中国东部部分地区新生代岩石圈地幔的成因:主量和微量元素制约*刘海泉1闫峻1**赵建新2安亚军1L I U H ai Quan1,YAN Jun1**,ZHAO JianX i n2and AN Y aJun111合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥23000921澳大利亚昆士兰大学放射性同位素实验室,布里斯班407211S c h ool of R esources and E nvironm e n t a lE ng ineering,H e fei University of T ec hn ology,H e fei230009,China21R ad iogenic Isot ope Laboratory,C e n tre for M icroscopy and M icroana l ysis,The Un iversit y of Qu e ensland,B risbane4072,Au stra li a2010-07-01收稿,2010-08-17改回1L iu HQ,Yan J,Z hao J X and An Y J120101O rigi n of Cenozoic lithospheric man tle i n several areas of eastern Ch i na: Constraints fro m major and trace ele m en ts1A cta Petrolog ica S in ica,26(9):2850-2868Abstrac t Sy stem ati c m ajor and trace e l ements ana l ysis o f sp i ne-l l herzo lites fro m H annuoba,N ushan,Pans h ishan and Fang s han is ca rr ied out to identify t he orig i n o f Cenozo ic lithosphere i n eastern Ch i na and to furt her d iscuss the m echan i s m s of litho spheric t h i nni ng1 T he results i nd ica te these areas share a/j uven ile0litho spheric m antle,wh ich i s resi dua l o f up w elling mantle wh ich ever unde r w ent less than10%partial me lti ng1A less than3%contr i bution o f silica-enriched basa ltic m e lts ana logous to Ceno zoic basalt i n easte rn Ch i na w as i nvo l ved i n l a ter m etasoma ti s m ove r Ceno zo i c lithosphe ric m antle1D i sti ncti ve dissi m ilar ity bet w een Cenozo ic lit hospher i c mantle and A rchean Cratonic lit hospher ic mantle i n respec t o fm a j or and trace e l ements,co m bi ned w ith rem arkab l e si m ilar ity to partialm e lti ng and m etasoma ti s m modeli ng of trace e le m ents argue predom i nate l y thinn i ng mechan i s m o f detach m ent f o r eastern N orth Ch i na Craton lit hospher ic m antle1K ey word s P erido ti tic xeno liths;A sthenosphere;T race e l ements;T hi nning;N orth Ch i na C ra t on摘要为厘定中国东部新生代岩石圈地幔的成因,进而探讨岩石圈减薄的方式,本文选择汉诺坝、女山、盘石山和方山尖晶石二辉橄榄岩作为研究对象,系统分析了其主、微量元素。
结果表明,这些地区新生代岩石圈地幔具有/新生0的性质,为上涌的软流圈物质经过小于10%的部分熔融程度后的残留相形成,后又经历了类似新生代玄武岩性质的富硅熔体的交代,交代介质的物质贡献小于3%。
新生代岩石圈地幔与古老克拉通岩石圈地幔在主、微量元素上的显著差异以及新生代岩石圈地幔微量元素特征的拟合,支持拆沉为华北克拉通东部减薄的主要方式。
关键词橄榄岩包体;软流圈;微量元素;减薄;华北克拉通中图法分类号P542151引言大量研究成果表明,华北克拉通东部巨厚的古老岩石圈地幔在古生代以后被薄的大洋型地幔所取代(F an and M enzi es,1992;G riffi n et al1,1992,1998;M enzies and Xu,1998;M enzi es et al1,1993;X u et al1,1995;Zheng et al1, 1998),并经历了至少100k m厚的岩石圈减薄(G r iffi n et al1, 1998;M enzi es et al1,1993)。
对于减薄事件已经达成共识,然而对于新生代岩石圈以何种方式转化而来仍存有争议(G ao et al1,2004;N i u,2005;Xu,2001;Y ang et al1,2003; Zheng et al1,2007),分别有岩石圈拆沉机制(G ao et al1,1000-0569/2010/026(09)-2850-68A cta P etro log ica Sinica岩石学报*本文受国家自然科学基金项目(40772040、90714009)资助.第一作者简介:刘海泉,男,1983年生,硕士研究生,地球化学专业,E-m ai:l hector_li uhai quan@126.co m图1研究区地质简图(据Zhao et al1,2000,2001改绘)F ig11S i m plifi ed geo l og ical map fo r study i ng area(m odified after Zhao et al1,2000,2001) 2002,2004)、熔体交代导致的置换机制(Zhang,2005)和热、机械侵蚀模型(Xu,2001)。
探讨/新生0的岩石圈地幔究竟以何种方式转化而来,关键之一是对其性质以及成因进行详细的制约。
目前对橄榄岩包体系统的全岩微量元素分析数据还十分有限,本文系统的分析了汉诺坝、女山和苏北地区新生代橄榄岩包体的全岩和单矿物地球化学特征;并结合前人数据,深入分析新生代岩石圈地幔的地球化学特征,以揭示其成因。
2地质背景汉诺坝位于华北克拉通北缘中央造山带和西部板块交界处东侧(图1),新生代火山岩主要由碱性玄武岩和拉斑玄武岩组成,其K-A r年龄27~14M a(朱炳泉,1998)。
女山火山口位于郯庐断裂带以西,构造位置上处于苏北盆地北缘。
其玄武岩年龄为0153~0173M a,指示其为中更新世火山喷发产物(陈道公和彭子成,1988)。
盘石山和方山位于郯庐断裂以东的苏北断陷盆地,其深部大地构造归属仍有争议(Chung,1999;F aure et al1,2001;L,i1994;Y i n and N ie, 1993;Y u et al1,2003)。
盘石山出露的中新世方山组碱性玄武岩中主要发育新鲜尖晶石二辉橄榄岩包体,其玄武岩尚无确切年龄数据。
方山碱性玄武岩的K-A r年龄为9M a(陈道3岩相学描述汉诺坝、女山、盘石山和方山玄武岩中的深源包体多为椭球状或长板状。
包体与寄主玄武岩接触界限清晰,岩石类型主体为尖晶石二辉橄榄岩。
汉诺坝橄榄岩包橄结构发育(图2a),膝折带常见。
女山样品多为粗粒-细粒碎斑或等粒显微结构,平衡三连点结构(图2b)。
盘石山尖晶石二辉橄榄岩包体以原粒(?碎斑)结构(图2c)为主。
方山尖晶石二辉橄榄岩主要为原粒-碎斑结构(图2d)。
上述地区样品中尖晶石在单偏光镜下为棕褐色,常呈他形冬青叶状充填在其它矿物颗粒之间。
4分析方法全岩样品用破碎机破碎到<1c m大小的碎块,挑出其中具有风化面裂隙的碎块,剩下的样品用5%HC l和10%H2O2溶液浸泡10m i n,然后用水洗净,再用圆盘粉碎机细碎,细碎好的样品缩分出100~200g,用无污染球磨机磨至200目以下。
全岩主量元素分析在广州地球化学研究所中国科学院同位素年代学和地球化学重点实验室X-荧光光谱仪(XRF)进行分析,熔片之前用重量法确定样品的烧失量(LO I),标样2851刘海泉等:中国东部部分地区新生代岩石圈地幔的成因:主量和微量元素制约图2汉诺坝、女山、盘石山和方山橄榄岩包体的岩相学特征(a)-汉诺坝:包橄结构;(b)-女山平衡三联点结构;(c)-盘石山:原粒结构;(d)-方山:碎斑结构1正交偏光下1O-l橄榄石;Opx-斜方辉石; Cpx-单斜辉石;Sp i n-尖晶石F ig12M icropetrog raph ic characteristics o f perido titic x enoliths fro m H annuoba,N ushan,Pansh ishan and F angshan rev ea led by po l a rized li ght(Xu et al1,2005),详细的分析流程见(G oto and T atsum,i1996)。
矿物电子探针成分分析在中国科学院地质与地球物理研究所CAM ECA-SX51型电子探针测定。
分析条件为:加速电压15k V,电流20nA,束斑直径5L m。
微量元素在澳大利亚昆士兰大学放射性同位素实验室进行,运用F i sonsP las maquad II型等离子体质谱(ICP-M S)分析,用橄榄岩标样W-2校准数据,用6L i、61N i、84Sr、115In、147Sm、169Tm、187R e和205T l作为内标控制漂移,数据分析误差优于3%。
详细的分析方法和流程详见(N i u and Batiza,1997)。