山东新生代火山岩微量元素地球化学_陈道公.pdf

地球化学 1 988 年 夕 月 GEO CHIMICA 第2期 山东新生代火山岩微量元素地球化学 陈 道公李彬贤张 霎彭子成 中国科学技术大学地球和空间科学系 内容提要本文测定了山东新生代玄武质火山岩的化学成分 微量元素及稀土元素含 量 它们在丰度模式上 除相容元素外 均有富集 根据丰度特征及相互关系表明它们是地慢 岩浆源 直接演化的产物 推测其成岩过程可以由低部分 熔融的亏损源和富集源组分以不同的 比例混合而 成 主题词玄武 岩微量元素稀土元素山东 大陆基性火山 岩的研 究对 了解 大陆地慢性质具有重要意义 作者曾对 山东境内主要 新生代火 山岩分布区的岩石进行 K 一Ar 年龄和P b 一s r 同位素 测定 陈 道公等 1985 而 木文着重研 究该区 火 山岩化学元素 特别是微量元素及稀 土元素 特 征 并结合同位素 资料 讨论火山岩化学组成的构造 意 义和成岩机理 一 地 质 概 况 山 东新生代火山岩主要分布于临 胸 沂水 昌乐 蓬莱 栖霞及 无棣一带 一些研 究者 作过工作 吴 利仁 等 19 8 4 赵大 升 等 1 9 83 研究区在大地构 造上位于 华北断 块南缘的 山东境内 被 郑庐断裂切割成东 西部和 断裂 带本身三部分 其东 西两侧 的基 底盖层组 成 变形及岩 浆活动等都有明显不 同 临胸 沂水等火山岩 出露在西部及断裂带内 蓬莱 栖 霞火山岩产在东部胶 东群变质 岩之上 无棣火 山岩则在鲁 北的 华北 盆地东 南缘 火 山 岩 的喷发时代 西部主要在中新世 H一1 9M a 东部集 中在上新世 5一SM a 以无棣 火山岩年龄最小 O 7M a 它的 主要岩性为碱性橄榄玄 武岩 霞石苦橄岩 霞石岩及玻 基辉橄岩等 由老至新 岩石碱性逐渐增强 总体上化学成分比较单 一 某些 岩石中含一 定 量的深 源二辉橄榄岩包体及伴生 的辉石 歪 长石和石榴石 巨晶 二 测 定结果 主要元素 稀土 元素以及微量 元素中的 Nb Rb s r z r 和Y用 X 射线 萤光分析法 测 定 B a C Ni c u 用原 子 吸收分光光度法 测定 v 用分光 光度法测 定 U T h P b用 同位素稀释法 测定 测定精度对 主要元素和 同位素稀释 法优 于 3一 界 其他方法和元素 第一作者简介 陈道公 男4 7岁副教授地球化学专业 陈道公等 山东 新生代火山岩微量元素地球化学 为5一1 0务 个别大于1 0并 为对比讨论 同一份样品尽可 能兼作化学 元素分析和 同位素 分析 1 主要元素样品 主要 元素含量和它们的C I PW 标准 矿物 组成见表 1 表中同时 给 出2个中生代样品测定结果 样品 的Mg值 10 0 x Mg Mg 十F e Z十 原 子比 和年 龄以及与中国东部玄武岩平均值相比 山东新生代火 山岩的 5 10 A l刀 偏低 而 F e o MgO Fe O 偏高 但二者都不含标准矿物石英分子 只有部分含紫 苏辉石 在火 山岩的 钙 碱图 上 图l 几乎全部样品落在碱性区域 相当数量的栖霞 无棣样品 落在强 碱性区 域 有很高的霞石标准矿物分子 它们的 5 10 刁 含量很低 属 强碱性超基性 的霞石岩或苦 橄岩 已提出和地慢橄榄岩处于平衡的 原始玄武质 岩浆的Mg值在 66 65 一7 72 之 间 F r ey 等 1978 Bo ettche r 19 8 0 山东西部和无棣样品的 Mg 值为 6 4一69 东部 为57一 6 2 前者基本上代表 了原始熔体 而后者可 能遭受了 少量富镁 橄榄石相和辉石相 的分离结晶作用 或 少 量壳源 物质混染 应该 说明 表 1 中校正 Mg 值是按F e 0 F e O F e刀 3 0 2 即F e Fe 一 018 4 计算的 校正是必要的 但 对碱 性玄武岩来说 该校正 值 可 能偏低 Hu gh e s 等 197 6 表中第二行按实 测值计算的Mg值则要高得多 在火 山岩的 PZO 一Ce 图解上 图 2 山东样品被认 为是落在地慢原始岩浆所构成的 直线附近 S u n 等 1 9 75 此外从火山岩中5 10 2 A l刀 偏低 碱质偏高 岩石类型简单 等特征也可推测 岩浆的深部分异较弱 n UOC户n l仓 以 次 门 O 或 万 O 二 曰 Z 气军 O4 02 0 CePPm 图 1 山东新生代火山岩的硅 一碱图解 山东省地质局中心实验室 A 碱性玄武岩和拉斑玄武岩的界线 B 碱性和 亚碱性火山岩的界线 C 碱性和强碱性玄 武岩的界线 1 无棣2 栖霞 3 蓬莱 斗 沂水 临胸 图 2 山东 火山岩的 P 2 0 一欣 夭系 注 图中虚折线表示 P O C e 比为 7 5 该值是原始 碱性玄武岩所特有的 Su n 等 197 5 数据点符号 同 图 1 过渡元素 火 山岩 的微 量元素组成列于表是 2 研 究表 明 地慢二 辉 橄榄 岩在 Z J6 地 球 化字 19 88 年 表 1 山东新生代火山岩化 地地区区 临 胸胸 编编号号 S L J 一48 8 8 SL J 一苏l l l S L J 一54 4 4 SLJ 一6 5 5 5 SL J 一72 2 2 SLJ 一丁4 4 4 SL J 一77 7 7 SYS 一4 4 4 SYS 一5 5 5 SYS 一15 5 5 5 5 510 4 5 5 5 46 6 6 6 4 8 8 8 43 4 4 449 3 3 3 46 0 0 048 4 4 4 45 l l l4 4 4 4 445 6 6 6 T T T10 2 2 2 2 8 6 6 6 2 82 2 2 2 8 1 1 1 3 2 7 7 72 23 3 32 7 1 1 12 3 3 3 32 83 3 3 3 0 5 5 5 3 03 3 3 A A A 1 20 13 4 4 4 13 5 5 5 12 2 2 2 1 1 4 4 413 8 8 8 12 6 6 6 l斗 l l l12 3 3 313 3 3 313 3 3 3 F F F eZo 2 5 5 5 5 2 95 5 52 50 0 0 3 呼3 3 31 79 9 92 6多 多 3 75 5 52 6 1 1 1 4 14 4 44 05 5 5 F F FeO O O 8 33 3 3 8 71 1 1 8 5 6 6 69 16 6 6 8 66 6 6 8 2 4 4 4 6 8 0 0 0 9 2 7 7 77 9 8 8 8 7 34 4 4 MMM 一10 0 0 0 15 5 50 1 3 3 3 0 15 5 5 0 19 9 90 14 4 40 16 6 60 13 3 30 17 7 7 0 17 7 7 0 16 6 6 MMMgO O O9 9 8 8 89 13 3 31 1 5 5 5 12 O O O9 6 5 5 5 10 6 6 6 8 47 7 79 8 1 1 1 10 1 1 18 78 8 8 C C C aO O O 1 0 0 0 0 10 9 9 99 7 6 6 6 10 2 2 29 1 1 1 19 56 6 6 斗9 9 910 2 2 29 5 7 7 7 9 91 1 1 N N N aZO O O 2 3 2 2 21 93 3 3 l 84 4 43 16 6 6 2 8 9 9 9 2 3 8 8 82 5 4 4 42 92 2 2 2 47 7 72 30 0 0 K K K O O O 1 96 6 61 18 8 81 18 8 8I 10 0 0l 44 4 41 31 1 1 l 26 6 61 2 2 2 22 09 9 9 2 工 8 8 8 P P P O 0 4 4 4 40 3 8 8 8 0 3 6 6 6 O 54 4 4 0 15 5 50 49 9 90 24 4 40 62 2 2 0 42 2 2O 4弓弓 H H H ZO l 0 9 9 91 73 3 31 62 2 2 l 0 1 1 1 0 38 8 8 l 02 2 21 09 9 9 1 1 5 5 5 l 20 0 0l 17 7 7 H H H O O 7 7 7 70 84 4 4 l 2 0 0 00 92 2 2 0 3弓 弓 l 8 8 8 0 86 6 60 95 5 5l 1 0 0 0O 9 8 8 8 C C CO 0 0 5 5 50 呼0 0 00 0 3 3 3 0 0 1 1 1 0 01 1 1 0 0 1 1 10 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 10 01 1 1 合合计 计 99 4 0 0 09 9 20 0 09 9 5 1 1 199 79 9 9 9 9 90 0 099 31 1 19 9 47 7 79 9 1 6 6 610 0 0 1 1 1 99 2 6 6 6 MMMg值类 孚 l l l l 二 Q Q Q z z z O O O0 0 0O O OO O O0 0 0 J J J0 0 0O O O0 0 00 0 0 O O O r r r 11 48 8 8 7 2 7 7 7 7 21 1 1 6 62 2 28 57 7 7S 04 4 4 7 62 2 2 7 45 5 5 12 6 5 5 5 13 3 0 0 0 A A Al 15 00 0 01 7 01 1 116 0 8 8 812 0 7 7 72 4 71 1 120 82 2 2 2 2 0 0 0 016 49 9 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成换算成干岩石 SW D 一0 9 分析值引自山东省地质局实验 l一2 0 多部分熔融时 原始岩浆中过渡族相容 元 素 C Ni的含量分 别 为2 7 一8 0 和 90一 6 70ppm F rey 等 1 978 其含量随熔 融程度 增高而增 大 本区 火山岩 的 C O N i 落在这 一 变化 范围内 从西部临胸到东部蓬莱 栖霞 C o Ni 含量总趋势是逐渐降低 唯有无棣 样品N i含量特别高 在过渡族元素球粒陨石标准化丰度图上 图 3 除T i是不相容元素 且丰度大于1 外 图 4 其余均 小于 1 其中 V M n F e c u 较接近球粒陨石值 显示弱亏损 而各地区 的丰度比较相近 Cr C Ni表现明显亏损 尤其是N i 其丰度只有球粒 陨石的 1一 3多 除 c 接近外 其各地区c r Ni 丰度差异越 大 这一状况和这些 过渡 元素 固熔相分 3 期陈道公等 山东新生代火 山岩微量元素地球化学2 37 学组成和c I PW 标准矿物组成 地地区 区蓬 莱莱 栖霞霞无棣 棣蒙阴 阴 邹平平 编编号号 SBL 一 l l l SEL 一 6 6 6SBL 一0 9 9 9 SBL 一10 0 0 SQX 一 1 1 1 SQX 一O亏 亏SQX 一10 0 0 SWD 一09 9 9 S MY 一45 5 5 SZP 一41 1 1 5 5 5 10 43 5 5 5 13 7 7 747 7 7 746 4 4 440 6 6 6 4 5 2 2 24 0 0 0 0 41 2 2 2 52 9 9 9 53 2 2 2 T T T10 2 2 2 2 80 0 02 78 8 82 99 9 9 2 4 9 9 92 6 6 6 6 3 0 6 6 62 59 9 9 2 97 7 7 1 12 2 2l 0 3 3 3 A A A1 203 3 3 1 1 4 4 41 1 7 7 712 2 2 21 3 7 7 7 1 1 0 0 011 f 1 1 4 4 4 1 1 l l l15 3 3 31 4 8 8 8 F F F e 0 3 3 3 6 92 2 27 3 9 9 9 9 35 5 5 7 11 1 1 6 32 2 2 6 斗8 8 8 7 70 0 0 4 90 0 0 2 8 9 9 93 79 9 9 F F F eo o o 6 呼7 7 7 6 斗1 1 1呼 64 4 4苏 斗9 9 98 3之 7 41 1 16 60 0 09 23 3 34 38 8 8 5 02 2 2 MMM no o o 0 19 9 90 19 9 90 1弓 弓 0 15 5 5 O 2 3 3 3 0 17 7 7O 2 2 2 2O 19 9 90 11 1 1 0 13 3 3 MMMgo o o 9 13 3 3 8 3 7 7 7 8 01 1 17 7 3 3 3 10 斗斗9 2 2 29 60 0 0 1 1 9 9 9 6 81 1 1 6 多6 6 6 C C CaO O O 9 81 1 1 l O O O 7 15 5 5 7 83 3 310 6 6 69 70 0 0 12 0 0 0 9 70 0 08 91 1 18 46 6 6 N N N a 0 0 0 3 66 6 6 3 56 6 6 3 12 2 23 l 斗 4 9 9 9 2 13 3 3 4 2 7 7 75 l多多3 之5 5 5 3 30 0 0 K K K ZO O O 1 60 0 0 0 72 2 21 23 3 32 5 9 9 9 l 6 6 6 6 2 3 7 7 71 74 4 42 5 0 0 0 2 93 3 3l 97 7 7 P P P 0 1 0 0 0O 93 3 30 4 4 4 4 0 83 3 3l 3 4 4 4O 7 7 7 1 13 3 31 23 3 3O 7斗斗0 0 0 0 H H H 2 0 1 4 2 2 22 26 6 6l 71 1 1 0 86 6 6 l 39 9 9 1 06 6 61 94 4 4O 40 0 0 1 0 0 0 0O 49 9 9 H H H 20 1 5 3 3 3 l 60 0 0 1 2 3 3 30 9 9 9 90 52 2 2 O 92 2 2 0 9 8 8 8O 2 4 4 4O 8 0 0 00 1 8 8 8 C C CO Z Z Z 0 01 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 10 18 8 8 0 0 6 6 6 次 r门1厂 尸叫 C 阅卜 宁 了 C卜 r户 甲 州 亡 r闷 匕 二自 二 r 宁 个 尸叫 二 尸叫乞 U 侧 M 卜 Z一 闪 阶 6 闪 99 叫 劝 卜 曰 阶 占 乙二 劝 勺 M二 护 卜 户闷U 口 丈1 U 1了 为产L尸 0QC 以 C 尸 廿 r户 口 户 Jcc 阅 州 卜J 叫 U 叻 U r户 州 宁 护 r凸 才 r介r心 一 产叫户 r灼卜 卜J 叫 户 宁 户 r闷 N 国 9寸卜 6 O 01 0 6 劝仍怕 6 叫 6 仍 O r r闷OC 二 t 才 卜劝 卜 的0 门 Z 寸 寸协的 阶 叭的 工 哭 界 6闷 仍 叭卜 仅 阶 州 哟 的卜 闪 月卜 洲 邑 d 喇钾姚 识 喇彭 砌曰 杖帐 曰 N 形 口 二O 以 二 二 仁二C r代尸叫 峨勺 It 二 r 于丫勺 U 0 0 二 哭书 勺产 口 r JO 二 二 心洲 O O 1 了 二 留 曰 气卜 C 二 七沈翔 宁 r劝尸闷 二 g 卜 t r门户刁 二 C 田 寸 寸 丈 宗 尸州以习 r 尸司 二 O习 口 二 C习 二 嘴宁 11 闷 1 二 畏 弓芡 F C二 O 二 尽 M二狱勺 rr 二 导 r门 C 勺勺 卜 二 洲 O口O 口 卜刀 宁 之 1 叫艺 O O二t O 二C 幻 r州 O Z伍寸叭 价N的卜 O 的的 9 叭6 卜峭 笆09 阶 帕叫 心 Z 例 凸 9 召 9 Z阶O 寸仲闪 工闪叭 卜Z 冷 二 二 口 习 犷门勺 勺 协 的寸州 91 怕 22 协 2 1卜 闪工 2 2 寸Z 舀 卜刊屹丈 r门 口 己二从 户习r 勺尸叫 兰兰 劝阶 叭 协 9 的工 仍 寸工O卜 仍 6怕 因 0 闪宁闪9 寸寸 8阶价以 陷 心 寸分 叭9阶 卜卜 仍 卜叭 阶 寸卜闪 29囚 仍81 10 仍卜 的囚 一O哟 一份 l d国 寸 叭 l 卜 芝 60 1 自莽的 O 曰 l 只口的 价O冈 O 的 工 冰口的O洲 l 闷国 的6 01闷国 的 0 91曰国 的10 闷 国 的叭 T S卜的 价 I 的 卜 的 寸的 卜 的 卜 卜 I f闷的寸卜 气 r 闷的 闪 卜 l 饰 闷 的 协 r闷的 份协 I f 闷S 的 一 l r闷的 跳哟介 戈寸 r 闷试 国 一中螃 3 期 陈道公等 山东新生代火山岩微量元素地球化学 争 沪 才 尹 从 产 幼 广 一 C 户 嗽 珊 摺丫生 住0on用 七经窦 长 一 汇竺 厂 二 r M n 卜 护 二 图3山东火山岩球粒陨石标准化过渡族兀索 丰度型式 注 图中各线段是按各地区含量的平均值绘制的 各地区符号同图 球粒 陨石标准化值 引自 K a y等 19 75 N b及T i 一Z r一Y 的图解 山东火山岩将分别落在碱性玄武岩霞石岩碧玄 岩区 大陆碱性 玄武岩及部分海洋碱性 玄 武岩区和板内玄武岩区等 4 不相容微量元 素火 山岩球粒陨石标准化 不相容元 素丰度型式绘 于图4 按照 元素不相容性大 小从左至右排列 根据其丰度图形 不同 亦可用作判断玄武岩的成岩构 造 位置 S un 19 80 Su n 198 2 山东火 山岩大体上落在大陆和洋 岛碱性玄武岩之 间 空 间 上由西 向 东至鲁北 对 应 的时间 由老 至新 不相容元素丰度依次 递增 从 临胸 的更 接近 洋岛 型至 无棣的完全显示大陆碱性 玄武岩特征 二者分别构 成 火山岩不相容元 素丰度变 化的 上下 限 火 山岩同时具有 K B 亏损 特别是无棣有异常低的 B Nb富集 Th相 对 u 的弱富集 和典型大陆裂谷玄武 岩相比 表 现 B a Rb 亏 损 K亏损比裂 谷玄 武 岩要 小 但仍和 夏威夷 等洋岛碱性玄 武岩相似 有负的K峰 由于 Th 相对富集 山东 火山 岩不 存在负 Th 峰 Nb亏损 和K 富集是岛弧火 山作用的主要特征 N aka m ura 等 1 985 提出 用 K 2 K N T aN L a N 值表示受 岛弧作用影 响的程度 根据 元素 Nb T a 不相容性的相 似性 我们用 Nb替换T a 山东火山岩的所有 K 值均低于 1 而 从南朝鲜济州岛 1 2 2 到日本本州岛玄武岩 4一5 其K 值都 大于 l 并逐渐 增大 所以它没有任何岛弧作用的 影响 表面看K 值离俯冲带越远其值 越 小与 火 山岩钾含 量随远离俯冲带而增大是相反 的 其实这并不矛盾 前者是指 受蚀变洋壳影响减少 而造成的火山岩钾相对 量的 减少 后 者是 指随着火 山源区加深 部分熔融程度降低而 导致钾绝 对量的增加 此 外 山东火山岩的 B a L a Rb L a 值也都落在洋岛和大陆碱 性玄武岩之 间 M r riesan dH a rt 1953 分别为 1 0一14 和 0 6 左右 很高的 B a 和 Rb 是大陆裂谷火山 作用的特征 Co n d i e 19 7 6 山东2个中生代样品 比新生代火山岩有高得多的 B Rb 含量 可能 和中生代时期山东境内沂沐裂谷活动有关 24 0 地 球化学 198 8 年 经中契 肠 耸 哈 图和山东火山岩球粒陨石标准化不相 容元素 丰度型式 注 每一条折线代表各地区丰度平均值 图例同图 1 球粒陨石标准化值引自 s un 1 9 5 0 A B D 它c 2 0 01 0 0叨 1 0 附婆 韧衡 冲湘 PbR b B aTh UNbKLaCeSrN dZ r T iGdTb D y YYb 图 4b 山东火山岩球粒陨石标准化不相 容元素丰度范围与世界上各类主要深源岩的对比 注 带斜线的阴影区域表示山东火 山岩的丰度变化范围 底线主要是临胸火山岩 顶线主要是 无棣火山岩 其它折线分别是 AA N 型M O RB BB P 型MO RBCc 平均岛弧 钙碱玄武岩 DD 曲型 洋岛碱性玄武岩 EE 平均大 陆裂谷碱性玄武岩 资料 引自 C on die 1976 Su n 等 197 9 Ch en 和 Fr ey 1983 5 稀土元素若干火山岩样品稀土含量和球粒陨石标准化丰度列于 表 3 和图 5 它们有较高的 稀土 总量 14 0一39 0ppm 以及陡的富轻稀土模式 其 LRE E H REE 比 3 期 陈道公等 山东新生代火山岩微量元素地球化学 2月1 I I 云 幼 点 练 式 式 或 点 乏 I成 成成 1 1 11 1 l 1 11 1 1 1 1 1 迄 1 4 1 1 1 l I I 一 一 I 一 卜 J 一 一 一 1 一 曰曰 l 二 二 二 二 二 一 二 二 山山 1泛 二二二 几 1二1二 二 二 二 二 0 0 0 易 i 昌昌 鱼1三 岌 三 三 迁 丘 萎 奎奎 工工 I l l l l 占占 弓 哭 共 哭 f书 疑 I哭 书 哭 l共I共 共 价 仍 甲 口 劝 妈 叭 一 叭叭 1 卜 1 1 0 卜卜 三三 逻 退 立 二 二 三 逻 二 生 生生 重 委委 三三 1 1 1 1 1 1 11 l l l 叭 1 协 闪闪 l品l品l品1品l 子 茶 l 子 l从l子1 从 品品 丁圈讨讨计并本卞枯廿片 片 一一 峭 叭 石 二 二 仇 二 洲 荞 吴 书 共 畏 灸 是 书 邢 月 书书 z z z 众 之 胃 花 霭 试 寻 盆 蕊蕊 卜 1 1 二二 二 二 三 理 三 舀 生 生 三 三 或 或 I I I O O O O O 1霎 劲劲 到 到 到到 1生 生1续 鑫 套 套1鉴鉴 经经 二 二 O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O 帕帕帕帕帕帕帕帕帕帕帕帕帕帕 闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷 日 合 暇烈麟 暇 娴想刊 日拭 摇 曰 仍 形 地球化 学 1 9 8 8 年 阵吸娜 赞 岖 耸 图 5 山东各地区球粒陨石标准化稀土元素丰度型式 球粒陨石标准化值引自 Sun 1 9 7 9 图中 Gd 分析数据可能偏高 如按图 中虚线连线 外推值 可见明显的 E 正异常 1 无棣 2 栖霞 3 蓬莱 4 临胸 为 一 2一7 从 西到 东 稀土总 量和轻重稀土比依次增 加 东部的 C e N T b N 比值 高达2 0 一 3 0 各地区球粒陨石标准化丰度模式接近平行 和不相容元 素形 状一致 大多数样品有 Eu 的弱 正异常 占E u 值在 1 1 0 左右 玄武 岩 Eu 弱正 异常现象不 是个别的 H a wk e sw o rt h 等 1979 它是成岩过程氧逸度变化的 标 志 也可 能和岩石中由于辉石分离使斜长石富集 以及源区 本身特点有关 各地区 重稀土丰度变化 不大 互有交叉现象 它表 明石榴石可 能是玄武岩形成过程的残 留固相 稀土丰度图上还有另一种 趋向 凡轻稀土富集程度高 的样品 如栖霞和无棣 其重稀土丰度相对要低 于轻稀土 富集 程度低 的 样品 如临胸 三 讨论 山东新生代火 山岩的 稀土元素和某些微量元素表现出相当富化 但火 山岩的铭和钦 同位素组成又有亏损 尤其是西部 Cl l e n 等 1 98 6 这种现象通常解释 为火山岩源区 在部分熔 融之 前不久发生了近期的交代作用 使微量元素富集 通 常称 为 地慢交代作用 M e n z i e s 等 198 0 然而 由部分熔融微量元素定量模 型理 论推论 如果源区物质部分熔 融程度很低 熔体中高不相容元素含量和 源区相比将极大地提高 该 过程中同位素组成保 持 不变 结 果同样可以造成同位素亏损 而微量元 素富化的特 征 为了能用低部分熔融解 释所获得 之测定结果 这里还必 须强 调 所讨论的对象是接 近地慢原 始岩 浆的 表现 在样品 陈道公等 山东新生代火山岩微量元素地球化学 2 50 0 7 5 去l自 工 n 吧 之 州 闷 住5 Th pp m 图 6 山东火山岩的L a C e L a N d 一T h 关系 的Mg 值 P O 一Ce 关系 低 510 2 微量元素中低 Rb 高 Sr Co Ni 以及样品中存 在慢源 包体和碱性玄武岩公认的低粘度高挥发性等特征 同时我们将选择对这一过程灵 敏的指示元素 如高不相容元素 稀 土元素和 它们的丰度比 高不相容元素 T h 其固熔相 分配 系数很小 部分熔融时主要将进人熔体相 它在熔体中含量大致和熔 融程度成 反比 山东火山 岩Th含量从 2一1 0P Pm 变化 明显 其他高不相容元素如 Rb U 等 情况 相似 对稀土元素 L a 其不相容 性 大于 Ce 和Nd 由部分熔融观点 火山 岩中 L a Ce 和 L a N d比应随熔融程度降低而升高 但实 测的 L a C e和 L a N d 比 却稳定的 维持在 0 4 5 一 0 5 和 1一1 2 左右 图 6 这说明如果是单一源区的部分熔融过程就不能 解释 为什 么T h 是变化的 而 L a Ce L a N d却是稳定的 它意味着还必须假定同时有其他过 程存在 为数不 多的临 胸玄 武 岩的 Nd 一S r 同位素 表明 它们具反相关关系 和所谓 的 地慢 趋 势 一致 同时 整个山东火山岩的 7Sr s 6 Sr Rb S r 关系具弱负相关 临 胸玄 武岩的 川Nd 料N d一 Sm N d 也 表现出类似的负相关 这些现象都和 地慢等时线 概念相反 B r o o k s 等 1 976 但可用两个源区的两组分熔体混合来解释 即由典型亏损的大洋中脊 玄武岩源区 和接近原始的或稍富化 的原始地慢柱式源区的混合来解 释 S u n 198 4 我们试图用两种 源区不 同部分熔融 状态下生成的 岩浆 以不同的 比 例发生 混合来解释 山东火山岩的 稀 土 微量 元素 浓度和同位素组成 部分熔融 模 式 采用不等 比 例 批 式 b at c h 平衡部分熔融和 连 续分离部分熔融 瑞利 过程 A l leg r e 等 1978 计算公式对批式熔融为 C 一 C D 1十 p o F 对分离熔融的 累计液相平均浓度 为 卜 一 卫 1 一 L D 氏 一 F 一一 C 其中口为熔体中元素的 浓 度 C 为源 区元 素的初始 浓度 D 为元素在 固熔相中的 总分配 地球化学 1 9 8 8 年 系数 P 0为进入熔体相中各矿物的 总分配 系数 F 为部分熔融 的程度 采用部分熔融模型 如下 地慢矿物组成为 橄榄石 6 0并 斜方辉石 2 5多 单斜辉石 1 0多 石榴石 5多 进人熔体相的各矿 物组成为 橄榄石1 0多 斜 方 辉石1 0多 单斜辉 石 4 0外 石榴石 4 0 Che n等 198 3 两种源 区相同 忽略其他矿 物相的存在和影 响 进行模式计算的各矿物相分配 系数 总 分配 系数和源区 元素初始浓度见表 4 经初步计算 拟合 山东 火山岩的微量元素组成可 由亏损源 的 0 1一1 富集源 的 0 5一3 部分熔融 熔 体 以不同 比例 混合而得到 表 5 选择性地给 出两种源 区 几个特定熔融状态下熔体相的 元素浓度 微量 元素的 实 测值与这 种两组分混合模型计算的值基本上是吻合的 如 果用单 一源 区的 部分熔融可 以解释部分微量元素的浓度 但不 能说 明微 量元素比和 同位素组成 的变化关系 从区域上看 西部火山岩的亏损源 组分比东部高 东部富集源 组分高 表现 为高放射成因s r和高微量 元素丰度 过渡 族元素丰度特性亦表明东部火山岩的熔融程度 更低 同一地区中 如临胸 凡微量元素富集程度高的 一般 同位素组成较亏损 这种现象 用地慢交代作用难 以解 释 用相对高的亏损源 组分和数量上较少的相对低的部分熔融的 富集 熔体 组分混合解释就较容易和合理 应 当指出 由表 5 给 出的亏损 源 和富集源的 部分熔融程度都很低 对于这样低 的部分熔融 只 能给 定其大致范 围 任何物理化学条件 的变化都可能导致地慢熔融状态 发生变化 引起元素浓度的改变 因此就火山岩微量元素 浓度而言 在一定程度上主要取决于源区部分熔融状况 而不是两组分的 混合比 两组分 混合比主要对 同位素组成起控制作用 表 4 用来进行模式计算的分配系数 和源区初始浓度 橄榄石 斜方辉石单斜辉石石榴石 富集源 p p m 赫n m 亏帅 0 0 0 0 5 0 0 0 08 0 00 13 0 0 019 0 0 1 0 00 05 0 0 0 4 0 00 6 0 0 0 19 0 0 028 0 0 2 0 0002 0 0 5 0 09 0 0 9 0 1 斗 0 05 0 072 0 0 06 0 02 O 0 1 8弓 0 0823 0 02 0 007 0 0 066 0 0 1198 O 0 111 8 0 0 11 9 0 0 17 U 0 0 7 9 0 0 0 1 0 0 1 0 0 01 0 02 2 58 0 0 4 斗6 8 0 0 4368 0 08939 0 0 31 0 0 3 167 O 0 0 1 0 0 1 O 0 0 1 9 L a C e N ds mR b s r T h 玩 N b 注 1 元素 Rb Ba Th sm Nd 及所有橄榄石分配 系数 引自F r ey 等 1 9 78 sr 引自C h en 和Fr ey 19 83 其余 均引自 F eigens o 等 19 83 2 源区初始浓度值全部引自 Ch en 和 Frey 1983 3 分 配系数选用原则是尽量采用新资料 由表 可知 同一熔融状态下 分离熔融 比批式熔融给 出的微量元素浓度要高 这是因 为其表达式中分 配 系数出现在指数项 因而变 化更快 二者的实 际差别随P 0 D 值而变 究竟哪一种模式 能更好的 反映火 山岩成岩过 程呢 目前讨论较多的是批式熔融 但从全 球壳慢演 化来看 D epa olo 1 9 7 9 z hu 198 3 由 Sm Nd和 Rb s 同位素体系导出 的地慢 源的 f sm Nd t Rb s r 比应 该接近一0 2 5 为满足这一要求 大 约只需要 0 1多 的 地慢发 生熔融 而且分离熔融 模式比批式熔融计算效果 更好 所以对地慢过程来说 分离 3 期陈道公等 山东新生代火山岩微量元素地球化 学 245 熔融 应该更得到 重视 另 外 我们所给 出的亏损源 0 1一l多 富集源 5一3多 的部分熔 融假 设比早期提出的较大比 例部分熔融更接近全球演化模式 表 s 两种源区不同熔融状态下熔体相微量元素浓度 P Pm 熔熔融程度度熔融方式式 L a a a C e e e Nd d dSm m mRb b bS r r r B a a a Th h h 1 1 1 Cb b b 1 8 9 4 4 444 12 2 241 4 6 6 6 11 01 1 13 7 7 5 0 7 7 7 100 5 5 5 l 82 2 2 0 0 0 5 Cf f f 2 斗 37 7 7多4 5 51 4 7 7 712 83 3 3 4 4 7 7 79 57 3 3 3 1 26 8 8 82 0 0 0 0 O O O 1 Cb b b 26 9 9 9 95 6 69 9 95 3 8 8 8 8 13 O 4 58 8 8 10 36 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 3 3 3 C f f f 3 3 12 2 2 65 3 2 2 2 62 51 1 1 14 32 2 25 12 2 212 斗7 7 7133 8 8 8 3 3 弓弓 l l l Cb b b 409 1 1 173 4 4 4 4 7 0 86 6 615 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 l 7 7 7 73 9 7 7 7 0 0 0 Cf f f 43 66 6 6 76 2 2 2 2 7 3 72 2 215 6 7 7 75 57 7 7 148 8 8 8182 0 0 010 01 1 1 C C C C Cb b b 19 7 7 7 746 75 5 53 0 10 0 08 25 5 5 5 72 2 215 72 2 2190 4 4 412 6 多多 C C C C C f f f 2 3 4 7 7 7 8 88 8 8 37 70 0 0 1 0 41 1 115 85 5 5 6斗l 4 4 4258 3 3 3 2 7 8 8 8 C C C C Cb b b 43 37 7 78 8 2 4 4 4 57 85 5 513 42 2 220 37 7 7776 2 2 226 6 7 7 7 2 8 8 8 8 C C C C C f f f多5 8 2 2 2109 0 0 0 7 1 8 2 2 2l弓 6 4 4 4 27 35 5 5 13 48 8 84 02 O O O O O O O O O O O O O C C C C Cb b b61 82 2 2 113 4 4 475 18 8 8 15 90 0 032 3 3 3 17 19 9 9 50 7 2 2 2 7 8 3 3 3 C C C C Cf f f 7 8 6 6 6 152 4 4 4 8 7 2 2 2 2 1 7 4弓弓33 4 2 2 21 8 6 0 0 0 53 2 2 2 8 60 0 0 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 7 3 5 5 5 2 23 9 9 9 6 30 8 8 8 14 3多多 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 17 09 9 9 注 Cf表示分离部分熔融 Cb 表示批式部分熔融 四 结论 1 山 东新生代火山岩主要元素 和微量元 素特征表 明它们是慢 源原始岩浆直接演化 的 产物 微量元素中除过渡族相 容元 素亏损外 其余 均 表现明显富集 不相容元素 稀 土元 素含量由老至新自西向东递增 火 山岩的 化学组成反映其形成的 构造位置由洋岛大陆的 过渡型到典型大陆环境的 转化 2 根据部分熔融理论计算推测 山东火山岩微量元 素组成 可 以 由地慢 亏损源的 0 1一l多 部分熔融 和富集源 的 0 5一3外部分熔融所产生的熔体以不同 比例混合而成 并 不一定要求有地慢交代作用存在 计算目前仅处于定性或半定量阶段 结论带有一定的 推测性 需要进一步作深 人地研究 计算模型亦有待完善 本文实验工作分别在美国地质调查所 中国科学院地球 化学研究所和中国科技大学 有关实验室完成 对有关人 员的帮助和支持 作者谨致谢意 参考文献 吴利仁主编 19 84 华东及邻区中新生代火山岩 科学出版社 28 7 页 陈道公 彭子成 1985 山东新生代火山岩的 K 一 A r 年龄和 s r Pb同位素特征 地球化学 4期 2 93一30 3 页 赵大升等 19笋 3 郑庐断裂带及邻近地区新生代 火山岩岩石 特征及成因探讨 地质学报 2 期 12 8 一1钊 页 Alleg re C J a nd Min ste r J F 197 8 Q uantitativ e m o d els oftraceeleme nt b eha v io rin田agm atie pro c e s s es E art人 Pla n 亡多 Sci Lez才 V ol 3 8 l一25 B oettehe r A L a nd o n eio J R 19 80 Stableis o top Chemie al a nd petrologie al sr udie sof high pre吕s u r am phibole and m ie a s E videnee fo rm eta som atism in the ba salrs a nd k im b erlites A 仍er J S ci V ol 28 0 2呼6 地 球 化 学 1 95 5 年 A PP 5 94一621 B oo ks C eral 19 76 Rb 一Sr m antle is o e hr o n f rom oc七an r id ge s E a rzh pla刀 r Sci Le zt Vol 32 PP 5 1一 乡6 Che n C Y DF r ey F A 19 83 Origin of h awaii tholeiiteandalkali ba s alr N a君u e V o l 3 02 78 多一7 8 9 Che n D a nd P eng 2 19 87 N d Sr a d Pb is o topiesysremof 11 11一 ba s alt K ex To n gba o Vol 32 PP 402一 斗0 9 Co nd i K C 1976 plate teetonie san d c r u s talevolutio n Pe rgm a n n x f o rd p 29 7 D o pa olo D J 19 7 9 Implie atio n s of e o rrelated Nd an d s i soto x e v a riatio n fo r thechen lie al e volt tion ofthe cru stal an dm antle 石a rt人p la刀et sci L e多t vol 43 p p 201一2 12 Feige n son M A 1 9 83 Ca se studie so nthe o rig in of bas alr The tr ansitio n fr om tholeiiteto alkaliv o l ea n isr n o n kahala volcan o H awaii Co nzrib Mi 刀 ral p e了rol V o l 8 咚 p p 3 90一4 0 Fr ey F A 不 al 1978 Integ r ated m o dels ofbas altpetroge n e sis A studyofqu tztholeiite stoolivin e melili tite s fr o m s o utlle a sterna u str al iautilizing ge o ehemie 是 11 ande xperimental p etr o logie al da ta J p etr 口l V ol 19 PP 463一513 H a认kowortl e J e az 19 7 9 43N d an d 旧 s r 86srratio f om theazo e sa ndtheir sign ific a n ee in L IL一ele m e nrenrichment m a ntle N at r e vol 250 p p 28一31 H ill uehi J and N a ka saw a H 1969 Pa rtition oftra e e elem e nts b etwe en r o ek forming n in e ralsan d rhe hos t v o 玩 anier o e ks E a 丫th pla 月ez sci L己tt vol 7 p 28 1 H u ghes G J a nd H u s sey E M 19 76 M a nd Mg valu es inign eo u e r oeks p o Pos ed u su a he a ndae om men o nc u r r e n tlyempolyed F eZOs e o rre ctions G e oc hi那 Co s仍o c人i功 Acta vol 40 pp 45弓一斗5 6 K a y R W etal 1 97 8 T f a e eele m e nts in oe ea n ridge b a s alts E Qr lh pla n ot Sci L et 才 V ol 3 8 pP 95一1 16 Min z i es M a nd Mu thy R V 19 80 M a ntle m era s ot natisr na s a Preeu rso r tothe ge n e sis ofal kal i m agma一150 tope evide n ee A 邢己r J sci vol 28o