內(nèi)蒙古四子王旗東八八世紀(jì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)富鉀橄欖玄武巖的成因

內(nèi)蒙古四子王旗東八八世紀(jì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)富鉀橄欖玄武巖的成因

1深源捕虜體的地球化學(xué)特征鉀玄巖是年輕火山巖帶的重要組成部分，可以形成于不同的構(gòu)造環(huán)境（mull，1992）。我們可以探索其巖石化學(xué)特征的背景。深源捕虜體由于上升速度快,基本保持了深部的信息,是認(rèn)識(shí)下地殼和地幔物質(zhì)組成、物理化學(xué)條件等特征的重要窗口(從柏林等,1982;Fanetal,1998;游振東等,2001)。中國(guó)東部地區(qū)廣泛分布新生代玄武巖(林強(qiáng)等,1998;李延河等,2001),尤其是河北漢諾壩地區(qū)分布有大面積的第三系溢流玄武巖,對(duì)其中包含的深源捕虜體堿性玄武巖已有很多研究(從柏林等,1982;陳道公等,1996;Chenetal,2001)。本文報(bào)道的內(nèi)蒙古四子王旗東八號(hào)地區(qū)發(fā)現(xiàn)的含有深源捕虜體的富鉀橄欖玄武巖由于位置偏西,遠(yuǎn)離環(huán)太平洋構(gòu)造帶,其化學(xué)成分與東部地區(qū)的玄武巖(漢諾壩等)差別較大。因此,它的發(fā)現(xiàn)對(duì)華北板塊新生代的深部作用過程,尤其對(duì)研究華北板塊北緣深部殼幔演變過程具有重要的意義。2中新生代的構(gòu)造巖漿活動(dòng)內(nèi)蒙古四子王旗地區(qū)位于華北板塊北緣(圖1),陰山山脈北側(cè),南北受控于兩條東西向斷裂,屬華北板塊與南蒙微大陸之間的早古生代陸間型造山帶(內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志,1991)。中生代主要表現(xiàn)為從早期造山期后的逆沖推覆急劇轉(zhuǎn)換為拉張?bào)w系的過程(Zhengetal,2000),形成一系列拉張盆地并伴有較強(qiáng)烈的火山活動(dòng)。早白堊世末期呼和浩特—包頭拉伸斷陷盆地的形成以及大量堿質(zhì)含量高的火山巖出現(xiàn),表明本區(qū)已經(jīng)從造山作用引起的陸內(nèi)縮短和加厚作用轉(zhuǎn)入穩(wěn)定的陸內(nèi)伸展構(gòu)造發(fā)育階段。中新生代本區(qū)的構(gòu)造巖漿活動(dòng)表現(xiàn)尤為活躍(李延河等,2001,李伍平等,2001),劉勇勝等(2001)根據(jù)漢諾壩玄武巖中麻粒巖捕虜體Sm-Nd,Re-Os,鋯石U-Pb年代學(xué)的研究,推測(cè)華北板塊在晚中生代早白堊時(shí)期存在幔源基性玄武巖漿底侵作用。樊祺誠(chéng)等(1998)認(rèn)為華北幔源巖漿底侵開始于侏羅紀(jì)晚期,124～120Ma達(dá)到高峰。該區(qū)新生代巖漿作用以漢諾壩玄武巖溢流為代表,在第三紀(jì)達(dá)到了高峰。中新生代該區(qū)除了受到環(huán)太平洋構(gòu)造帶的影響外,蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造帶的影響也不容忽視,從貝加爾到蒙古南部中新生代的構(gòu)造巖漿活動(dòng)極為強(qiáng)烈(Zhangetal,2000),內(nèi)蒙古錫林浩特地區(qū)和蒙古中東部均發(fā)現(xiàn)含有深源捕虜體的新生代玄武巖(Ionov,2002;張臣等,2004)。復(fù)雜的構(gòu)造背景決定了該區(qū)中生代以來深部巖漿作用過程的多樣性。3橄欖巖的基本特征3.1礦物質(zhì)及礦質(zhì)橄欖玄武巖為灰黑色致密塊狀,顯微斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。斑晶主要為橄欖石和斜長(zhǎng)石,橄欖石粒狀,粒徑0.1～0.3mm,個(gè)別1～2mm,自形,高干涉色,不規(guī)則裂紋發(fā)育,部分橄欖石斑晶蝕變較嚴(yán)重;基質(zhì)主要為斜長(zhǎng)石、輝石和橄欖石。斜長(zhǎng)石多表現(xiàn)為聚片雙晶,粒度0.3～2mm不等?；|(zhì)為間粒間隱結(jié)構(gòu),由板條狀斜長(zhǎng)石、粒狀磁鐵礦、橄欖石和淡褐色玻璃質(zhì)組成,玻璃質(zhì)成團(tuán)塊狀,針狀雛晶發(fā)育。巖石中含有橄欖石捕虜晶,其大小通常在2mm左右,呈碎屑狀,鏡下可見扭折帶,波狀消光發(fā)育。3.2基性巖全巖年齡及熱學(xué)事件內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局依據(jù)鄰區(qū)相似的巖性及接觸關(guān)系將本區(qū)的橄欖玄武巖定為上新統(tǒng)1。野外觀測(cè)表明,橄欖玄武巖在研究區(qū)內(nèi)呈平行不整合覆蓋于下白堊統(tǒng)后白銀不浪組之上,未見與其它地層接觸,為近水平巖層,推測(cè)其噴發(fā)時(shí)代應(yīng)該更老一些。為確定橄欖玄武巖的準(zhǔn)確年齡,對(duì)橄欖玄武巖進(jìn)行全巖K-Ar同位素定年(表1),得到表觀年齡為21.9±1.7Ma。為避免過剩Ar干擾,剔除了橄欖石斑晶和其它捕虜晶。在華北板塊北緣,中新世火山活動(dòng)強(qiáng)烈。研究區(qū)以東這一時(shí)期的玄武巖有:漢諾壩張北大麻坪(25～14Ma)、崇禮接沙壩(21.5～19.4Ma)、集寧(22.7～10.2Ma)、和龍(21～20Ma)等(羅修泉等,1990;劉若新等,1992)。四子王旗東八號(hào)橄欖玄武巖的年齡與鄰區(qū)中新世早期噴發(fā)的玄武巖峰值年齡相近,結(jié)合野外產(chǎn)出特征,可以認(rèn)為東八號(hào)橄欖玄武巖也是中新世火山活動(dòng)產(chǎn)物。3.3堿土金屬對(duì)土壤中zp3和tio全巖主量元素分析表明,橄欖玄武巖的w(SiO2)較低,為44.3%～45.5%,w(K2O+Na2O)(5.91%～6.47%)和w(K2O)(2.82%～3.12%)較高,鉀鈉比高,K2O/Na2O>0.9(表2),從堿性玄武巖TAS圖解(圖2a)和K2O-Na2O圖解(圖2b)中可以看出,橄欖玄武巖屬鉀玄巖系列(Irvineetal,1971;Peccerilloetal,1976)。主量元素中Al2O3和TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與五大蓮池新生代鉀質(zhì)玄武巖相近,但SiO2和鉀鈉總量稍低(王俊文等,1992);與東部鄰區(qū)同期噴發(fā)的漢諾壩堿性玄武巖有較大差異。巖石中高K2O,低CaO,Mg#值較高(62～63),顯示巖漿可能為原始巖漿(Basalticvolcanismstudyproject,1981)。4捕虜體及圍巖的粗粒不等粒巖石組構(gòu)此次發(fā)現(xiàn)的地幔捕虜體主要有4種類型:(1)尖晶石二輝橄欖巖粗粒不等粒結(jié)構(gòu),由橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、尖晶石組成。橄欖石粒徑1～6mm;邊界彎曲,裂理發(fā)育;無(wú)色,高干涉色;少量具扭折帶和波狀消光,甚至小粒包含于輝石中。斜方輝石粒徑3～6mm,少數(shù)具出溶條帶。單斜輝石有的發(fā)育海綿狀熔融邊,全部變成海綿狀體,但保持整體消光。他形尖晶石多分布于礦物顆粒間,有的包含于礦物之中。捕虜體與圍巖接觸處發(fā)育有寬度不等的反應(yīng)邊,薄片中可見反應(yīng)邊為細(xì)粒橄欖石和柱狀輝石組成。(2)二輝橄欖巖粗粒不等粒結(jié)構(gòu),橄欖石含量較少,斜方輝石和單斜輝石粒度2～6mm,節(jié)理發(fā)育,邊界彎曲,出溶現(xiàn)象明顯,形態(tài)有葉片狀、斷續(xù)細(xì)條狀或條痕狀。捕虜體和圍巖接觸處發(fā)育有0.1～0.3mm的反應(yīng)邊,從捕虜體到圍巖有明顯的兩個(gè)帶,內(nèi)帶寬,主要由垂直接觸面的柱狀輝石組成;外帶窄,主要由伊丁石化的粒狀橄欖石組成。(3)二輝巖粗粒不等粒結(jié)構(gòu),由斜方輝石和單斜輝石組成,粒度2～6mm,節(jié)理發(fā)育,出溶現(xiàn)象明顯,出溶形態(tài)有葉片狀、斷續(xù)細(xì)條狀或條痕狀。捕虜體和圍巖接觸帶也發(fā)育了寬0.1～0.3mm的反應(yīng)邊。(4)輝長(zhǎng)巖粗粒不等粒結(jié)構(gòu),由單斜輝石和斜長(zhǎng)石組成,個(gè)別樣品中含粒狀鈦鐵礦。輝石淡綠色,節(jié)理發(fā)育,熔融結(jié)構(gòu)發(fā)育,多呈麻點(diǎn)狀,邊部重,中間弱。輝石與圍巖接觸處可見反應(yīng)邊。5壓力和溫度研究四子王旗東八號(hào)地區(qū)橄欖玄武巖捕虜體中以尖晶石二輝橄欖巖占絕大多數(shù),其礦物成份的電子探針分析結(jié)果列于表3。采用Mercier單輝石溫壓計(jì)計(jì)算方法,獲得尖晶石二輝橄欖巖結(jié)晶的封閉溫度為1248～1370℃,形成壓力為1.7～2.0GPa,計(jì)算結(jié)果列于表4。采用Wood和Banno(1973)的方法計(jì)算(LnKd=-2.250)得到的溫度在1024℃左右。Herzberg和Chapman(1976)的溫度計(jì)計(jì)算結(jié)果為1158～1277℃(表5),推測(cè)捕虜體的形成深度約為40～60km,屬于巖石圈地幔。6潭底與巖石圈的相互作用四子王旗東八號(hào)富鉀橄欖玄武巖的形成年齡與漢諾壩、集寧玄武巖相近,但漢諾壩主要以堿性玄武巖和拉斑玄武巖相間噴發(fā)成層為主。與漢諾壩堿性玄武巖相比,二者化學(xué)成分的差別主要表現(xiàn)在K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。雖然它們?cè)跇?gòu)造背景上有相似之處,但其成分的差異表明二者可能有不同的成因或經(jīng)歷不同的演化過程。近年來對(duì)中新生代漢諾壩玄武巖及其深源捕虜體的研究,許多學(xué)者認(rèn)為華北板塊中生代的底侵作用使地殼減薄,而玄武巖的形成則是幔柱作用的產(chǎn)物(李天福等,1999)。根據(jù)Gibson等(1996)的研究,高鉀、高鈦的溢流玄武巖是幔柱與巖石圈相互作用的產(chǎn)物,四子王旗橄欖玄武巖較高的TiO2和K2O特征,暗示其巖漿可能源于幔柱作用。KojiTsuruta等(1998)對(duì)堿性玄武巖中鉀的行為特征進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究表明,當(dāng)壓力從5GPa增加到7GPa時(shí),單斜輝石中K2O從<0.1%急劇增加到>1%;在壓力增加到6GPa時(shí),巖石中出現(xiàn)少量的鉀長(zhǎng)石,表明鉀玄巖的形成深度應(yīng)該大于150km。但鉀玄巖在大陸出現(xiàn)的量很少,可能與較厚的大陸巖石圈阻擋作用有關(guān)。四子王旗東八號(hào)橄欖玄武巖捕虜體中單斜輝石的鉀含量較低,與包體的溫壓計(jì)算結(jié)