d l e ra n dh a r t ，19 8 6 ；h o f f m a n ，19 9 7 ) 。此方法首先成功的运用于大洋玄 武岩，但很多学者也借鉴和应用大洋玄武岩的研究方法和成果，用来讨论大陆 岩石圈地幔的性质以及演化。在地幔对流模式、地幔的化学不均一性和壳幔物 质循环及相互作用等一系列领域取得了重大成果，由此揭开了现代地幔地球化 学一化学地球动力学研究的新篇章。突出地表现在地幔化学端元的发现与划分、 地幔柱理论的创立、以俯冲为主要机制的壳幔物质循环等方面。与此相对应的 是，在岩浆的起源和产生机制方面的研究也取得了长足的进展。 地幔地球化学及壳幔相互作用是地球化学和化学动力学研究的重要课题。 幔源岩浆岩携带了大量的地幔信息，是研究地幔地球化学的载体，尤其是同位 素测年、同位素示踪，成为反演地幔性质及壳幔相互作用必不可少的工具。 1 1 课题来源 本次研究工作依托国家自然科学基金资助项目“郯庐断裂带山东段及西侧 晚中生代岩石圈减薄过程的对比研究( 项目编号为：4 0 6 0 3 0 10 ) ，选择山东段 内以青山群发育良好的蒙阴盆地的石油站一火石堡青山群剖面为研究地区，经 过大量的野外工作，对区内发育的晚中生代青山群火山岩进行同位素年代学、 地球化学、岩石地球化学等对比研究。 1 2 研究目的及意义 本论文选择郯庐断裂带西侧蒙阴盆地为研究区，对区内具有较好发育的早 白垩世青山群火山岩样品进行了主量元素、微量元素、s r n d p b 同位素等地球 化学测试和l a i c pm s 法单颗粒锆石u p b 年代学研究。通过这些研究，确定 该地区火山岩的具体形成时间，明确其岩石学和地球化学特征，示踪该地区岩 浆源区性质，再结合前人对华北克拉通东部其他地区同期岩浆岩的研究资料进 行对比分析，反演晚中生代鲁西地区同期岩浆岩源区性质的分布特征及其演化 过程。 论文的研究意义在于，有助于了解鲁西地区同期岩浆岩的岩浆演化规律； 也有助于判定与岩石圈减薄密切相关的鲁西地区早白垩世岩浆岩，究竟来源于 交代富集的岩石圈地幔本身，还是来源于有下地壳物质显著贡献的地幔源区， 为华北克拉通东部早白垩世岩浆岩成因提供制约；在区域对比基础上，通过对 华北克拉通晚中生代岩浆作用的深入研究，总结华北克拉通东部显生宙以来岩 石圈地幔性质的变化规律；同时对有关华北克拉通的改造、破坏和岩石圈减薄 等重要的地球科学前沿问题的认识也具有一定意义。 1 3 研究现状 1 3 1 中国东部中生代岩浆岩 中国东部的大地构造单元从北向南可以划分为：兴蒙造山带、华北克拉通、 大别苏鲁造山带，扬子地块和华夏地块( 图1 1 ) 。对岩石圈地幔的研究，可 以通过两种途径：幔源包体和幔源岩浆。幔源包体是指来源于岩石圈地幔的岩 石碎块。在大陆地区，碱性玄武岩或金伯利岩常常经过快速猛烈的喷发，将幔 源包体携带至地表( r u d n i c ke ta 1 ，1 9 9 5 ) 。对幔源包体的岩石学、矿物学和地 球化学的综合研究，能揭示关于上地幔组成及演化的重要信息。由于快速喷发， 包体和寄主岩之间避免了矿物相和化学组成上的重新平衡，可以直接指示岩石 圈地幔的性质( f r e y ，1 9 8 4 ) 。因此，幔源包体是研究岩石圈地幔性质的直接途 径。 近年来，关于中国东部古生代和新生代岩石圈地幔地球化学的研究较多， 并获得了丰硕的成果( 鄂莫岚和赵大升，1 9 8 7 ；陈道公等，1 9 9 2 ；支霞臣等， 1 9 9 6 ；黄小龙等，1 9 9 8 ；c h u n g ，1 9 9 9 ；z h ie ta 1 ，1 9 9 0 ；t a t s u m o t oe ta 1 ，1 9 9 2 ； x ua n dm e n z i e se ta 1 ，1 9 9 8 ；x ua n dg r i f f i ne ta 1 ，2 0 0 7 ；x ua n ds h i n j oe ta 1 ， 2 0 0 2 ) 。来源于显生宙时期的山东蒙阴和辽宁复县金伯利岩中的金刚石及其中的 矿物包裹体资料显示，古生代岩石圈地幔主要表现为古老富集的特点( 池际尚 等，1 9 9 6 ；郑建平和路凤香，1 9 9 9 ；g r i 伍ne ta 1 ，19 9 8 ；m e n z i e se ta 1 ，1 9 9 3 ： m e n z i e sa n dx u ，1 9 9 8 ；s c h o t tba n ds c h m e l i n gh 1 9 9 8 ) ，与中国东部新生代玄 武岩中地幔橄榄岩包体研究所得到的地幔亏损的同位素特征显著不同。 中国东部中生代岩石圈地幔源区性质以及富集成因是近十年来国内外研究 的热门课题( g r i f f i ne ta 1 ，1 9 9 8 ；g u oe ta 1 ，2 0 0 1 ；c h e ne ta 1 ，2 0 0 1 ；x ue ta 1 ， 2 0 0 4 ，2 0 0 4 c ；z h e n ge ta 1 ，1 9 9 8 ；z h a n ge ta 1 ，2 0 0 2 a ，b ，2 0 0 3 ，2 0 0 4 ，2 0 0 5 ； m e n z i e se ta 1 ，1 9 9 3 ；g a oe ta 1 ，2 0 0 2 ；w ue ta 1 ，2 0 0 5 ) 。中国东部中生代岩 浆岩虽分布广泛，但比较零星，且出露较少，新鲜样品更难找到，而且中生代 岩石圈地幔缺少幔源包体样品，所以中国东部中生代地幔地球化学研究较少， 人们不得不借助于对中生代幔源岩浆岩的研究来探讨这一时期华北岩石圈的地 幔性质( 邓晋福等，1 9 9 6 ，2 0 0 0 ，2 0 0 3 ，2 0 0 6 ；郑建平等，2 0 0 0 ；徐贵忠等， 2 0 0 1 ；谢智等，2 0 0 3 ；g r i f f i ne ta 1 ，1 9 9 8 ；g u oe t a l ，2 0 0 1 ，2 0 0 3 ；x u ，2 0 0 1 ： x ue ta 1 ，2 0 0 4 ：h ue ta 1 ，2 0 0 0 ；g a oe ta 1 ，2 0 0 2 ，2 0 0 4 ；z h a n ge ta 1 ，2 0 0 4 ) 。 华北克拉通东部中生代岩石圈地幔组成和性质明显不同于古生代岩石圈地幔以 及新生代岩石圈地幔性质，证实中生代时期华北东部岩石圈地幔至少经历过两 次大的组成变动：从古生代主量元素亏损、同位素中等程度富集以方辉橄榄岩 为主，转变为主量元素饱满、微量元素和同位素皆强烈富集、但h f s e 强烈亏 2 损的以橄榄岩+ 辉石岩为主的岩石圈地幔，再于中生代末期变为t 量元素饱满 同位索亏损的以二辉橄榄岩为主的岩石圈地幔( z h a n ge ta l ，2 0 0 2 ，2 0 0 4 ；张 宏福等，2 0 0 5 ；路风香等，2 0 0 5 ；郑建平等，1 9 9 9 ：z h e n g “a l ，2 0 0 6 ) 。研 究表明中国东部的大陆岩石圈地幔性质的巨大转变可能与古生代至新牛代期 间发牛的岩石圈减薄密切相关( 池际尚和路风香等，1 9 9 6 ；路风香等，1 9 9 1 ， 1 9 9 5 ，2 0 0 0 ，2 0 0 6 ；徐义刚，1 9 9 8 ，1 9 9 9 ，2 0 0 4 ，2 0 0 6 a ，b ：周新华，2 0 0 6 ； 许文自- 2 0 0 6 ；g r i f f i ne ta l ，1 9 9 8 ；m e n z i e se ta l ，1 9 9 3 ；x u ，2 0 0 1 ：z h e n ge t a l ，2 0 0 3 ：o u oe la l ，2 0 0 4 ：d e n ge ta l ，2 0 0 4 a ，b ) 。 中国东部中生代广泛发育大规模的燕山期岩浆活动，以中酸性岩石为主， 基性岩很少。这些岩浆岩主要分布在以下几个地区：华北北缘的辽宁阜新，华 北克拉通中部的济南、邹平和华北东南缘的胶东地区、方城等地；大别造山带 的北淮阳、北大别等以及扬子地块的黄石和长江中下游地区( 图1 1 ) 。华北中 部的济南和邹平辉长岩表现出类似于e mi 的富集地幔特征( 闰峻等，2 0 0 1 ； g u oe ta 1 ，2 0 0 1 ，2 0 0 3 ；z h a n ge ta 1 ，2 0 0 4 ；李如忠等，2 0 0 7 ) ，但对于e mi 型地幔的形成机制尚有争论。华北东南缘的方城玄武岩( z h a n ge ta 1 ，2 0 0 2 a ) 、 鲁西富钾火山岩( 邱检生等，19 9 7 ；2 0 0 l b ) 以及胶东地区青山群火山岩( 闰峻 等，2 0 0 7 ：邱检生等，2 0 0 1 a ；l i ue ta 1 ，2 0 0 8 b ) 表现出类似于e mi i 的同位素 特征，而北大别、北淮阳地区( j a h ne ta 1 1 9 9 9 ；谢智等，2 0 0 3 ) 岩浆岩则表现 出明显的e mi i 的同位素特征，解释为由古生代地幔和扬子板块深俯冲产生的 下地壳熔体相互作用而形成。 中国东部中生代岩浆岩具有许多共同的地球化学特征，如轻稀土元素 ( l r e e ) 和大离子亲石元素( l i l e ) 富集，重稀土元素( h r e e ) 、高场强元 素( h f s e ) n b 、t a 、t i 等亏损，p b 的正异常和富集的s r 、n d 、p b 同位素组 成等，这些特征反映了富集的岩石圈地幔特征。有人将这些地球化学特征解释 为其源区是交代富集的岩石圈地幔( g u oe ta 1 ，2 0 0 1 ，2 0 0 3 ) ，而李曙光等( 2 0 0 5 ) 则认为这些特征可能反映了下地壳对地幔源区的贡献。李曙光和杨蔚( 2 0 0 2 ) 对比了华北克拉通、大别造山带和华南地块的中生代岩浆岩的s r n d p b 同位素 特征，认为华北地块以e mi 为主，华南地块以e mi i 为主。 1 3 2 鲁西地区中生代岩浆岩 晚中生代，以鲁西和苏鲁一北大别为代表的华北东南部，普遍存在的富集 岩石圈地幔，不可能由古生代岩石圈地幔直接演变而来，对其形成机制目前存 在着不同的认识，概括起来主要有3 种观点：一种观点认为华北地块中生代地幔 的富集主要与扬子一华北板块碰撞及它们之间的大陆深俯冲作用有关，深俯冲 的扬子大陆地壳同软流圈地幔相互作用形成富集地幔( z h o ue ta 1 ，2 0 0 2 ) ；另一 种观点认为华北中生代地幔的富集主要与岩石圈大规模拆沉作用有关，太古代 古老地壳物质被拆沉而重循环进入地幔，导致地幔成分发生改变形成富集地幔 ( 洪大卫等，2 0 0 3 ；g a oe ta 1 ，2 0 0 4 ) ；第三种观点：热机械一化学侵蚀( 徐义 刚，1 9 9 8 ；2 0 0 4 ) ，指岩石圈最底部物质在上涌软流圈的热传导“烘烤下发 生软化，在软流圈水平流动产生的水平方向剪切应力的作用下这一部分物质转 变成软流圈的一部分，这样的剥蚀会加剧软流圈向上伏岩石圈传导热的程度， 从而进一步软化岩石圈底层，导致新一轮的剥蚀，使岩石圈地幔不断富集。然 而，对于富集s r 、n d 、p b 同位素组成的晚中生代岩石圈地幔，有学者认为是由 岩浆的源区富集所致，也有认为是岩浆上侵过程中遭受了强烈的地壳物质的混 染。上述工作需要开展深入的研究。 郯庐断裂带西侧鲁西地区广泛发育不同时代的典型幔源岩石，如古生代在 蒙阴发育有金伯利岩；中生代区内广布富钾火山岩，此外尚有煌斑岩和碳酸岩； 4 新生代在临朐、昌乐一带有碱性玄武岩喷发( 张宏福等，2 0 0 4 ，2 0 0 7 ；李全忠 等，2 0 0 7 ) 。因此这一地区成为研究地幔性质与化学组成随时间演化的理想场所。 前人通过研究金伯利岩和碱性玄武岩，对区内古生代和新生代地幔的特征进行 过广泛探索，但对中生代地幔的性质缺乏系统研究。 鲁西中生代火山岩在地层层序上主要属青山群。从已有的同位素地质年龄 资料来看，鲁西青山群的火山活动都发生在早白垩世( 刘粲等，2 0 0 3 ；邱检生 等，2 0 0 4 ；闰峻等，2 0 0 7 ；l i ue ta 1 ，2 0 0 8 a ) 。鲁西地区青山群火山岩代表性 的产区包括蒙阴、平邑一费县、莱芜、邹平、临朐和沂源等盆地，其中以蒙阴 盆地的青山群发育最好。蒙阴盆地青山群发育良好，岩层呈单斜产出，层序及 上下界线清楚，并有沉积夹层，可以明显地划分出几个旋回，按岩性岩相特征 可划分为3 个喷发旋回：第l 旋回由玄武粗安质一粗安质火山碎屑岩与复成分 砾岩组成；第2 旋回由火山凝灰岩与粉砂岩互层组成；第3 旋回是区内火山岩 的主体，由偏碱性的中基性火山碎屑岩与熔岩组成，岩性包括粗面玄武岩、钾 玄岩及相应成分的火山集块岩、火山角砾岩等。一些学者对青山群火山岩做了 大量的研究工作( 邱检生等，2 0 0 1 ：许文良等，2 0 0 4 ) ，主要是针对局部地段或 局部时段的岩石开展的，对源区地幔端元性质还存在分歧，从而对揭示鲁西地 区中生代岩石圈地幔的富集机制及其演化成因具有一定的制约。 1 3 3 郯庐断裂带内中生代岩浆岩 郯庐断裂带内出露的中生代岩浆岩在山东段一沂沭断裂带内为早白垩世青 山群，具有广泛的分布。在安徽段为早白垩世的毛坦厂组，现主要出露在庐江、 太湖一带。但已有石油部门资料表明，郯庐断裂带上的嘉山盆地、合肥盆地、 潜山盆地下仍保留有大量的中生代岩浆岩，而合肥盆地东侧上白垩世红层中的 砾石成分表明，在靠近郯庐断裂带的张八岭一肥东隆起上，原先也存在有中生 代岩浆岩。与郯庐断裂带两侧乃至整个中国东部同期钙碱性、中酸性为主的岩 浆岩相比，断裂带内的早白垩世岩浆岩明显偏碱性、偏中一基性，出现了大量 的橄榄安粗岩系( 邱检生等，l9 9 6 ) ，显示了在大型断裂带控制下的独特性。沂 沭断裂带内的岩浆岩与其两侧的同期火山岩相比( 金隆裕，l9 9 4 ) ，碱性显著增 强，酸度较以西强而较以东弱。显然，郯庐断裂带鲁苏皖段早白垩世岩浆岩无 论在分布上还是在成因上都明显受断裂带控制。 山东段的沂沭断裂带和安徽段的张八岭隆起是中国东部处于郯庐断裂带上 的两大代表性地区。晚中生代，郯庐断裂带在沂沭断裂带岩浆岩形成年龄主要 集中在1 0 5 m a 1 2 6 m a ，而即张八岭隆起段岩浆岩形成年龄主要集中在 1 3 2 m a - - - 9 3 m a ( 王锡亮等，19 9 2 ；邱检生等，19 9 6 ；李学明等，19 8 5 ；许文良 等，2 0 0 4 a ；杨德彬等，2 0 0 5 ；牛漫兰等，2 0 0 2 ，2 0 0 5 ，2 0 0 7 ；谢成龙等，2 0 0 7 ， 2 0 0 8 a ) 。但郯庐断裂带上不同地区的中生代岩浆岩的稀土元素配分模式较相似， 均具有轻稀土富集、重稀土亏损的配分形式，富集大离子亲石元素( l i l e ) 和 轻稀土元素( l r e e ) ，相对亏损高场强元素( h f s e ) 和重稀土元素( h r e e ) ， 反映从原始岩浆分异后经历了较高程度的演化，存在大陆地壳或陆壳再循环物 质改造的岩石圈地幔源区的参与( a r n d te ta 1 ，1 9 9 2 ) 。放射性同位素组成上， 断裂带内岩浆岩具有较高的7 s r 8 6 s r ( t ) 初始比值和较低的8 n d ( ，) 值，表现为富集 地幔源区特征( 邱检生等，1 9 9 6 ；牛漫兰等，2 0 0 2 ，2 0 0 5 ，2 0 0 7 ；谢成龙等， 2 0 0 7 ，2 0 0 8 b ) 。 1 3 4 扬子地块印支期深俯冲事件对华北地块和前陆带岩石圈地幔性质的影响 俯冲的大陆岩石圈与上地幔的相互作用可能有两种方式：析出流体交代上 覆地幔楔和断离的俯冲板块对岩石圈地幔的改造。目前已经证实，俯冲的扬子 陆块可以深达1 0 0 k m 以下( y ee t a l ，2 0 0 0 ；z h e n ge ta 1 ，2 0 0 1 ) 。李曙光等( 1 9 9 7 ， 1 9 9 8 ) 依据低温榴辉岩中还有较多的c a n a 闪石( 冰蓝闪石和蓝透闪石) ，而 这些c a n a 闪石在含柯石英榴辉岩中大量消失，认为从4 0 k i n 俯冲到1 0 0 k m 时， 岩石中的c a n a 闪石转变为辉石，并释放出水交代上覆地幔楔。但l i o ue ta 1 ( 1 9 9 5 ) 则根据超高压岩石中含水矿物的稳定性，认为冷的俯冲陆壳中少量的 水分在大于5 0 k m 的深度条件下，主要存在于这些矿物相中，不能成为流体从 俯冲地块中排出。目前普遍的看法是俯冲陆壳释放的流体是有限的，直接的证 据是大别造山带缺少同碰撞岩浆活动。那么，俯冲断离的板片能否像俯冲洋壳 一样成为地幔中的一种富集团块，并在后期的岩浆活动中表现出来，是目前大 陆动力学研究的重要课题之一。有的学者应用这种机制来解释北大别地块、华 北地块东南缘以及华北地块北缘晚中生代岩浆岩的源区特征( j a h ne ta 1 ，1 9 9 9 ； z h a n ge ta 1 ，2 0 0 0 ；2 0 0 2 a ，b ；邱检生等，2 0 0 1 a ，b ；d e n ge ta 1 ，2 0 0 7 ) 。目 前，扬子地块深俯冲事件对后期幔源岩浆源区影响的范围有多大，特别是对前 陆带有无影响还需要深入研究。 1 4 中国东部不同地块地幔和地壳端元的同位素特征 为了讨论中国东部各不同构造单元的壳幔相互作用，有必要回顾地幔端元 的同位素地球化学特征，并对中国东部不同地块地壳端元的同位素地球化学特 征加以制约。 1 4 1 地幔端元的同位素特征 地幔端元的研究，最初是针对大洋玄武岩的。从二十世纪七十年代起，研 究者发现大洋中脊玄武岩( m o r b ) 和洋岛玄武岩( o i b ) 的微量元素和同位 素比值存在很大差异：m o r b 表现出强烈亏损不相容元素，而o i b 表现出略亏 损或富集不相容元素；暗示m o r b 来自亏损地幔，而o i b 来自富集地幔。随 6 着研究的深入，z i n d l e ra n dh a r t ( 1 9 8 6 ) 提出了地幔端元的概念，认为大洋玄 武岩的同位素组成可能主要由四个地幔端元混合而成：e mi 、e mi i 、d m m 和h i m u 。近来，h o f m a n n ( 19 9 7 ) 又对此进行了总结。各地幔端元的同位素 组成如图1 2 所示。 d m m ( 亏损地幔端元) ：m o r b 主要沿着洋中脊分布。在m o r b 中，s r 、 n d 、p b 同位素表现出了一致的亏损特征，其盯s r 8 6 s r 值在o 7 0 2 2 - - 一o 7 0 3 5 之 间，1 4 3 n d 1 4 4 n d 值为o 5 1 2 3 - - - 一0 5 1 3 3 ，2 0 6 p b 2 0 4 p b 值在1 7 3 1 9 8 之间变化， 2 0 7 p b 2 0 4 p b 值为1 5 4 1 5 6 ，而2 0 8 p b 2 0 4 p b 值为3 7 2 3 9 6 。根据各大洋m o r b 的同位素特征，以具有亏损性质的n 型m o r b 为代表定义d m m 端元，其具有 最高的1 4 3 n d 1 “n d 、最低的8 7 s r 8 6 s r 和中等的2 0 6 p b 2 0 4 p b 值。 h i m u ( 高u 值地幔端元) ：在s t h e l e n a 和t u b u a i i 等洋岛玄武岩中观察到 最高的2 0 6 p b 2 0 4 p b 值( 2 1 - - 一2 2 ) 、低的8 7 s r 8 6 s r 值( 0 7 0 2 6 - - 0 7 0 3 0 ) 和中等的 1 4 3 n d 1 4 4 n d 值( 0 5 1 2 8 ) ，这一同