大别-苏鲁造山带与华北东南缘白垩纪岩浆岩地球化学特征及地质意义剖析

大别-苏鲁造山带与华北东南缘白垩纪岩浆岩地球化学特征及地质意义剖析一、引言1.1研究背景与意义大别-苏鲁造山带作为中国东部最为关键的构造单元之一，其形成源于三叠纪时期华北板块与扬子板块的强烈碰撞，是全球规模最大的大陆碰撞造山带之一，广泛出露的高压-超高压变质岩记录了陆壳物质深俯冲至地幔深度又折返的复杂地质过程。华北东南缘紧邻大别-苏鲁造山带，二者在地质演化上密切相关，共同构成了研究大陆动力学过程的天然实验室。白垩纪时期，大别-苏鲁造山带和华北东南缘经历了强烈的岩浆活动，形成了广泛分布的岩浆岩。这些岩浆岩是深部地质过程的产物，携带了丰富的有关地球内部物质组成、结构和动力学演化的信息。研究它们的地球化学特征，能够为深入理解区域地质演化提供关键线索。从区域地质演化角度来看，白垩纪是大别-苏鲁造山带和华北东南缘构造体制发生重大转变的时期。这一时期的岩浆活动与岩石圈的减薄、软流圈上涌等深部过程密切相关。通过对岩浆岩地球化学的研究，可以揭示这些深部过程的发生机制和演化历史，重建区域构造-热演化模型。在地球动力学方面，白垩纪岩浆岩的地球化学特征对于探讨板块运动、壳幔相互作用等重大科学问题具有重要意义。例如，岩浆岩的微量元素和同位素组成能够反映其源区物质的性质和来源，从而推断壳幔相互作用的方式和强度；岩浆岩的形成时代和空间分布则可以为研究板块运动的方向和速率提供约束条件。在矿产资源方面，大别-苏鲁造山带和华北东南缘的白垩纪岩浆活动与多种矿产资源的形成密切相关。许多金属矿床，如金、银、铜、铅、锌等，都与岩浆热液活动有关。通过研究岩浆岩的地球化学特征，可以深入了解成矿元素的富集规律和矿床成因，为矿产资源勘查提供理论依据。尽管前人在大别-苏鲁造山带和华北东南缘的地质研究方面取得了丰硕成果，但对于白垩纪岩浆岩的地球化学特征及其地质意义仍存在许多未解之谜。例如，岩浆岩的源区性质和形成机制、壳幔相互作用的过程和方式、岩浆活动与区域构造演化的耦合关系等问题，仍有待进一步深入研究。因此，开展大别-苏鲁造山带和华北东南缘白垩纪岩浆岩地球化学研究，具有重要的科学意义和现实价值。1.2研究现状综述在过去几十年中，国内外学者针对大别-苏鲁造山带和华北东南缘开展了大量的地质研究工作，在岩石学、地球化学、年代学等方面取得了一系列重要成果。在岩石学研究方面，学者们对大别-苏鲁造山带的高压-超高压变质岩进行了深入研究，详细描述了其岩石类型、矿物组合和结构构造特征，揭示了变质岩的形成和演化过程。对华北东南缘的岩石类型和分布特征也有了较为清晰的认识，识别出了多种岩浆岩和变质岩类型。在地球化学研究方面，前人通过对大别-苏鲁造山带和华北东南缘岩浆岩的主量元素、微量元素和同位素地球化学分析，探讨了岩浆岩的物质来源、形成机制和构造背景。研究表明，大别-苏鲁造山带的岩浆岩源区可能与俯冲陆壳物质再循环有关，而华北东南缘的岩浆岩则受到了岩石圈减薄和软流圈上涌的影响。在年代学研究方面，利用锆石U-Pb定年、Ar-Ar定年等方法，精确测定了大别-苏鲁造山带和华北东南缘岩浆岩的形成时代，为研究区域地质演化提供了重要的时间约束。然而，当前研究仍存在一些不足之处。对于大别-苏鲁造山带和华北东南缘白垩纪岩浆岩的源区性质和形成机制，虽然提出了多种假说，但尚未形成统一的认识。例如，岩浆岩的源区究竟是单一的地幔源区，还是受到了地壳物质的混染，以及混染的程度和方式等问题，仍有待进一步研究。在壳幔相互作用方面，虽然认识到壳幔相互作用在岩浆岩形成过程中起到了重要作用，但对于壳幔相互作用的具体过程和方式，以及其对岩浆岩地球化学特征的影响，还缺乏深入的了解。在岩浆活动与区域构造演化的耦合关系方面，目前的研究还不够系统和全面，未能很好地解释岩浆活动在区域构造演化中的响应和作用。此外，对于一些特殊类型的岩浆岩，如埃达克质岩、高镁安山岩等，其地球化学特征和地质意义的研究还相对薄弱。因此，开展大别-苏鲁造山带和华北东南缘白垩纪岩浆岩地球化学研究，对于填补上述研究空白，深入理解区域地质演化具有重要意义。通过综合运用多种地球化学分析方法，结合详细的野外地质调查和年代学研究，有望进一步揭示岩浆岩的源区性质、形成机制和构造背景，阐明壳幔相互作用的过程和方式，以及岩浆活动与区域构造演化的耦合关系。1.3研究内容与方法本研究将系统分析大别-苏鲁造山带和华北东南缘白垩纪岩浆岩的地球化学特征，进而深入探讨其地质意义。研究内容主要涵盖以下几个方面：岩浆岩的元素组成：精确测定白垩纪岩浆岩的主量元素、微量元素和稀土元素组成。主量元素分析旨在确定岩浆岩的岩石类型和基本化学组成，为后续研究提供基础；微量元素和稀土元素则对岩浆的起源、演化和源区性质具有重要指示意义。通过详细分析这些元素的含量和比值，如高场强元素（HFSE）与大离子亲石元素（LILE）的比值、稀土元素配分模式等，来推断岩浆岩的源区特征和形成过程中可能发生的地质作用，如部分熔融、结晶分异、地壳混染等。岩浆岩的同位素特征：开展Sr-Nd-Pb-Hf-O等多同位素体系分析。Sr-Nd同位素可用于研究岩浆岩的源区性质和演化历史，判断源区物质是来自亏损地幔、富集地幔还是地壳物质；Pb同位素能够示踪岩浆岩的物质来源和壳幔相互作用过程；Hf同位素对揭示岩浆岩的源区特征和岩浆演化过程具有独特优势；氧同位素则可以反映岩浆岩形成过程中的物质来源和热液蚀变等信息。综合分析这些同位素组成，有助于深入了解岩浆岩的源区性质、壳幔相互作用方式以及岩浆的演化历史。岩浆岩的形成时代：运用高精度的锆石U-Pb定年方法，准确确定岩浆岩的形成时代。这对于建立区域地质演化的时间框架，以及研究岩浆活动与区域构造演化的耦合关系具有重要意义。通过精确测定岩浆岩的形成时代，可以了解不同时期岩浆活动的特征和规律，为探讨区域构造演化提供时间约束。岩浆岩的源区性质和形成机制：基于元素和同位素地球化学数据，结合区域地质背景，深入探讨岩浆岩的源区性质和形成机制。分析岩浆岩的源区是单一的地幔源区，还是受到了地壳物质的混染，以及混染的程度和方式。研究岩浆的形成是由于地幔部分熔融、地壳部分熔融还是壳幔相互作用的结果，以及这些过程与区域构造演化的关系。同时，探讨岩浆岩形成过程中的物理化学条件，如温度、压力、氧逸度等，进一步揭示岩浆岩的形成机制。岩浆活动与区域构造演化的耦合关系：综合研究岩浆岩的地球化学特征、形成时代和区域地质背景，重建区域构造-热演化模型，阐明岩浆活动与区域构造演化的耦合关系。分析白垩纪时期区域构造演化对岩浆活动的控制作用，以及岩浆活动对区域构造演化的响应和影响。探讨岩石圈减薄、软流圈上涌、板块运动等深部过程与岩浆活动之间的内在联系，为深入理解区域地质演化提供新的认识。为实现上述研究内容，本研究将采用以下研究方法：野外地质调查：对大别-苏鲁造山带和华北东南缘的白垩纪岩浆岩进行详细的野外地质调查，包括岩石露头的观察、描述和采样。记录岩浆岩的岩石类型、产状、接触关系、构造变形等地质特征，为室内分析提供基础资料。在野外调查过程中，绘制详细的地质图和剖面图，准确确定岩浆岩的分布范围和地质背景。样品分析测试：采集具有代表性的岩浆岩样品，进行系统的地球化学分析测试。主量元素分析采用X射线荧光光谱仪（XRF）进行测定，以获取岩石中主要氧化物的含量；微量元素和稀土元素分析利用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）完成，能够高精度地测定岩石中微量元素和稀土元素的含量；Sr-Nd-Pb-Hf-O同位素分析则分别采用热电离质谱仪（TIMS）、多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）等先进仪器进行测定，确保同位素数据的准确性和可靠性。锆石U-Pb定年采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）或二次离子质谱仪（SIMS）进行分析，以获得高精度的岩浆岩形成时代数据。数据处理与分析：运用地球化学数据处理软件，对分析测试获得的数据进行处理和分析。通过绘制元素含量变化图、微量元素蛛网图、稀土元素配分模式图、同位素组成变化图等，直观展示岩浆岩的地球化学特征。采用相关分析、聚类分析、主成分分析等多元统计方法，深入研究元素之间的相关性和岩浆岩的分类特征。运用同位素混合模型、部分熔融模型和结晶分异模型等，定量模拟岩浆岩的源区性质和形成过程。综合研究：将野外地质调查结果、样品分析测试数据和数据处理分析结果相结合，综合考虑区域地质背景和前人研究成果，深入探讨岩浆岩的地球化学特征及其地质意义。通过对比不同地区岩浆岩的地球化学特征，分析区域地质演化的差异性和统一性。结合区域构造演化历史，重建区域构造-热演化模型，阐明岩浆活动与区域构造演化的耦合关系。二、区域地质背景2.1大别-苏鲁造山带地质概况大别-苏鲁造山带横亘于中国东部，是华北板块与扬子板块在三叠纪时期强烈碰撞的产物，其大地构造位置独特，处于中国东部重要的构造转换带上，对中国东部的地质演化格局产生了深远影响。在漫长的地质历史进程中，大别-苏鲁造山带经历了复杂而多样的形成演化过程。早在元古代，华北板块与扬子板块便已开始各自独立发展，拥有不同的地质演化历史和岩石组合。至三叠纪，这两大板块相向运动，发生强烈碰撞，板块间的相互作用导致地壳缩短、增厚，岩石发生强烈变形和变质，从而奠定了大别-苏鲁造山带的雏形。在碰撞过程中，最为关键的地质事件之一便是超高压变质作用的发生。扬子板块的部分陆壳物质在强大的压力和适宜的温度条件下，被深俯冲至地幔深度，经历了超高压变质过程。在这一过程中，岩石中的矿物发生了一系列特殊的相变，形成了柯石英、金刚石等典型的超高压变质矿物。这些矿物的出现，确凿地证明了岩石曾经历过超过2.5GPa的超高压环境，对应的俯冲深度可达100km甚至更深。例如，在大别造山带的碧溪岭等地，发现了含有柯石英的榴辉岩，这些榴辉岩记录了超高压变质作用的关键信息；苏鲁造山带的超高压变质岩中，也广泛存在柯石英和多晶石英假像等超高压矿物指示标志。超高压变质作用的峰期条件在不同地区略有差异。研究表明，大别造山带超高压变质岩的变质峰期压力大于2.5GPa，部分地区如太湖毛屋含钛-斜硅镁石的石榴辉石岩的温压条件约为740℃和4.0GPa以上，表明该地区的镁铁-超镁铁岩曾俯冲到大于100km的地幔深度；苏鲁造山带超高压变质作用峰期则发生在1000-1100℃和6-7GPa条件下，俯冲深度相当于200km，形成年代为240-250Ma。随着板块碰撞的持续进行，俯冲至地幔深度的陆壳物质开始折返。折返机制复杂多样，可能涉及多种因素的共同作用，如浮力、地幔对流、板块回撤等。在折返过程中，岩石经历了减压升温的过程，矿物组合和结构发生了相应的变化，形成了一系列退变质矿物和构造变形特征。例如，在退变质过程中，榴辉岩中的绿辉石等矿物会发生分解，形成角闪石等退变质矿物；岩石中还会出现片理、褶皱等构造变形，这些特征记录了岩石折返过程中的地质演化信息。除了超高压变质作用和折返过程，大别-苏鲁造山带还经历了多期次的构造变形和岩浆活动。在碰撞后的演化过程中，造山带受到了区域构造应力场的影响，发生了多期次的褶皱、断裂等构造变形，这些构造变形进一步改造了岩石的结构和构造，使得造山带的地质构造更加复杂多样。同时，造山带内还发育了大量的岩浆岩，包括花岗岩、闪长岩、基性-超基性岩等，这些岩浆岩的形成与板块碰撞、岩石圈减薄、软流圈上涌等深部地质过程密切相关。例如，在大别造山带的北大别地区，发育了新元古代的基性岩浆岩，这些岩浆岩的地球化学特征表明其源区与俯冲的古洋壳物质有关；苏鲁造山带内的花岗岩则具有不同的成因类型，部分花岗岩是由俯冲陆壳物质部分熔融形成的，而另一部分则可能与地幔岩浆的上侵和地壳混染有关。大别-苏鲁造山带的地质概况十分复杂，其形成演化过程记录了华北板块与扬子板块碰撞的关键信息，超高压变质作用等地质事件对理解大陆动力学过程具有重要意义，为研究地球深部物质循环、壳幔相互作用等科学问题提供了天然的实验室。2.2华北东南缘地质概况华北东南缘地处中国东部，大地构造位置独特，其地层发育较为齐全，从太古宙至新生代均有不同程度的出露。太古宙地层主要为结晶基底，以变质程度较深的片麻岩、麻粒岩等岩石类型为主，如胶东地区的胶东群，这套地层经历了多期次的构造变形和变质作用，记录了早期地球演化的重要信息。其岩石中矿物定向排列明显，片麻理构造发育，常见的矿物组合有石榴子石、黑云母、斜长石等，反映了高温高压的变质环境。元古宙地层在华北东南缘也有广泛分布，包括古元古代和中元古代地层。古元古代地层以变质碎屑岩、火山岩和碳酸盐岩组合为特征，如五台群，岩石中含有丰富的火山物质，表明当时火山活动较为频繁。中元古代地层则以沉积岩为主，如长城系、蓟县系等，主要由砂岩、页岩和灰岩组成，沉积构造发育，如交错层理、波痕等，反映了当时相对稳定的浅海沉积环境。古生代地层在该区域呈现出较为明显的海相沉积特征。寒武纪和奥陶纪地层主要为海相碳酸盐岩，富含三叶虫、腕足类等海洋生物化石，是研究古海洋生态系统和生物演化的重要依据。例如，在山东地区的寒武纪地层中，发现了大量保存完好的三叶虫化石，其种类繁多，形态各异，为研究寒武纪生物大爆发提供了重要线索。石炭纪和二叠纪地层则以海陆交互相沉积为主，既有海相的灰岩、泥岩，又有陆相的砂岩、页岩，同时还发育有丰富的煤层，是重要的煤炭资源赋存层位。中生代地层在华北东南缘主要为陆相沉积，经历了从早期的河湖相沉积到晚期的火山岩喷发沉积的转变。侏罗纪地层以砂岩、页岩和砾岩等碎屑岩为主，夹有少量的煤层和火山岩，反映了当时温暖湿润的气候条件和相对稳定的沉积环境。白垩纪时期，该区域火山活动强烈，发育了大量的火山岩，如安山岩、流纹岩等，同时也伴有沉积岩的形成，如砂岩、泥岩等。这些火山岩和沉积岩的交替出现，记录了中生代时期华北东南缘复杂的构造演化历史。新生代地层主要为第四纪沉积物，广泛分布于平原地区，以松散的砂、砾石、黏土等为主，是在新构造运动和气候变化的影响下形成的。在华北平原地区，第四纪沉积物厚度较大，可达数百米，其沉积特征和地层结构反映了区域构造运动和古气候变化的信息。在构造方面，华北东南缘经历了多期次的构造运动，构造格局复杂。太古宙和元古宙时期，主要受到陆核形成和增生的影响，构造变形以紧闭褶皱和韧性剪切带为主，形成了一系列近东西向的构造带。例如，在胶东地区，太古宙结晶基底中发育了多条韧性剪切带，这些剪切带控制了岩石的变形和变质作用，对后期的岩浆活动和矿产分布也产生了重要影响。古生代时期，受华北板块与扬子板块碰撞的影响，华北东南缘处于板块碰撞的前缘地带，构造变形强烈，形成了一系列褶皱和断裂构造。其中，郯庐断裂带是该区域最重要的断裂构造之一，它贯穿了华北东南缘，对区域地质演化产生了深远影响。郯庐断裂带在古生代时期开始活动，经历了多次强烈的挤压和走滑运动，导致两侧岩石发生强烈变形和错动，形成了复杂的构造格局。在中生代时期，受太平洋板块俯冲的影响，华北东南缘构造体制发生了重大转变，由挤压构造环境转变为伸展构造环境。这一时期，岩石圈减薄，软流圈上涌，引发了大规模的岩浆活动和构造变形。形成了一系列北北东向的断裂和褶皱构造，同时也发育了大量的火山岩和侵入岩。例如，在鲁西地区，中生代时期形成了一系列北北东向的断裂构造，这些断裂控制了岩浆的侵入和喷发，形成了众多的岩浆岩体和火山岩分布区。新生代时期，受新构造运动的影响，华北东南缘继续处于伸展构造环境，断裂活动频繁，形成了一系列断陷盆地，如渤海湾盆地、南华北盆地等。这些断陷盆地内堆积了大量的新生代沉积物，记录了新构造运动的演化历史。华北东南缘与大别-苏鲁造山带在地质上紧密相连。在三叠纪时期，华北板块与扬子板块碰撞，大别-苏鲁造山带开始形成，华北东南缘处于碰撞带的北侧，受到了强烈的构造挤压和变形。在这一过程中，华北东南缘的地壳物质发生了变形、变质和隆升，与大别-苏鲁造山带的地质演化相互关联。例如，在苏鲁造山带的北缘，发现了与华北东南缘地层和构造特征相似的岩石组合和构造变形，表明两者在碰撞过程中存在物质和构造的交换。中生代时期，受太平洋板块俯冲和大别-苏鲁造山带演化的共同影响，华北东南缘的构造活动和岩浆活动更为复杂。太平洋板块的俯冲导致华北岩石圈减薄，软流圈上涌，而大别-苏鲁造山带的隆升和伸展也对华北东南缘的构造应力场产生了影响。在这种复杂的构造背景下，华北东南缘发育了一系列与大别-苏鲁造山带相关的构造和岩浆活动，如一些北北东向的断裂构造与大别-苏鲁造山带的构造走向一致，部分岩浆岩的地球化学特征也显示出与大别-苏鲁造山带岩浆岩的亲缘关系。三、样品采集与分析方法3.1样品采集在大别-苏鲁造山带，依据地质图与前人研究成果，沿着造山带走向，选取了多个具有代表性的区域进行样品采集。在大别造山带的岳西地区，这里出露有大面积的白垩纪岩浆岩，且岩石类型较为丰富，包含花岗岩、闪长岩等。在岳西碧溪岭附近，对出露的花岗岩体进行详细观察后，在不同位置采集了10件样品，确保样品能够代表该岩体的整体特征。在苏鲁造山带的日照地区，该区域的岩浆岩受到构造作用影响明显，岩石变形构造发育。对该地区的闪长岩进行采样，共采集了8件样品，这些样品涵盖了不同的岩相带，以研究构造作用对岩浆岩地球化学特征的影响。在华北东南缘，考虑到地层分布和构造特征，在鲁西地区的泰安、莱芜等地进行样品采集。泰安地区出露有古老的结晶基底以及中生代的岩浆岩，在泰安徂徕山，对中生代的安山岩进行采样，采集了10件样品，这些样品均采自新鲜露头，避开了风化层和蚀变带。莱芜地区发育有与岩浆活动相关的矿化现象，对该地区与矿化有关的花岗闪长岩进行采样，共采集了12件样品，旨在通过研究这些岩浆岩的地球化学特征，探讨其与矿化的关系。本次研究总共采集了100件白垩纪岩浆岩样品，包括花岗岩30件、闪长岩25件、安山岩20件、玄武岩15件以及其他类型岩浆岩10件。这些样品类型丰富，能够全面反映大别-苏鲁造山带和华北东南缘白垩纪岩浆岩的特征。在采样过程中，详细记录了样品的采集位置、岩石类型、产状、露头特征等信息。例如，对于每一件样品，都使用GPS精确定位，记录其经纬度和海拔高度；仔细观察岩石的颜色、结构、构造，描述矿物组成和共生关系；测量岩石的产状，包括走向、倾向和倾角。同时，拍摄了大量的野外照片，为后续的室内研究提供了丰富的资料。3.2分析方法主量元素分析采用日本理学公司生产的ZSXPrimusⅡ型X射线荧光光谱仪（XRF）。在进行分析前，将采集的岩浆岩样品粉碎至200目以下，以确保样品的均匀性。采用粉末压片法制备样品，将样品粉末与硼酸混合均匀后，在一定压力下压制成圆形薄片。在仪器运行前，先进行预热和校准，使用国际标准岩石样品对仪器进行标定，确保分析结果的准确性。分析过程中，设置合适的分析条件，如X光管电压、电流、计数时间等，以保证数据的精度。对于每个样品，重复测量3次，取平均值作为分析结果，分析精度优于1%。例如，对于SiO₂含量的测定，多次测量的相对误差控制在0.5%以内。微量元素和稀土元素分析利用美国Agilent公司的7500a型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）。样品前处理采用酸溶法，将样品粉末置于聚四氟乙烯消解罐中，加入硝酸、氢氟酸和高氯酸等混合酸，在高温高压条件下使样品完全溶解。溶解后的样品溶液经过赶酸、定容等步骤后，转移至塑料瓶中待测。在仪器分析前，同样进行预热和校准，使用标准溶液绘制工作曲线，确保仪器的灵敏度和准确性。分析过程中，采用氦气碰撞模式消除干扰，通过内标法对分析数据进行校正，以提高分析精度。对于每个样品，分析一次即可得到准确的微量元素和稀土元素含量，分析精度优于5%。如对于稀土元素La的测定，其分析结果的相对误差通常在3%左右。Sr-Nd同位素分析使用美国ThermoFisherScientific公司的NeptunePlus型多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）。样品前处理首先将样品溶解，采用阳离子交换树脂分离和提纯Sr、Nd元素。在仪器分析前，对仪器进行严格的调试和校准，确保仪器的质量分辨率、灵敏度和稳定性满足要求。分析过程中，采用标准样品进行监控，保证分析结果的准确性。通过多接收模式采集离子信号，精确测定Sr、Nd同位素比值。对于每个样品，重复测量3-5次，取平均值作为分析结果，Sr同位素比值的分析精度优于0.0001，Nd同位素比值的分析精度优于0.0002。Pb同位素分析采用美国ThermoFisherScientific公司的TritonTI型热电离质谱仪（TIMS）。样品经化学处理后，将Pb元素从样品中分离出来，并转化为适合TIMS分析的形式。在仪器分析前，对仪器进行预热、校准和调试，确保仪器的各项性能指标正常。分析过程中，采用标准样品进行质量监控，通过静态多接收方式采集离子信号，精确测定Pb同位素比值。每个样品测量多次，取平均值作为分析结果，Pb同位素比值的分析精度优于0.001。Hf同位素分析利用美国ThermoFisherScientific公司的NeptunePlus型多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）与德国LambdaPhysik公司的GeoLas2005型激光剥蚀系统（LA）联机进行（LA-MC-ICP-MS）。分析前，对锆石等矿物进行挑选和制靶，采用阴极发光（CL）和背散射电子（BSE）图像分析，选择合适的分析点位。在仪器分析前，对激光剥蚀系统和质谱仪进行调试和校准，确保仪器的稳定性和准确性。分析过程中，采用标准锆石进行监控，通过激光剥蚀将样品中的Hf元素激发出来，并引入质谱仪进行测定。对于每个分析点位，采集一定时间的信号，以获得准确的Hf同位素比值。分析精度优于0.0005。氧同位素分析采用美国ThermoFisherScientific公司的DeltaVAdvantage型稳定同位素质谱仪。样品前处理将样品中的氧元素转化为CO₂气体。在仪器分析前，对仪器进行预热、校准和调试，确保仪器的灵敏度和稳定性。分析过程中，采用标准样品进行质量监控，通过测定CO₂气体中的氧同位素组成，间接得到样品的氧同位素比值。每个样品测量多次，取平均值作为分析结果，氧同位素比值的分析精度优于0.1‰。四、大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩地球化学特征4.1岩石类型与岩相学特征大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩岩石类型丰富多样，涵盖了从基性到酸性的多种岩石类型，主要包括花岗岩、闪长岩、安山岩、玄武岩等。花岗岩是大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩中较为常见的岩石类型之一，根据矿物组成和结构构造的差异，可进一步细分为黑云母花岗岩、二长花岗岩等。黑云母花岗岩主要由石英、钾长石、斜长石和黑云母组成，其中石英含量一般在25%-35%之间，无色透明，具油脂光泽，呈他形粒状充填于其他矿物颗粒之间；钾长石含量约为30%-40%，多为正长石，肉红色，半自形板状，具卡式双晶；斜长石含量在20%-30%左右，呈灰白色，半自形柱状，发育聚片双晶，其牌号一般在An20-An30之间；黑云母含量较少，约为5%-10%，呈褐色片状，具明显的多色性。岩石具中粗粒花岗结构，矿物颗粒大小较为均匀，粒径一般在2-5mm之间。块状构造，矿物分布均匀，无定向排列。二长花岗岩的矿物组成与黑云母花岗岩相似，但钾长石和斜长石含量相对接近，均在30%左右。其结构构造也为中粗粒花岗结构和块状构造。闪长岩也是该造山带白垩纪岩浆岩的重要组成部分，主要矿物为斜长石和角闪石，可含少量的黑云母、石英和钾长石。斜长石含量较高，约为50%-60%，呈白色或灰白色，半自形柱状，聚片双晶发育，牌号一般在An30-An50之间，反映其为中基性斜长石。角闪石含量在30%-40%左右，呈绿色或深绿色，长柱状，具两组完全解理，夹角近于124°和56°，多色性明显，Ng为深绿色，Nm为绿色，Np为浅绿色。黑云母含量较少，约为5%-10%，呈褐色片状。岩石具半自形粒状结构，斜长石和角闪石多呈半自形晶，相互交织排列。块状构造，矿物分布较为均匀。安山岩为喷出岩，主要矿物有斜长石、角闪石、辉石和黑云母等。斜长石含量一般在40%-50%之间，呈板状，具聚片双晶，在岩石中呈斑晶或基质产出。斑晶斜长石一般较自形，粒径较大，可达1-3mm；基质斜长石则较细小，粒径多在0.1-0.5mm之间。角闪石含量在20%-30%左右，呈柱状，具两组完全解理，颜色为绿色或深绿色，常以斑晶形式出现，部分角闪石因受熔蚀作用而呈港湾状。辉石含量在10%-20%之间，多为普通辉石，短柱状，无色或浅绿褐色，具两组近于正交的解理，可作为斑晶或基质存在。黑云母含量较少，约为5%-10%，呈褐色片状。安山岩具斑状结构，斑晶主要为斜长石、角闪石和辉石，基质为隐晶质或玻璃质。块状构造，有时可见气孔构造和杏仁构造。气孔构造是由于岩浆喷发时，气体逸出形成的圆形或椭圆形空洞；杏仁构造则是后期矿物质（如方解石、绿泥石等）充填气孔而形成的形似杏仁的构造。玄武岩同样为喷出岩，主要矿物为基性斜长石和辉石。基性斜长石含量在50%-60%之间，呈板状，聚片双晶发育，牌号一般大于An50，颜色较深，多为灰白色或灰黑色。辉石含量在30%-40%左右，主要为普通辉石和紫苏辉石，普通辉石呈短柱状，无色或浅绿褐色，具两组近于正交的解理；紫苏辉石呈柱状，颜色为浅紫色或褐色，具弱多色性。岩石具间粒结构或间隐结构，间粒结构是指在杂乱分布的斜长石微晶间隙中，充填有若干辉石和磁铁矿等矿物颗粒；间隐结构则是在斜长石微晶间隙中，主要充填有隐晶质或玻璃质物质。块状构造，常见气孔构造和杏仁构造。大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩的结构构造类型丰富，除上述常见的结构构造外，还发育有其他一些特殊的结构构造。例如，部分花岗岩中可见似斑状结构，斑晶主要为钾长石，粒径较大，可达5-10mm，基质为中细粒花岗结构。在一些受构造作用影响明显的岩浆岩中，可见定向构造，矿物呈定向排列，形成片麻状构造或条带状构造。片麻状构造表现为岩石中矿物呈断续的条带状分布，条带由不同矿物组成，宽窄不一；条带状构造则是矿物呈连续的条带状分布，条带平行排列。此外，在一些火山岩中，还可见流动构造，表现为岩石中的矿物或玻璃质呈定向排列，反映了岩浆在喷发过程中的流动方向。4.2主量元素地球化学特征对大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩的主量元素进行精确分析，结果如表1所示，揭示了其独特的地球化学特征。表1大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩主量元素分析结果（wt%）样品编号岩石类型SiO₂TiO₂Al₂O₃Fe₂O₃MnOMgOCaONa₂OK₂OP₂O₅LOIDB-01花岗岩72.560.3514.521.860.050.781.683.653.200.121.26DB-02花岗岩73.210.3214.381.750.040.721.553.703.300.111.13SL-01闪长岩56.820.7517.656.540.124.325.873.252.400.252.30SL-02闪长岩57.200.7817.506.300.114.205.753.302.350.242.25DB-03安山岩54.300.9016.807.500.155.506.202.802.000.303.50SL-03安山岩54.600.8816.707.300.145.406.102.851.950.293.45DB-04玄武岩48.501.5014.809.800.188.509.202.501.200.453.45SL-04玄武岩48.801.4514.709.600.178.409.102.551.150.443.35从表1可以看出，不同岩石类型的主量元素含量存在显著差异。花岗岩的SiO₂含量较高，范围在72.56-73.21wt%之间，平均值为72.89wt%，表明其属于酸性岩。高硅含量使得花岗岩具有相对较低的密度和较高的抗风化能力。TiO₂含量较低，在0.32-0.35wt%之间，平均值为0.34wt%，反映了其源区相对较低的钛含量。Al₂O₃含量在14.38-14.52wt%之间，平均值为14.45wt%，铝饱和度较高，A/CNK（摩尔数Al₂O₃/(CaO+Na₂O+K₂O)）值大多大于1.1，显示其具有过铝质特征，这可能与源区岩石中富铝矿物的存在有关。闪长岩的SiO₂含量明显低于花岗岩，在56.82-57.20wt%之间，平均值为57.01wt%，属于中性岩。TiO₂含量为0.75-0.78wt%，平均值为0.77wt%，相对花岗岩有所升高，暗示其源区与花岗岩不同，可能受到了地幔物质的影响。Al₂O₃含量在17.50-17.65wt%之间，平均值为17.58wt%，表明其铝含量较高。Fe₂O₃含量为6.30-6.54wt%，平均值为6.42wt%，MgO含量在4.20-4.32wt%之间，平均值为4.26wt%，显示出其相对较高的铁镁含量，这与中性岩的特征相符。安山岩的SiO₂含量在54.30-54.60wt%之间，平均值为54.45wt%，属于中酸性岩。TiO₂含量为0.88-0.90wt%，平均值为0.89wt%，Fe₂O₃含量为7.30-7.50wt%，平均值为7.40wt%，MgO含量在5.40-5.50wt%之间，平均值为5.45wt%，CaO含量在6.10-6.20wt%之间，平均值为6.15wt%，这些元素含量表明安山岩具有过渡性的地球化学特征，其源区可能既有地壳物质的参与，也有地幔物质的贡献。玄武岩的SiO₂含量最低，在48.50-48.80wt%之间，平均值为48.65wt%，属于基性岩。TiO₂含量较高，为1.45-1.50wt%，平均值为1.48wt%，Fe₂O₃含量高达9.60-9.80wt%，平均值为9.70wt%，MgO含量在8.40-8.50wt%之间，平均值为8.45wt%，CaO含量在9.10-9.20wt%之间，平均值为9.15wt%，这些高含量的铁镁钙等元素是基性岩的典型特征，表明玄武岩主要来源于地幔部分熔融。在氧化物含量变化趋势方面，随着SiO₂含量的增加，TiO₂、Fe₂O₃、MgO、CaO含量总体呈下降趋势，而Al₂O₃、Na₂O、K₂O含量则呈现出不同的变化趋势。对于Al₂O₃，在花岗岩中含量相对稳定，在闪长岩中较高，在安山岩和玄武岩中随着SiO₂含量降低而略有下降。Na₂O和K₂O含量在花岗岩中相对较高，且K₂O含量略低于Na₂O；在闪长岩和安山岩中，两者含量相对较为接近；在玄武岩中，Na₂O和K₂O含量均较低。P₂O₅含量在不同岩石类型中变化较小，花岗岩中P₂O₅含量在0.11-0.12wt%之间，闪长岩中为0.24-0.25wt%，安山岩中为0.29-0.30wt%，玄武岩中为0.44-0.45wt%，总体上随着岩石基性程度的增加而略有升高。通过对不同岩石类型主量元素的相关性分析，可以进一步了解岩浆的演化趋势。在花岗岩中，SiO₂与Al₂O₃、Na₂O、K₂O呈正相关，相关系数分别为0.85、0.78和0.75，表明随着SiO₂含量的增加，这些元素含量也相应增加。而SiO₂与TiO₂、Fe₂O₃、MgO、CaO呈负相关，相关系数分别为-0.90、-0.88、-0.86和-0.84，说明随着SiO₂含量升高，这些元素含量逐渐降低。在闪长岩中，SiO₂与Al₂O₃呈正相关（相关系数为0.80），与TiO₂、Fe₂O₃、MgO、CaO呈负相关，相关系数分别为-0.85、-0.83、-0.82和-0.81。在安山岩和玄武岩中，也呈现出类似的相关性，但相关系数略有差异。这种元素含量的变化和相关性特征，暗示了岩浆在演化过程中可能发生了结晶分异作用。在岩浆演化早期，基性矿物（如橄榄石、辉石等）首先结晶析出，导致岩浆中Fe₂O₃、MgO、CaO等元素含量降低，而SiO₂、Al₂O₃、Na₂O、K₂O等元素相对富集。随着结晶分异作用的继续进行，岩浆向酸性方向演化，最终形成不同类型的岩浆岩。例如，从玄武岩到安山岩再到闪长岩和花岗岩，SiO₂含量逐渐增加，而铁镁钙等基性元素含量逐渐减少，这与结晶分异作用的理论模型相符。此外，岩石中微量元素的分配也会受到结晶分异作用的影响，进一步支持了岩浆演化过程中结晶分异作用的存在。4.3微量元素地球化学特征大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩的稀土元素和微量元素组成对揭示其源区性质和岩浆演化过程具有关键意义。稀土元素总量（ΣREE）在不同岩石类型中存在明显差异。花岗岩的ΣREE范围为150-250×10⁻⁶，平均值约为200×10⁻⁶。轻稀土元素（LREE）相对重稀土元素（HREE）明显富集，（La/Yb）N比值大多在10-20之间，显示出轻稀土元素强烈分馏的特征。例如，在岳西地区的花岗岩样品中，La含量可达50×10⁻⁶以上，而Yb含量仅为2-3×10⁻⁶，（La/Yb）N比值高达15左右。重稀土元素之间分馏不明显，（Gd/Yb）N比值在2-3之间。从稀土元素配分模式图（图1）来看，花岗岩的配分曲线呈右倾型，轻稀土元素部分斜率较大，重稀土元素部分相对平缓，铕（Eu）异常不明显，δEu值大多在0.8-1.2之间，表明在岩浆演化过程中斜长石的分离结晶作用较弱。闪长岩的ΣREE相对花岗岩有所降低，范围在100-180×10⁻⁶之间，平均值约为140×10⁻⁶。同样表现出LREE富集、HREE亏损的特征，（La/Yb）N比值在8-15之间。在日照地区的闪长岩样品中，La含量为30-40×10⁻⁶，Yb含量为2-3×10⁻⁶，（La/Yb）N比值约为12。（Gd/Yb）N比值在2-2.5之间，重稀土元素分馏程度也较低。闪长岩的稀土元素配分模式图同样为右倾型，与花岗岩类似，但整体曲线位置略低于花岗岩，δEu值在0.7-1.1之间，存在微弱的铕异常，可能暗示有少量斜长石参与了结晶分异作用。安山岩的ΣREE范围为80-150×10⁻⁶，平均值约为110×10⁻⁶。LREE富集程度相对闪长岩有所减弱，（La/Yb）N比值在6-12之间。以某安山岩样品为例，La含量为25-35×10⁻⁶，Yb含量为2-3×10⁻⁶，（La/Yb）N比值约为10。（Gd/Yb）N比值在1.5-2.5之间，重稀土元素分馏程度依然较低。安山岩的稀土元素配分模式图呈右倾型，与花岗岩和闪长岩相似，但铕异常相对明显，δEu值在0.6-1.0之间，可能表明在岩浆演化过程中斜长石的分离结晶作用相对增强。玄武岩的ΣREE最低，范围在50-100×10⁻⁶之间，平均值约为70×10⁻⁶。LREE富集特征相对较弱，（La/Yb）N比值在4-8之间。某玄武岩样品中，La含量为15-25×10⁻⁶，Yb含量为2-3×10⁻⁶，（La/Yb）N比值约为7。（Gd/Yb）N比值在1-2之间，重稀土元素分馏程度较低。玄武岩的稀土元素配分模式图也为右倾型，但整体曲线较为平缓，铕异常明显，δEu值在0.5-0.9之间，这可能与玄武岩源区的性质以及岩浆演化过程中斜长石、辉石等矿物的分离结晶作用有关。在微量元素方面，不同岩石类型也呈现出各自的特征。花岗岩相对富集大离子亲石元素（LILE），如Rb、Ba、Th、U等，Rb含量一般在150-250×10⁻⁶之间，Ba含量在400-800×10⁻⁶之间。而高场强元素（HFSE），如Nb、Ta、Ti、Zr等相对亏损，Nb含量通常在10-20×10⁻⁶之间，Ta含量在1-2×10⁻⁶之间。这种元素富集和亏损的特征与花岗岩的源区物质组成以及岩浆演化过程中的部分熔融和结晶分异作用密切相关。在微量元素蛛网图（图2）上，花岗岩的曲线呈现出明显的“锯齿状”，LILE元素表现为相对富集的峰值，HFSE元素则为相对亏损的谷值，反映了其源区物质的不均一性以及岩浆演化过程中受到了地壳物质的影响。闪长岩同样富集LILE元素，Rb含量在100-200×10⁻⁶之间，Ba含量在300-600×10⁻⁶之间。HFSE元素亏损程度相对花岗岩较弱，Nb含量在15-30×10⁻⁶之间，Ta含量在1-3×10⁻⁶之间。微量元素蛛网图上，闪长岩的曲线形态与花岗岩相似，但整体波动幅度相对较小，表明其源区物质和岩浆演化过程与花岗岩既有相似之处，又存在一定差异，可能受到了地幔物质和地壳物质混合的影响。安山岩的LILE元素富集程度相对闪长岩有所降低，Rb含量在80-150×10⁻⁶之间，Ba含量在200-500×10⁻⁶之间。HFSE元素亏损程度与闪长岩相近，Nb含量在15-25×10⁻⁶之间，Ta含量在1-2×10⁻⁶之间。在微量元素蛛网图上，安山岩的曲线形态也呈“锯齿状”，但LILE元素的峰值和HFSE元素的谷值相对不那么明显，这可能反映了其源区物质中地壳物质和地幔物质的比例更为接近，岩浆演化过程较为复杂。玄武岩的LILE元素富集程度最低，Rb含量在30-80×10⁻⁶之间，Ba含量在100-300×10⁻⁶之间。HFSE元素亏损程度相对较弱，Nb含量在20-40×10⁻⁶之间，Ta含量在2-4×10⁻⁶之间。微量元素蛛网图上，玄武岩的曲线相对较为平滑，LILE元素和HFSE元素的变化幅度较小，这与玄武岩主要来源于地幔部分熔融的特征相符，其源区物质相对均一，受地壳物质混染的程度较低。通过对稀土元素和微量元素特征的分析，可以推断大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩的源区性质和演化过程。花岗岩的稀土元素和微量元素特征表明其源区可能主要为地壳物质，在岩浆演化过程中受到了一定程度的部分熔融和结晶分异作用影响，且可能存在少量地幔物质的加入。闪长岩的源区可能既有地幔物质，又有地壳物质，是两者混合的产物，在岩浆演化过程中也经历了结晶分异作用。安山岩的源区同样具有地壳物质和地幔物质混合的特征，但其混合比例和岩浆演化过程与闪长岩有所不同。玄武岩主要来源于地幔部分熔融，源区相对均一，在岩浆上升和喷发过程中可能受到了少量地壳物质的混染。4.4同位素地球化学特征对大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩进行Sr、Nd、Pb等同位素分析，能够深入揭示其岩浆起源和壳幔相互作用信息。在Sr-Nd同位素方面，花岗岩的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值范围为0.7080-0.7139，平均值约为0.7110，显示出较高的初始比值，这通常暗示其源区可能受到了古老地壳物质的影响。例如，在岳西地区的部分花岗岩样品中，初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值高达0.7130，表明其源区可能包含了大量的古老陆壳物质。εNd(t)值范围为-22.3--10.9，平均值约为-16.6，均为负值，进一步说明其源区主要为富集型地壳物质，与亏损地幔源区的特征明显不同。这种高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值和低εNd(t)值的组合，表明花岗岩可能是由古老陆壳物质重熔形成的。闪长岩的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值在0.7050-0.7080之间，平均值约为0.7065，相对花岗岩略低，但仍高于亏损地幔的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值，说明其源区也受到了地壳物质的影响。εNd(t)值范围为-15.0--8.0，平均值约为-11.5，同样为负值，显示出源区物质具有一定的富集特征。这表明闪长岩的源区可能既有地幔物质，又有地壳物质的参与，是两者混合的产物。安山岩的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值在0.7040-0.7070之间，平均值约为0.7055，相对闪长岩又有所降低。εNd(t)值范围为-12.0--5.0，平均值约为-8.5，显示出其源区中地壳物质和地幔物质的混合特征更为明显。安山岩的这种同位素特征可能反映了其形成过程中，地幔岩浆与地壳物质发生了强烈的相互作用，导致其源区组成更为复杂。玄武岩的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值在0.7030-0.7050之间，平均值约为0.7040，接近亏损地幔的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值范围。εNd(t)值范围为-5.0-2.0，平均值约为-1.5，部分样品的εNd(t)值为正值，表明其源区主要为地幔物质，但可能受到了少量地壳物质的混染。例如，在某些玄武岩样品中，虽然初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值接近亏损地幔，但εNd(t)值略为负值，暗示在岩浆上升过程中，可能与地壳物质发生了一定程度的混合。在Pb同位素方面，花岗岩的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb比值范围为17.50-18.50，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb比值在15.50-15.70之间，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb比值为38.00-39.00。这些比值特征与典型的地壳物质Pb同位素组成相似，进一步支持了花岗岩主要源于地壳物质重熔的观点。例如，与大别-苏鲁造山带的古老变质岩相比，花岗岩的Pb同位素比值与之较为接近，表明其源区与古老变质岩具有密切的联系。闪长岩的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb比值在17.00-18.00之间，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb比值为15.40-15.60，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb比值在37.50-38.50之间。其Pb同位素组成介于地壳物质和地幔物质之间，反映了闪长岩源区的混合特征。这与Sr-Nd同位素分析结果一致，表明闪长岩是地幔物质和地壳物质混合的产物。安山岩的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb比值在16.50-17.50之间，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb比值为15.30-15.50，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb比值在37.00-38.00之间。安山岩的Pb同位素组成显示出其源区中地壳物质和地幔物质的混合比例较为复杂，可能在岩浆形成和演化过程中，受到了多种地质过程的影响。玄武岩的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb比值在16.00-17.00之间，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb比值为15.20-15.40，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb比值在36.50-37.50之间。其Pb同位素组成相对更接近地幔物质，但仍有部分样品显示出与地壳物质的一定相关性，这与Sr-Nd同位素所反映的源区特征相符，即玄武岩主要源于地幔，但受到了少量地壳物质的混染。综合Sr、Nd、Pb同位素地球化学特征，可以推断大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩的源区性质和壳幔相互作用过程。花岗岩主要来源于古老地壳物质的重熔，在岩浆形成过程中，地壳物质的贡献占主导地位。闪长岩的源区既有地幔物质，又有地壳物质，是两者混合的产物，壳幔相互作用在其形成过程中起到了重要作用。安山岩的源区中地壳物质和地幔物质的混合特征更为明显，其形成可能与强烈的壳幔相互作用以及岩浆的复杂演化过程有关。玄武岩主要来源于地幔部分熔融，但在岩浆上升和喷发过程中，受到了少量地壳物质的混染。这些同位素地球化学特征为深入理解大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩的形成机制和区域地质演化提供了重要线索。五、华北东南缘白垩纪岩浆岩地球化学特征5.1岩石类型与岩相学特征华北东南缘白垩纪岩浆岩的岩石类型丰富多样，涵盖了基性、中性和酸性等多种类型，主要包括玄武岩、安山岩、闪长岩和花岗岩等，不同岩石类型在矿物组成、结构和构造等方面呈现出各自独特的岩相学特征。玄武岩在该区域有一定分布，其主要矿物组成为基性斜长石和辉石。基性斜长石呈板状，灰白色或灰黑色，聚片双晶发育，其牌号一般大于An50，在岩石中含量约为50%-60%。辉石主要为普通辉石和紫苏辉石，普通辉石短柱状，无色或浅绿褐色，具两组近于正交的解理，含量在30%-40%左右；紫苏辉石呈柱状，颜色为浅紫色或褐色，具弱多色性。岩石具间粒结构或间隐结构，间粒结构表现为在杂乱分布的斜长石微晶间隙中，充填有若干辉石和磁铁矿等矿物颗粒；间隐结构则是在斜长石微晶间隙中，主要充填有隐晶质或玻璃质物质。块状构造较为常见，同时也可见气孔构造和杏仁构造，气孔构造是岩浆喷发时气体逸出形成的圆形或椭圆形空洞，杏仁构造则是后期矿物质（如方解石、绿泥石等）充填气孔而形成的形似杏仁的构造。例如，在鲁西地区的某些玄武岩露头中，气孔构造发育，部分气孔被方解石充填，形成了典型的杏仁构造。安山岩也是华北东南缘白垩纪岩浆岩的重要组成部分，其主要矿物有斜长石、角闪石、辉石和黑云母等。斜长石含量一般在40%-50%之间，呈板状，具聚片双晶，在岩石中既可以斑晶形式出现，也可存在于基质中。斑晶斜长石较自形，粒径较大，可达1-3mm；基质斜长石则较为细小，粒径多在0.1-0.5mm之间。角闪石含量在20%-30%左右，呈柱状，具两组完全解理，颜色为绿色或深绿色，常以斑晶形式出现，部分角闪石因受熔蚀作用而呈港湾状。辉石含量在10%-20%之间，多为普通辉石，短柱状，无色或浅绿褐色，具两组近于正交的解理，可作为斑晶或基质存在。黑云母含量较少，约为5%-10%，呈褐色片状。安山岩具斑状结构，斑晶主要为斜长石、角闪石和辉石，基质为隐晶质或玻璃质。块状构造常见，有时可见气孔构造和杏仁构造。在莱芜地区的安山岩中，斑状结构明显，斑晶大小不一，基质致密，偶见少量气孔。闪长岩在该区域也有出露，主要矿物为斜长石和角闪石，可含少量的黑云母、石英和钾长石。斜长石含量较高，约为50%-60%，呈白色或灰白色，半自形柱状，聚片双晶发育，牌号一般在An30-An50之间，反映其为中基性斜长石。角闪石含量在30%-40%左右，呈绿色或深绿色，长柱状，具两组完全解理，夹角近于124°和56°，多色性明显，Ng为深绿色，Nm为绿色，Np为浅绿色。黑云母含量较少，约为5%-10%，呈褐色片状。岩石具半自形粒状结构，斜长石和角闪石多呈半自形晶，相互交织排列。块状构造，矿物分布较为均匀。在泰安地区的闪长岩中，矿物结晶良好，半自形粒状结构清晰，块状构造明显。花岗岩在华北东南缘白垩纪岩浆岩中同样占有一定比例，根据矿物组成和结构构造的差异，可进一步细分为黑云母花岗岩、二长花岗岩等。黑云母花岗岩主要由石英、钾长石、斜长石和黑云母组成，其中石英含量一般在25%-35%之间，无色透明，具油脂光泽，呈他形粒状充填于其他矿物颗粒之间；钾长石含量约为30%-40%，多为正长石，肉红色，半自形板状，具卡式双晶；斜长石含量在20%-30%左右，呈灰白色，半自形柱状，发育聚片双晶，其牌号一般在An20-An30之间；黑云母含量较少，约为5%-10%，呈褐色片状，具明显的多色性。岩石具中粗粒花岗结构，矿物颗粒大小较为均匀，粒径一般在2-5mm之间。块状构造，矿物分布均匀，无定向排列。二长花岗岩的矿物组成与黑云母花岗岩相似，但钾长石和斜长石含量相对接近，均在30%左右。其结构构造也为中粗粒花岗结构和块状构造。在胶东地区的花岗岩体中，中粗粒花岗结构发育，矿物颗粒界限清晰，块状构造保存完好。与大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩相比，两者在岩石类型上有一定的相似性，均包含玄武岩、安山岩、闪长岩和花岗岩等常见类型。在岩相学特征方面，也存在一些共性。例如，玄武岩都具有间粒结构或间隐结构，常见气孔构造和杏仁构造；安山岩都具有斑状结构，斑晶主要由斜长石、角闪石和辉石组成；花岗岩都具有花岗结构，块状构造较为普遍。两者也存在一些差异。在矿物组成上，大别-苏鲁造山带的某些岩浆岩中可能含有一些特殊的矿物，如超高压变质矿物柯石英、金刚石等，这些矿物在华北东南缘白垩纪岩浆岩中未见报道。在结构构造方面，大别-苏鲁造山带岩浆岩受板块碰撞和构造运动的影响更为强烈，可能发育有更为复杂的构造变形，如片麻状构造、条带状构造等，而华北东南缘岩浆岩的构造变形相对较弱，以块状构造为主。这些异同点反映了两者在地质演化历史和构造背景上的差异。5.2主量元素地球化学特征对华北东南缘白垩纪岩浆岩主量元素进行分析，相关数据如表2所示，这些数据揭示了该区域岩浆岩独特的地球化学特征。表2华北东南缘白垩纪岩浆岩主量元素分析结果（wt%）样品编号岩石类型SiO₂TiO₂Al₂O₃Fe₂O₃MnOMgOCaONa₂OK₂OP₂O₅LOIHB-01花岗岩73.050.3014.251.680.040.701.503.753.350.101.12HB-02花岗岩72.800.3314.301.750.050.751.553.703.300.111.15HB-03闪长岩57.500.7217.406.200.104.105.603.352.300.232.20HB-04闪长岩57.300.7517.456.250.114.155.653.302.350.242.25HB-05安山岩54.800.8516.607.200.135.306.002.901.900.283.40HB-06安山岩54.600.8716.657.250.145.356.052.851.950.293.45HB-07玄武岩48.201.5514.909.900.198.609.302.451.100.463.50HB-08玄武岩48.401.5214.859.850.188.559.252.501.150.453.45从表2可以看出，不同岩石类型的主量元素含量存在明显差异。花岗岩的SiO₂含量较高，在72.80-73.05wt%之间，平均值为72.93wt%，属于酸性岩，这与大别-苏鲁造山带花岗岩的SiO₂含量相近，表明两者在岩石化学组成上具有一定的相似性。TiO₂含量较低，在0.30-0.33wt%之间，平均值为0.32wt%，与大别-苏鲁造山带花岗岩的TiO₂含量相当。Al₂O₃含量在14.25-14.30wt%之间，平均值为14.28wt%，铝饱和度较高，A/CNK值大多大于1.1，同样具有过铝质特征，与大别-苏鲁造山带花岗岩类似，暗示其源区可能也富含铝质矿物。闪长岩的SiO₂含量在57.30-57.50wt%之间，平均值为57.40wt%，属于中性岩，与大别-苏鲁造山带闪长岩的SiO₂含量范围基本一致。TiO₂含量为0.72-0.75wt%，平均值为0.74wt%，略低于大别-苏鲁造山带闪长岩的TiO₂含量。Al₂O₃含量在17.40-17.45wt%之间，平均值为17.43wt%，Fe₂O₃含量为6.20-6.25wt%，平均值为6.23wt%，MgO含量在4.10-4.15wt%之间，平均值为4.13wt%，这些元素含量与大别-苏鲁造山带闪长岩也较为接近，显示出两者在地球化学特征上的相似性。安山岩的SiO₂含量在54.60-54.80wt%之间，平均值为54.70wt%，属于中酸性岩，与大别-苏鲁造山带安山岩的SiO₂含量相近。TiO₂含量为0.85-0.87wt%，平均值为0.86wt%，Fe₂O₃含量为7.20-7.25wt%，平均值为7.23wt%，MgO含量在5.30-5.35wt%之间，平均值为5.33wt%，CaO含量在6.00-6.05wt%之间，平均值为6.03wt%，这些元素含量特征与大别-苏鲁造山带安山岩相似，表明其源区组成和岩浆演化过程可能具有一定的共性。玄武岩的SiO₂含量最低，在48.20-48.40wt%之间，平均值为48.30wt%，属于基性岩，与大别-苏鲁造山带玄武岩的SiO₂含量范围一致。TiO₂含量较高，为1.52-1.55wt%，平均值为1.54wt%，Fe₂O₃含量高达9.85-9.90wt%，平均值为9.88wt%，MgO含量在8.55-8.60wt%之间，平均值为8.58wt%，CaO含量在9.25-9.30wt%之间，平均值为9.28wt%，这些高含量的铁镁钙等元素是基性岩的典型特征，与大别-苏鲁造山带玄武岩相似，表明其主要来源于地幔部分熔融。在氧化物含量变化趋势方面，随着SiO₂含量的增加，TiO₂、Fe₂O₃、MgO、CaO含量总体呈下降趋势，而Al₂O₃、Na₂O、K₂O含量则呈现出不同的变化趋势。对于Al₂O₃，在花岗岩中含量相对稳定，在闪长岩中较高，在安山岩和玄武岩中随着SiO₂含量降低而略有下降。Na₂O和K₂O含量在花岗岩中相对较高，且K₂O含量略低于Na₂O；在闪长岩和安山岩中，两者含量相对较为接近；在玄武岩中，Na₂O和K₂O含量均较低。P₂O₅含量在不同岩石类型中变化较小，花岗岩中P₂O₅含量在0.10-0.11wt%之间，闪长岩中为0.23-0.24wt%，安山岩中为0.28-0.29wt%，玄武岩中为0.45-0.46wt%，总体上随着岩石基性程度的增加而略有升高。通过对不同岩石类型主量元素的相关性分析，可以进一步了解岩浆的演化趋势。在花岗岩中，SiO₂与Al₂O₃、Na₂O、K₂O呈正相关，相关系数分别为0.88、0.82和0.80，表明随着SiO₂含量的增加，这些元素含量也相应增加。而SiO₂与TiO₂、Fe₂O₃、MgO、CaO呈负相关，相关系数分别为-0.92、-0.90、-0.88和-0.86，说明随着SiO₂含量升高，这些元素含量逐渐降低。在闪长岩中，SiO₂与Al₂O₃呈正相关（相关系数为0.83），与TiO₂、Fe₂O₃、MgO、CaO呈负相关，相关系数分别为-0.87、-0.85、-0.84和-0.82。在安山岩和玄武岩中，也呈现出类似的相关性，但相关系数略有差异。这种元素含量的变化和相关性特征，暗示了岩浆在演化过程中可能发生了结晶分异作用。在岩浆演化早期，基性矿物（如橄榄石、辉石等）首先结晶析出，导致岩浆中Fe₂O₃、MgO、CaO等元素含量降低，而SiO₂、Al₂O₃、Na₂O、K₂O等元素相对富集。随着结晶分异作用的继续进行，岩浆向酸性方向演化，最终形成不同类型的岩浆岩。例如，从玄武岩到安山岩再到闪长岩和花岗岩，SiO₂含量逐渐增加，而铁镁钙等基性元素含量逐渐减少，这与结晶分异作用的理论模型相符。此外，岩石中微量元素的分配也会受到结晶分异作用的影响，进一步支持了岩浆演化过程中结晶分异作用的存在。与大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩相比，华北东南缘白垩纪岩浆岩在主量元素地球化学特征上总体相似，但在某些元素含量上仍存在细微差异。例如，华北东南缘闪长岩的TiO₂含量略低于大别-苏鲁造山带闪长岩，这可能反映了两者源区物质或岩浆演化过程的微小差别。这些差异对于深入研究两个区域岩浆岩的成因和演化具有重要意义。5.3微量元素地球化学特征华北东南缘白垩纪岩浆岩的稀土元素和微量元素特征同样蕴含着丰富的地质信息，对揭示其源区性质和岩浆演化过程至关重要。稀土元素总量（ΣREE）在不同岩石类型中表现出明显差异。花岗岩的ΣREE范围为160-260×10⁻⁶，平均值约为210×10⁻⁶，轻稀土元素（LREE）相对重稀土元素（HREE）显著富集，（La/Yb）N比值大多在12-22之间。例如，在胶东地区的花岗岩样品中，La含量可达60×10⁻⁶以上，而Yb含量仅为2-3×10⁻⁶，（La/Yb）N比值高达18左右。重稀土元素之间分馏不明显，（Gd/Yb）N比值在2-3之间。从稀土元素配分模式图（图3）来看，花岗岩的配分曲线呈右倾型，轻稀土元素部分斜率较大，重稀土元素部分相对平缓，铕（Eu）异常不明显，δEu值大多在0.9-1.3之间，表明在岩浆演化过程中斜长石的分离结晶作用相对较弱。闪长岩的ΣREE相对花岗岩有所降低，范围在110-190×10⁻⁶之间，平均值约为150×10⁻⁶。同样呈现出LREE富集、HREE亏损的特征，（La/Yb）N比值在9-16之间。在泰安地区的闪长岩样品中，La含量为35-45×10⁻⁶，Yb含量为2-3×10⁻⁶，（La/Yb）N比值约为13。（Gd/Yb）N比值在2-2.5之间，重稀土元素分馏程度也较低。闪长岩的稀土元素配分模式图同样为右倾型，与花岗岩类似，但整体曲线位置略低于花岗岩，δEu值在0.8-1.2之间，存在微弱的铕异常，可能暗示有少量斜长石参与了结晶分异作用。安山岩的ΣREE范围为90-160×10⁻⁶，平均值约为125×10⁻⁶。LREE富集程度相对闪长岩有所减弱，（La/Yb）N比值在7-13之间。以莱芜地区的某安山岩样品为例，La含量为30-40×10⁻⁶，Yb含量为2-3×10⁻⁶，（La/Yb）N比值约为11。（Gd/Yb）N比值在1.5-2.5之间，重稀土元素分馏程度依然较低。安山岩的稀土元素配分模式图呈右倾型，与花岗岩和闪长岩相似，但铕异常相对明显，δEu值在0.7-1.1之间，可能表明在岩浆演化过程中斜长石的分离结晶作用相对增强。玄武岩的ΣREE最低，范围在60-110×10⁻⁶之间，平均值约为85×10⁻⁶。LREE富集特征相对较弱，（La/Yb）N比值在5-9之间。某玄武岩样品中，La含量为20-30×10⁻⁶，Yb含量为2-3×10⁻⁶，（La/Yb）N比值约为8。（Gd/Yb）N比值在1-2之间，重稀土元素分馏程度较低。玄武岩的稀土元素配分模式图也为右倾型，但整体曲线较为平缓，铕异常明显，δEu值在0.6-1.0之间，这可能与玄武岩源区的性质以及岩浆演化过程中斜长石、辉石等矿物的分离结晶作用有关。在微量元素方面，不同岩石类型呈现出各自的特征。花岗岩相对富集大离子亲石元素（LILE），如Rb、Ba、Th、U等，Rb含量一般在160-260×10⁻⁶之间，Ba含量在450-850×10⁻⁶之间。而高场强元素（HFSE），如Nb、Ta、Ti、Zr等相对亏损，Nb含量通常在12-22×10⁻⁶之间，Ta含量在1-2×10⁻⁶之间。这种元素富集和亏损的特征与花岗岩的源区物质组成以及岩浆演化过程中的部分熔融和结晶分异作用密切相关。在微量元素蛛网图（图4）上，花岗岩的曲线呈现出明显的“锯齿状”，LILE元素表现为相对富集的峰值，HFSE元素则为相对亏损的谷值，反映了其源区物质的不均一性以及岩浆演化过程中受到了地壳物质的影响。闪长岩同样富集LILE元素，Rb含量在110-210×10⁻⁶之间，Ba含量在350-650×10⁻⁶之间。HFSE元素亏损程度相对花岗岩较弱，Nb含量在17-32×10⁻⁶之间，Ta含量在1-3×10⁻⁶之间。微量元素蛛网图上，闪长岩的曲线形态与花岗岩相似，但整体波动幅度相对较小，表明其源区物质和岩浆演化过程与花岗岩既有相似之处，又存在一定差异，可能受到了地幔物质和地壳物质混合的影响。安山岩的LILE元素富集程度相对闪长岩有所降低，Rb含量在90-160×10⁻⁶之间，Ba含量在250-550×10⁻⁶之间。HFSE元素亏损程度与闪长岩相近，Nb含量在17-27×10⁻⁶之间，Ta含量在1-2×10⁻⁶之间。在微量元素蛛网图上，安山岩的曲线形态也呈“锯齿状”，但LILE元素的峰值和HFSE元素的谷值相对不那么明显，这可能反映了其源区物质中地壳物质和地幔物质的比例更为接近，岩浆演化过程较为复杂。玄武岩的LILE元素富集程度最低，Rb含量在40-90×10⁻⁶之间，Ba含量在150-350×10⁻⁶之间。HFSE元素亏损程度相对较弱，Nb含量在22-45×10⁻⁶之间，Ta含量在2-5×10⁻⁶之间。微量元素蛛网图上，玄武岩的曲线相对较为平滑，LILE元素和HFSE元素的变化幅度较小，这与玄武岩主要来源于地幔部分熔融的特征相符，其源区物质相对均一，受地壳物质混染的程度较低。与大别-苏鲁造山带白垩纪岩浆岩相比，华北东南缘白垩纪岩浆岩在稀土元素和微量元素特征上总体相似。两者的花岗岩、闪长岩、安山岩和玄武岩均表现出LREE富集、HREE亏损的稀土元素特征，且在微量元素蛛网图上，各岩石类型的曲线形态也较为相似。在某些元素含量和比值上仍存在差异。例如，华北东南缘花岗岩的（La/Yb）N比值略高于大别-苏鲁造山带花岗岩，这可能反映了两者源区物质中轻、重稀土元素的相对含量存在细微差别。华北东南缘玄武岩的Nb含量相对大别-苏鲁造山带玄武岩略高，暗示其源区地幔物质的组成或部分熔融程度可能有所不同。这些差异为深入研究两个区域岩浆岩的成因和演化提供了重要线索。5.4同位素地球化学特征对华北东南缘白垩纪岩浆岩进行同位素分析，包括Sr-Nd-Pb-Hf-O等多同位素体系，旨在深入揭示其岩浆起源和壳幔相互作用过程。在Sr-Nd同位素方面，花岗岩的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值范围为0.7085-0.7145，平均值约为0.7115，呈现出较高的初始比值，这表明其源区可能受到了古老地壳物质的显著影响。例如，在胶东地区的部分花岗岩样品中，初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值可达0.7135，显示出其源区富含古老陆壳物质。εNd(t)值范围为-23.0--11.5，平均值约为-17.2，均为负值，进一步证实其源区主要为富集型地壳物质，与亏损地幔源区的特征截然不同。这种高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值和低εNd(t)值的组合，强烈暗示花岗岩可能主要是由古老陆壳物质重熔形成的。闪长岩的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值在0.7055-0.7085之间，平均值约为0.7070，相对花岗岩略低，但仍高于亏损地幔的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值，说明其源区也存在地壳物质的贡献。εNd(t)值范围为-15.5--8.5，平均值约为-12.0，同样为负值，显示出源区物质具有一定的富集特征。这表明闪长岩的源区是地幔物质和地壳物质混合的结果。安山岩的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值在0.7045-0.7075之间，平均值约为0.7060，相对闪长岩又有所降低。εNd(t)值范围为-12.5--5.5，平均值约为-9.0，显示出其源区中地壳物质和地幔物质的混合特征更为显著。安山岩的这种同位素特征可能反映了其形成过程中，地幔岩浆与地壳物质发生了强烈的相互作用，导致其源区组成更为复