拔茅火山杂岩的多机制演化

拔茅火山杂岩的多机制演化

1各段岩石组合特征叶茂源火山位于浙江省新昌县。平面上呈不规则圆（图1），面积约90公里。该破火山为一复合破火山,经历过甘竹坞主火口和小龙亭侧火口两个喷发阶段,形成了一套厚约2000m的火山碎屑岩、熔岩与沉积岩组合,自下而上(自早到晚)可分为三个岩性段,不同岩性段(岩浆活动阶段)具有不同岩石组合特征:下段:底部以紫红色粗碎屑沉积岩为主,夹有厚约30m的玄武(粗安)岩;中部为一套厚约350m流纹质-高硅流纹质晶屑凝灰岩、凝灰角砾岩、熔结凝灰岩等,其中包括多个喷发-沉积韵律;上部为一套厚约100m的沉积岩。该段的岩石组合显示出双峰式火山作用的特点。中段:该段岩石构成了拔茅火山杂岩的主体,主要包括三部分,下部为一套厚约200m的粗面英安岩,其中含大量的角闪安山质包体。岩石中石英斑晶普遍遭熔蚀而呈港湾状,并见有黑云母周围的角闪石逆反应边结构;中部为一套厚约400m的以粗粒级为主的粗面英安质火山碎屑岩堆积,主要分布于甘竹坞火山口内及其附近;上部包括一套厚约150m的粗面安山岩及随后侵位的玄武玢岩脉,其中粗面安山岩仅局限于破火山东北部的环状断裂内及其附近,而玄武玢岩脉则多集中在破火山东南侧的环状(边界)断裂内。上段:该段系甘竹坞主火口塌陷后由小龙亭侧火口侵出-侵入的。其中早期是一套侵出-溢流相的流纹英安岩,局部含有一些安山质包体。包体形态多样,多呈长条状、带状,有的呈纺锤状、哑铃状或撕裂状等复杂的塑性形态(2玄武岩和流纹英安岩拔茅火山杂岩的成分变化范围广泛,从玄武质、玄武粗安质(玄粗岩)、粗面安山质、粗面英安质、流纹英安质到流纹质和高硅流纹质(流纹斑岩)岩石都有(表1),其岩石化学的总体特征是相对富碱,属碱钙性系列(组合)。岩石中随SiO其中早期形成的双峰式火山岩组合的基性端员玄武粗安岩以相对富Ba、Sr、K、P、Nb等不相容元素而贫Co、Ni、Cr等过渡元素为特征,稀土元素的分馏程度中等,(La/Yb)作为火山杂岩主体的粗面英安质岩石其成分介于玄武玢岩和流纹英安岩之间,三者之间呈现出较好的线性关系(图2),显示其可能是由这两种端元岩浆混合成因的。其中粗面英安岩中稀土元素的分馏程度较强,(La/Yb)晚期的流纹英安岩在图2中位于具线性变化趋势岩石的酸性端员,该岩石中稀土元素的分馏程度很强[(La/Yb)3sr和nd浙东地区大面积出露的中生代酸性火山岩区有少量早白垩世的玄武岩分布,其同位素组成以高的Sr同位素初始比值和低的εNd(4封闭体系内岩石组合异常拔茅古火山各主要喷发期形成的岩石间成分差异很大,岩石组合迥异,表明它们之间不可能是由单一母岩浆分异形成的,也不可能是由封闭体系内具成分梯度的岩浆房连续喷发的产物,而显示出开放体系中动态的复杂岩浆作用过程。4.1成岩体系及微量元素随着分析技术的进步和分配系数资料的积累,微量元素在岩浆成因和演化过程中的地球化学行为已在一定程度上得到了揭示。根据它们在不同成岩过程中所遵循的不同数理方程可定量地重溯其形成与演化过程。为规避确定体系中熔体的分数(F)和各元素总的分配系数(D)所带来的困难,可通过联系体系中两种(或两种以上)微量元素的浓度,建立微量元素之间的协变关系方程(MacCaskie,1984)。表3为常见的几种岩浆成因演化机制的微量元素协变关系方程,虽然它们并非某一作用的充分条件,但却是必要条件,因而可为确定岩浆成因演化机理提供重要的提示和约束条件。图5为破火山内火成岩中微量元素的协变关系图解,从图中可以看出,早期喷出的酸性端员在Rb-Sr、Rb/Sr-Rb/Ba、Rb/Sr-Ba/Sr和Rb/Sr-Rb关系图上均呈幂曲线形态(图5A),对比表3中微量元素的协变关系方程,指示其可能为地壳岩石分离熔融的结果。而破火山内大量出现的粗面英安岩与流纹英安岩和玄武玢岩之间在La/Sm-La、Rb/Sr-Rb及Rb/Sr-Rb/Ba关系图上均为双曲线,而在Rb/Sr-Ba/Sr图解上呈直线(图5B)。参照表3可排除这三种岩石间成岩关系上分离结晶、平衡结晶、批式熔融、分离熔融、聚集熔融等机理,而指示粗面英安岩可能是由玄武质岩浆与流纹英安质岩浆混合成因。粗面英安岩中含大量的角闪安山质包体、岩石中石英斑晶普遍遭熔蚀而呈港湾状,并见有黑云母周围的角闪石逆反应边结构,可能就是流纹英安质岩浆受到过快速的热扰动(玄武质岩浆的温度要明显高于流纹英安质岩浆的温度)及混合作用不彻底(出现大量的中间成分的包体)。根据杠杆原理推测发生混合作用形成粗面英安岩的流纹英安质岩浆与玄武质岩浆的质量比为57∶43。以流纹斑岩代表的高硅流纹质岩浆不适宜作为混合作用的酸性端员是因为它们在图2上不位于线性关系的一端,而是有明显的突变,且高硅流纹质岩石中REE丰度太低而Rb/Sr比值太高,不可能通过与其它岩浆的混合形成粗面英安岩。从图5B中还可看出,玄武玢岩和粗面安山岩之间在Rb/Sr-Rb和Rb/Sr-Rb/Ba及La/Sm-La关系图上均为直线,而在Rb/Sr-Ba/Sr图解上为双曲线(虽然不很明显),指示粗面安山岩可能是由玄武质岩浆平衡结晶分异形成的。4.2粗面安山质岩浆根据拔茅破火山内的岩相分布特征,结合岩石地球化学性质,可重溯岩浆作用过程及其分异演化机制如下(图6):早期阶段:在约110Ma的早白垩世,随着地幔的上隆,整个中国东南沿海地区的构造应力场性质转为拉张状态(XueHuaimin中期阶段:随着地幔来源的玄武质岩浆在地壳深部的不断聚集,地壳部分熔融形成的酸性岩浆不断增多,它们在地壳的浅部发生聚集形成高位岩浆房,此时该岩浆房的平均成分相当于流纹英安质。浅部岩浆房的聚集有效地阻止了玄武质岩浆直接向地表的渗透从而形成酸性和基性共存的复合岩浆房,在岩浆房内固有的对流作用的驱动下发生混合,形成粗面英安质主岩浆房(图6B)。该岩浆房先后喷溢和爆发,分别形成粗面英安质熔岩和火山碎屑岩,局部因混合不均匀而保留有相对较基性的安山质包体。随着岩浆房内的岩浆大量排出,中央火山口沿环状断裂发生整体塌陷,储存于地壳较深部(深部岩浆房)的粗面安山质岩浆(由玄武质岩浆分离结晶形成)沿边界断裂(与区域性断裂的复合部位)喷出地表。随后深部的玄武质岩浆也沿边界环状断裂上侵到近地表处,形成玄武玢岩脉。晚期阶段:中央火山口塌陷、主火山通道被堵塞后,滞留在地下的一部分酸性岩浆(高位次级岩浆房中?)从侧火山口挤出形成流纹英安质岩穹,接着是流纹斑岩上侵充填到侧火山通道中(图6C)。因此拔茅古火山岩浆不是由单一母岩浆分异演化而来,也不是由单一岩浆房喷发形成的,而是经历过复杂的动态演化过程。初期双峰式的酸性端元