内蒙古四子王旗东八八世纪质量标准富钾橄榄玄武岩的成因

内蒙古四子王旗东八八世纪质量标准富钾橄榄玄武岩的成因

1深源捕虏体的地球化学特征钾玄岩是年轻火山岩带的重要组成部分，可以形成于不同的构造环境（mull，1992）。我们可以探索其岩石化学特征的背景。深源捕虏体由于上升速度快,基本保持了深部的信息,是认识下地壳和地幔物质组成、物理化学条件等特征的重要窗口(从柏林等,1982;Fanetal,1998;游振东等,2001)。中国东部地区广泛分布新生代玄武岩(林强等,1998;李延河等,2001),尤其是河北汉诺坝地区分布有大面积的第三系溢流玄武岩,对其中包含的深源捕虏体碱性玄武岩已有很多研究(从柏林等,1982;陈道公等,1996;Chenetal,2001)。本文报道的内蒙古四子王旗东八号地区发现的含有深源捕虏体的富钾橄榄玄武岩由于位置偏西,远离环太平洋构造带,其化学成分与东部地区的玄武岩(汉诺坝等)差别较大。因此,它的发现对华北板块新生代的深部作用过程,尤其对研究华北板块北缘深部壳幔演变过程具有重要的意义。2中新生代的构造岩浆活动内蒙古四子王旗地区位于华北板块北缘(图1),阴山山脉北侧,南北受控于两条东西向断裂,属华北板块与南蒙微大陆之间的早古生代陆间型造山带(内蒙古自治区区域地质志,1991)。中生代主要表现为从早期造山期后的逆冲推覆急剧转换为拉张体系的过程(Zhengetal,2000),形成一系列拉张盆地并伴有较强烈的火山活动。早白垩世末期呼和浩特—包头拉伸断陷盆地的形成以及大量碱质含量高的火山岩出现,表明本区已经从造山作用引起的陆内缩短和加厚作用转入稳定的陆内伸展构造发育阶段。中新生代本区的构造岩浆活动表现尤为活跃(李延河等,2001,李伍平等,2001),刘勇胜等(2001)根据汉诺坝玄武岩中麻粒岩捕虏体Sm-Nd,Re-Os,锆石U-Pb年代学的研究,推测华北板块在晚中生代早白垩时期存在幔源基性玄武岩浆底侵作用。樊祺诚等(1998)认为华北幔源岩浆底侵开始于侏罗纪晚期,124～120Ma达到高峰。该区新生代岩浆作用以汉诺坝玄武岩溢流为代表,在第三纪达到了高峰。中新生代该区除了受到环太平洋构造带的影响外,蒙古—鄂霍茨克构造带的影响也不容忽视,从贝加尔到蒙古南部中新生代的构造岩浆活动极为强烈(Zhangetal,2000),内蒙古锡林浩特地区和蒙古中东部均发现含有深源捕虏体的新生代玄武岩(Ionov,2002;张臣等,2004)。复杂的构造背景决定了该区中生代以来深部岩浆作用过程的多样性。3橄榄岩的基本特征3.1矿物质及矿质橄榄玄武岩为灰黑色致密块状,显微斑状结构,块状构造。斑晶主要为橄榄石和斜长石,橄榄石粒状,粒径0.1～0.3mm,个别1～2mm,自形,高干涉色,不规则裂纹发育,部分橄榄石斑晶蚀变较严重;基质主要为斜长石、辉石和橄榄石。斜长石多表现为聚片双晶,粒度0.3～2mm不等。基质为间粒间隐结构,由板条状斜长石、粒状磁铁矿、橄榄石和淡褐色玻璃质组成,玻璃质成团块状,针状雏晶发育。岩石中含有橄榄石捕虏晶,其大小通常在2mm左右,呈碎屑状,镜下可见扭折带,波状消光发育。3.2基性岩全岩年龄及热学事件内蒙古自治区地质局依据邻区相似的岩性及接触关系将本区的橄榄玄武岩定为上新统1。野外观测表明,橄榄玄武岩在研究区内呈平行不整合覆盖于下白垩统后白银不浪组之上,未见与其它地层接触,为近水平岩层,推测其喷发时代应该更老一些。为确定橄榄玄武岩的准确年龄,对橄榄玄武岩进行全岩K-Ar同位素定年(表1),得到表观年龄为21.9±1.7Ma。为避免过剩Ar干扰,剔除了橄榄石斑晶和其它捕虏晶。在华北板块北缘,中新世火山活动强烈。研究区以东这一时期的玄武岩有:汉诺坝张北大麻坪(25～14Ma)、崇礼接沙坝(21.5～19.4Ma)、集宁(22.7～10.2Ma)、和龙(21～20Ma)等(罗修泉等,1990;刘若新等,1992)。四子王旗东八号橄榄玄武岩的年龄与邻区中新世早期喷发的玄武岩峰值年龄相近,结合野外产出特征,可以认为东八号橄榄玄武岩也是中新世火山活动产物。3.3碱土金属对土壤中zp3和tio全岩主量元素分析表明,橄榄玄武岩的w(SiO2)较低,为44.3%～45.5%,w(K2O+Na2O)(5.91%～6.47%)和w(K2O)(2.82%～3.12%)较高,钾钠比高,K2O/Na2O>0.9(表2),从碱性玄武岩TAS图解(图2a)和K2O-Na2O图解(图2b)中可以看出,橄榄玄武岩属钾玄岩系列(Irvineetal,1971;Peccerilloetal,1976)。主量元素中Al2O3和TiO2的质量分数与五大莲池新生代钾质玄武岩相近,但SiO2和钾钠总量稍低(王俊文等,1992);与东部邻区同期喷发的汉诺坝碱性玄武岩有较大差异。岩石中高K2O,低CaO,Mg#值较高(62～63),显示岩浆可能为原始岩浆(Basalticvolcanismstudyproject,1981)。4捕虏体及围岩的粗粒不等粒岩石组构此次发现的地幔捕虏体主要有4种类型:(1)尖晶石二辉橄榄岩粗粒不等粒结构,由橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、尖晶石组成。橄榄石粒径1～6mm;边界弯曲,裂理发育;无色,高干涉色;少量具扭折带和波状消光,甚至小粒包含于辉石中。斜方辉石粒径3～6mm,少数具出溶条带。单斜辉石有的发育海绵状熔融边,全部变成海绵状体,但保持整体消光。他形尖晶石多分布于矿物颗粒间,有的包含于矿物之中。捕虏体与围岩接触处发育有宽度不等的反应边,薄片中可见反应边为细粒橄榄石和柱状辉石组成。(2)二辉橄榄岩粗粒不等粒结构,橄榄石含量较少,斜方辉石和单斜辉石粒度2～6mm,节理发育,边界弯曲,出溶现象明显,形态有叶片状、断续细条状或条痕状。捕虏体和围岩接触处发育有0.1～0.3mm的反应边,从捕虏体到围岩有明显的两个带,内带宽,主要由垂直接触面的柱状辉石组成;外带窄,主要由伊丁石化的粒状橄榄石组成。(3)二辉岩粗粒不等粒结构,由斜方辉石和单斜辉石组成,粒度2～6mm,节理发育,出溶现象明显,出溶形态有叶片状、断续细条状或条痕状。捕虏体和围岩接触带也发育了宽0.1～0.3mm的反应边。(4)辉长岩粗粒不等粒结构,由单斜辉石和斜长石组成,个别样品中含粒状钛铁矿。辉石淡绿色,节理发育,熔融结构发育,多呈麻点状,边部重,中间弱。辉石与围岩接触处可见反应边。5压力和温度研究四子王旗东八号地区橄榄玄武岩捕虏体中以尖晶石二辉橄榄岩占绝大多数,其矿物成份的电子探针分析结果列于表3。采用Mercier单辉石温压计计算方法,获得尖晶石二辉橄榄岩结晶的封闭温度为1248～1370℃,形成压力为1.7～2.0GPa,计算结果列于表4。采用Wood和Banno(1973)的方法计算(LnKd=-2.250)得到的温度在1024℃左右。Herzberg和Chapman(1976)的温度计计算结果为1158～1277℃(表5),推测捕虏体的形成深度约为40～60km,属于岩石圈地幔。6潭底与岩石圈的相互作用四子王旗东八号富钾橄榄玄武岩的形成年龄与汉诺坝、集宁玄武岩相近,但汉诺坝主要以碱性玄武岩和拉斑玄武岩相间喷发成层为主。与汉诺坝碱性玄武岩相比,二者化学成分的差别主要表现在K2O的质量分数。虽然它们在构造背景上有相似之处,但其成分的差异表明二者可能有不同的成因或经历不同的演化过程。近年来对中新生代汉诺坝玄武岩及其深源捕虏体的研究,许多学者认为华北板块中生代的底侵作用使地壳减薄,而玄武岩的形成则是幔柱作用的产物(李天福等,1999)。根据Gibson等(1996)的研究,高钾、高钛的溢流玄武岩是幔柱与岩石圈相互作用的产物,四子王旗橄榄玄武岩较高的TiO2和K2O特征,暗示其岩浆可能源于幔柱作用。KojiTsuruta等(1998)对碱性玄武岩中钾的行为特征进行实验研究表明,当压力从5GPa增加到7GPa时,单斜辉石中K2O从<0.1%急剧增加到>1%;在压力增加到6GPa时,岩石中出现少量的钾长石,表明钾玄岩的形成深度应该大于150km。但钾玄岩在大陆出现的量很少,可能与较厚的大陆岩石圈阻挡作用有关。四子王旗东八号橄榄玄武岩捕虏体中单斜辉石的钾含量较低,与包体的温压计算结