火山岩地幔源区性质与构造环境
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发布时间：2022-05-07 15:51
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时间：2022-06-30 14:46
(一)火山岩形成深度估计
延边地区晚侏罗世和早白垩世火山岩中包含有较多的辉石岩捕虏体和角闪石捕虏晶，赵全国等(2005)对这些捕虏体和捕虏晶进行了比较系统的研究，深源辉石岩捕虏体中单斜辉石的电子探针分析结果见附表1-12，其端元分子组成为Wo=34.8～40.5，En=42.3～48.9，Fs=12.8～19.8，属于普通辉石变种。辉石岩捕虏体中单斜辉石的Mg※值介于74.7～80.9之间，辉石岩捕虏体中具有环带结构的单斜辉石从核部向边部Mg※值逐渐降低，表明单斜辉石在随母岩浆上升过程中，与岩浆进行了物质交换。角闪石捕虏巨晶的电子探针分析结果见附表1-13。角闪石巨晶均为钙质角闪石，Mg※值介于67～73之间，属于韭闪石和镁质绿钠闪石，但明显不同于地幔橄榄岩包裹体中的韭闪石(Mg※=97)。
辉石岩捕虏体中的单斜辉石部分具有环带结构，这说明它们具有岩浆成因的特征，可能代表了更早期岩浆结晶相，结晶出这些单斜辉石的原始岩浆应具有玄武质的成分特征。为了确定这些辉石岩捕虏体中单斜辉石和角闪石结晶的温压条件，分别采用与玄武质熔体平衡的单斜辉石压力计(Nimis，1995)和单斜辉石温度计(Boyd，1973)进行计算。辉石岩捕虏体中单斜辉石形成的温度介于1200～1290℃之间、压力介于0.54～1.19GPa之间(附表1-12)，可能代表了辉石的结晶条件。由此可以推测辉石岩捕虏体来源的最大深度应在37km左右，主体形成深度在17～32km之间，进而推测形成屯田营组火山岩的原始岩浆来源深度应大于32km。
对角闪石巨晶分别采用三种角闪石全铝地质压力计(Hammarstrom，1986;Johnson，1988;Hollister，1987)计算，三种压力计计算结果具有一定的差异(附表1-13)，因为角闪石捕虏晶与辉石岩堆积体和捕虏晶一起产出，所以在选择角闪石压力计算结果时，应考虑单斜辉石的压力计算结果，由于J.M.Hammarstron(1986)方法所得的压力值与单斜辉石的压力计算值更接近，因此推测角闪石捕虏晶的形成压力为0.75～0.87GPa，相对应的深度为25～28km。由此可以推测延边地区中生代火山岩中的原始岩浆来源深度应大于28km，这与利用单斜辉石捕虏晶计算的深度(32～37km)相吻合。
地球物理测深资料表明，张广才岭、太平岭、老爷岭和长白山地区现代莫霍面的埋深变化在35～40km之间(孙加鹏等，1999)，假如以此来代表本区中生代地壳的厚度，那么可以推测延边地区中生代火山岩中的深源捕虏体应位于壳幔过渡带附近。
(二)火山岩形成的地幔源区性质
从延边地区的Sr，Nd，Pb同位素组成来看，延边地区中生代不同期次火山岩表现出相近的Sr，Nd同位素和Pb同位素组成，均以低87Sr/86Sr比值、高143Nd/144Nd比值为特征，暗示岩浆源区物质应是具有亏损型特点的新增生的地幔物质。结合中生代火山岩中具有堆积结构的辉石岩捕虏体及角闪石捕虏晶的存在，以及原始岩浆来源深度应大于28km，可以证明岩浆源区不应是上地幔直接熔融，而是属于深部地壳或/和壳幔过渡带的范畴，岩浆源区应是一套具有堆积结构的镁铁质-超镁铁质的岩浆堆积体(赵全国等，2005)。
根据Nd同位素模式年龄可以推测地壳增生事件发生的时间，延边地区中生代火山岩的Nd同位素模式年龄TDM1为563～749Ma，TDM2为551～766Ma，这与兴蒙造山带中生代花岗岩的Sr，Nd同位素研究结果相吻合(Jahnetal.，2000)。中国东北地区中生代I型花岗岩研究结果表明，兴蒙造山带中生代花岗岩的岩浆源区主要由新增生的、幔源年轻地壳物质所组成(Wuetal.，2002)。结合兴蒙造山带乃至整个中亚造山带花岗岩的Nd模式年龄资料来看，600～800Ma是一期重要的地壳增生事件，延边地区中生代火山岩TDM1模式年龄(563～749Ma)，表明岩浆源区物质可能形成于新元古代，这进一步说明该区中生代火山岩的原始岩浆来源于新元古代晚期新增生的壳幔过渡带物质的部分熔融(图1-22)。
(三)晚三叠世火山岩形成构造背景与中国东部构造应力场转换
从延边地区中生代火山岩的岩石组合来看，晚三叠世大兴沟群、三仙岭组具有类似双峰式火山岩组合，屯田营组和金沟岭组具有偏碱性的火山岩组合，即有碱性玄武岩系，也有拉斑玄武岩系，该岩石组合既不同于典型岛弧及活动*边缘环境的火山岩岩石组合，又有别于典型*裂谷环境的火山岩岩石组合，如与岛弧和活动陆缘火山岩组合相比，本区出现流纹岩，与*裂谷环境相比，本区缺少典型的玄武岩组合。
火山岩的微量元素具有很好的示踪性，由于强不相容元素(Rb，Ba，Th，Nb，Ta，La等)具有相似的全岩配分系数，部分熔融和结晶分离过程都不会造成这些元素之间的强烈分异，因此这些元素之间的比值亦可以直接用来示踪地幔源区特征(Weaver，1991)，原始地幔Nb/Ta=17.5±2.0，Zr/Hf=36.27，*地壳Nb/Ta=12～13，Zr/Hf=11。延边地区晚三叠世大兴沟群、三仙岭组火山岩Nb/Ta比值为8.0～17.96，平均为12.38，Zr/Hf比值为28.0～48.35，平均为36.61;晚侏罗世屯田营组火山岩Nb/Ta比值为2.24～15.82，平均为11.79，Zr/Hf比值为26.13～42.86，平均为37.96;金沟岭组火山岩Nb/Ta比值为5.615～16.85，平均为14.31，Zr/Hf比值为30.49～43.55，平均为41.42。Nb/Ta比值的平均值均低于原始地幔值，接近或略高于*地壳值，而Zr/Hf比值的平均值均远高于*地壳值，接近或略高于原始地幔值，即不属于典型的原始地幔，也不属于典型的*地壳，而很可能是原始地幔与和*地壳混染作用的结果。
图1-22兴蒙造山带花岗岩fSm/Nd与TDM1图解(据赵全国等，2005)
图1-23延边地区中生代火山岩的Zr/Y-Zr构造环境判别图解
在Zr/Y-Zr图解中，延边地区中生代火山岩的投点均在板内玄武岩范围内及其附近，而远离与板块俯冲有关的岛弧玄武岩区(图1-23)，显示延边地区中生代火山岩可能与当时的太平洋板块俯冲的关系不大，然而有很多投点并不在板内玄武岩范围内，而是在其附近，显示并非典型板内的构造环境，很可能是板内造山带的反映。在Ba/Nb-La/Nb图中，延边地区中生代火山岩的投点多在岛弧玄武岩范围内及其附近，La/Nb＞1.2，但其中大多数点分布*壳平均值附近(图1-24)，暗示*地壳物质在岩浆生成中的重要作用。
在判别成岩构造环境的Th/Hf-Ta/Hf地球化学判别图解中，延边地区中生代火山岩较集中地落入*拉张带(或初始裂谷)玄武岩区和陆内裂谷拉斑玄武岩区，个别投在陆缘岛弧及陆缘火山弧玄武岩区(图1-25)，反映延边地区中生代火山岩更多的具有陆内伸展拉张的构造环境，而与大洋板块俯冲作用的关系不大。在排除延边地区中生代存在典型*裂谷的条件下，考虑到延边地区前中生代的大地构造演化历史，*造山带垮塌后的伸展拉张构造环境可以得到比较合理的解释。
图1-24延边地区中生代火山岩的Ba/Nb-La/Nb判别图解
图1-25延边地区中生代火山岩Th/Hf-Ta/Hf图解
