河北地质大学 河北省石家庄市 050011
摘要：太行山中生代岩浆岩的主体是石英二长岩中常见闪长质包体。无论包体还是寄主岩石中均可见斜长石具有成分和结构的不平衡现象。这是壳幔岩浆发生混合作用的记录: 核部代表基性岩浆中早期结晶的斜长石, 而幔部代表从混浆中结晶的斜长石。壳幔岩浆混合模式同样得到地球化学数据的支持, 太行山中生代岩浆岩的高 K 2 O 和 MgO、高分异稀土模式( 和 Eu异常不明显)、高 Sr-Ba 和富集的 Sr-Nd同位素特征等均与来自富集地幔的基性岩浆的混合有关。
关键词：太行山;地球化学;岩浆混合;富集地幔;
华北克拉通在中生代期间发生强烈的构造岩浆活动, 体现为大规模盆地发育、火山作用和深成岩浆作用等, 同时可能伴随有古老岩石圈地幔的减薄和拆沉, 并形成新的岩石圈地幔。华北中生代的岩浆作用成因和地球动力学背景已经引起国内外学术界的广泛关注, 成为近些年大陆动力学研究的热点之一。然而, 对包括太行山在内的华北中生代岩浆作用的成因的认识还有很大分歧。目前有两种 主要的 模式: 其一, 基 性下地 壳熔融 模式; 其二, 壳幔岩浆混合模式。对华北中生代岩浆作用成因机制的研究显然具有重要的理论意义, 因为这不仅关系到岩浆的成因过程, 还关系到中生代岩浆作用的地球动力学环境。本文将着重从太行山中生代岩浆岩的野外关系和岩石学的角度, 并结合其元素和同位素地球化学特征讨论岩浆作用的成因机制。
1、野外关系和岩石学
太行山中生代岩浆岩带呈北北东向分布,主要由石英二长岩组成,其次有石英二长闪长岩、二长花岗岩和少量二长辉长岩-辉长闪长岩等基性岩体等。其中包体与其寄主岩石是大致同时代的，这是壳幔岩浆发生混合作用的必要前提。
2、斜长石和角闪石的成分和结构不平衡
无论在寄主岩石, 还是在包体中,都可以发现斜长石具有成分和结构的不平衡现象。一个重要的特征是,斜长石幔部 An分子比其核部 An 分子低得多, 而且这种变化是截然的。类似地,斜长石中的孤岛状残留体的成分也比较富钙,An为60左右, 而斜长石包壳部分比孤岛状残留体显著富钠, An 主要在20~ 33之间,而且这种变化也是突变的。
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3、地球化学特征
中生代岩浆岩的主要元素成分特征, 这些中生代岩浆岩包括基性岩( 辉长质?辉长闪长质) 、闪长质包体( 辉长闪长质?闪长质) 和寄主岩石( 石英二长质岩石) 。太行山的中生代岩石比较富钾和镁, 其高钾钙碱性特征已经被许多数据证实。太行山岩石( 无论是基性岩、包体,还是寄主岩石) 的另一个特征是富集轻稀土而强亏损重稀土而且大部分岩石 Eu 异常不明显。包体的同位素特征与其寄主岩石基本一致, 反映两者同位素成分在岩浆的高温条件下基本达到平衡。需要指出的是, 太行山基性岩、包体和寄主岩石的同位素成分都分布在从EM1 型富集地幔到下地壳的趋势线上或附近。
4、岩石成因讨论
近几年,华北中生代岩浆作用的成因机制一直争论的焦点问题之一。对华北克拉通不同地区中生代岩浆岩的 地球化学 性质已经 有了详细的研究总结起来,这些中生代岩浆岩的共同特征是: ( 1) 具有 LREE 富集、HREE 明显亏损( 多数在球粒陨石 10 倍以下) 和 Eu 异常不明显的特征; ( 2)具有高 Sr、Ba 含量和高 Sr/ Y、La/ Yb 比值的特征;( 3) 具有富集的 Rb-Sr 和 Sm-Nd 同位素性质。许多学者认为华北克拉通大量的中生代中酸性岩浆岩形成于基性下地壳的部分熔融，这些学者认为这种基性下地壳主要由早中生代以来的幔源玄武质岩浆底侵作用形成。根据这个模式, 由于基性岩浆的底侵, 导致地壳加厚而加厚的基性下地壳发生部分熔融所形成的中酸性岩浆就构成华北中生代岩浆岩的主体。这种模式的确解释了华北中生代岩浆岩的一些地球化学性质,比如高 Sr、Ba 和稀土模式图上 Eu 异常不明显( 斜长石在高压下分解而在熔融源区消失) 和 HREE 显著亏损( 石榴石在高压条件下成为熔融源区重要的组成之一) 等。陈斌在大量的岩石学和地球化学数据基础上, 认为壳幔岩浆混合是华北中生代岩浆作用的主要成因机制, 这一模式已经得到不少其他学者的研究的支持，也得到本文关于基性包体及斜长石( 和角闪石) 的成分和结构不平衡现象的支持。
华北中生代岩浆作用的最突出特征是有时空上密切相关的同期基性岩浆活动, 表现为规模相对较小的基性岩体、基性岩脉, 特别是分布广泛的基性包体。这暗示华北中生代岩浆作用的发生与幔源基性岩浆作用的参与是分不开的。另外, 华北中生代岩浆作用( 包括火山作用和深成岩浆作用) 的规模庞大, 如果没有大规模幔源基性岩浆( 带来必要的热源) 的参与是无法想像的。
富钙的残留斜长石可能代表早期从基性岩浆中结晶的斜长石的残留而幔部相对富钠的斜长石可能代表晚期从混浆中结晶或从壳源花岗质岩浆中结晶的斜长石。也就是说太行山中生代岩石中这些斜长石的成分和结构不平衡现象见证了壳幔岩浆发生混合的过程。
华北中生代岩浆岩普遍具有高 Mg 和高 K 的特征，太行山中生代岩石在同等硅条件下明显比玄武岩部分熔融体富 K 2 O 和 MgO, 这意味着太行山中生代岩石不可能仅仅来源于下地壳的部分熔融, 其高钾和高镁的特征要求其源区必须有幔源岩浆的贡献, 即壳幔岩浆混合可能是太行山中生代岩浆岩形成的主要机制。
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论文作者:郭雷亮,张天元
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/15
标签：中生代论文; 岩浆论文; 太行山论文; 岩浆岩论文; 华北论文; 长石论文; 岩石论文; 《基层建设》2017年第35期论文;