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福建永泰云山晚白垩世双峰式火山岩研究

【摘要】:在福建沿海地区晚白垩世时期发育了几处双峰式火山岩,它们处在古太平洋板块俯冲所导致的弧后伸展背景下。我们选取福建永泰地区典型的晚白垩世云山火山机构,对其中的双峰式火山岩及次火山岩进行了系统的年代学、岩石学、矿物学及全岩地球化学和锆石Lu-Hf同位素地球化学的综合研究,精确测定了这些岩石的形成时代,并详细阐明了它们的岩浆源区、成岩过程。以此探讨壳-幔相互作用在酸性火山岩成因中的重要意义,以及幔源组分参与酸性火山岩形成的具体机制。 该火山机构内晚白垩世双峰式火山岩被划分为Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ3个沉积-喷发旋回。系统的LA-ICP-MS U-Pb年代学研究表明,这个3个旋回的年龄分别为:100.6~103.1Ma、100.3-96.4Ma和96.4Ma-92.2Ma。基性火山岩的喷发早于伴生的酸性火山岩约3Ma。大量的酸性火山岩集中于96±1Ma形成,这是该区晚白垩纪火山喷发的峰期。火山通道中的石英二长斑岩年龄为89.4+0.9Ma,它代表了燕山期岩浆活动的结束。对比不同方法所测得的年龄结果,我们认为在这些次火山岩侵入时,较早的火山岩的K-Ar体系受其热量的影响发生了重置,因此,以往40Ar-39Ar法所测得的“火山岩”年龄可能代表了这些次火山岩侵入体冷却的年龄,而非其真正的火山岩喷发成岩年龄。 云山双峰式火山岩中基性火山岩的量远小于酸性火山岩,多方面证据显示,该区内的酸性火山岩岩浆并不是这些基性岩浆分异演化的产物。基性火山岩岩浆均来源于俯冲板片来源流体交代的富集岩石圈地幔楔的熔融,并且经历了不同程度的分离结晶以及地壳混染/混合。对比早晚两组基性火山岩的地球化学特征可知,第1旋回内的玄武质粗安岩及玄武质安山岩比第Ⅱ旋回内的玄武岩经历了更高程度的分离结晶及地壳物质混染。在该区内,由于大洋板块俯冲所导致的软流圈上涌,使得陆下岩石圈地幔随时间变化不断发生亏损。两组基性火山岩的地球化学差异是分离结晶作用、地壳混染以及地幔源区性质多种因素共同制约的结果。 在酸性火山岩中,较早喷发的第1旋回内的流纹质岩石(IR,-100Ma),具有较低的Si02含量、104*Ga/Al值、HFSE含量以及较高的Ba、CaO、Al2O3含量,斑晶中含有角闪石及黑云母等富水矿物,具有Ⅰ型花岗岩类的地球化学特征。IR具有与基性火山岩相似的Sr-Nd-Hf同位素以及REE组成,是幔源基性岩浆与古老的硅铝质地壳重融产生的酸性岩浆在地壳内混合,随后分离结晶的产物。而第Ⅱ、Ⅲ旋回内的铝质(AR,96±1Ma)以及过碱性流纹质岩石(PA,93.8~92.2Ma)具有高的104*Ga/A1值、SiO2、HFSE含量和低的Ba、Si、A12O3、CaO含量,以及均一的、相对IR及云山基性火山岩更加亏损的Nd-Hf同位素组成,显示出A型花岗岩类的地球化学特征。全岩地球化学、年代学、及锆石Lu-Hf同位素等多方面证据均表明这些流纹质岩石应具有相同的源区,其岩浆来源于中、下地壳内贫水的中酸性岩石的重融。主、微量元素变化趋势显示,它们之间经历了不同程度的钾长石、辉石、Ti-Fe氧化物以及少量锆石、硅钛铈矿等矿物的分离结晶过程。 对比Ⅱ、Ⅲ旋回内的铝质及过碱性流纹质岩石的地球化学及矿物学特征可知,喷发前岩浆具“高温”、“贫水”及“高fO2”的特征,它是源区在无H20参与下部分熔融的产物。而过碱性酸性岩浆喷发前为“低温”、“富H20”以及“低fO2”,它是幔源富F流体参与下源区部分熔融的产物。此外,过碱性流纹质岩石中含霓石的流纹岩(11YS40)样品,缺少钠质角闪石斑晶,岩石中出现的霓石+磁铁矿以及霓石+萤石+磁铁矿取代先存矿物的现象表明,这个样品应该是高分异的铝质酸性岩浆与富F、Na的流体在亚固相条件下反应的产物。结合火山机构特征,这种富F、Na的流体最可能的来源就是区内次火山岩的去气作用。 通过对比云山火山岩不同时间、不同类型流纹质岩石的成因机制,可以发现,底侵的幔源基性岩浆以复杂的方式参与酸性火山岩的形成,包括直接的岩浆混合(IR),或者通过新生地壳的方式(AR和PA),此外,这些幔源玄武质岩浆还可能提供了富卤素的流体促使新生地壳发生熔融,从而形成过碱性流纹质岩浆。幔源岩浆不同的参与形式可能受地壳组成、构造背景等因素的控制。

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