华北克拉通东部新生代碱性玄武岩源区研究概述

摘 要：随着分析测试技术的发展，和有关项目的开展，国内外学者对华北东部新生代碱性玄武岩研究已日渐深入，并积累了较丰富的地球化学资料。本文从本区新生代碱性玄武岩的地球化学特征出发，对玄武岩的成因、源区性质和深部作用过程进行了较为全面的总结。玄武岩地球化学特征表明其源区经历过不同程度的富集作用，来自俯冲洋壳的熔体/流体改造可能为源区富集作用的主要机制，从而形成类似OIB特征的大陆玄武岩，结合本区所处的大地构造环境，太平洋板块的俯冲可能是华北克拉通东部地区新生代岩浆源区富集的主要因素。

关键词：玄武岩；岩石圈地幔；软流圈地幔；太平洋板块

本文所指的华北克拉通东部是指位于大兴安岭-太行山重力梯度带以东的华北克拉通地区。华北克拉通东部新生代早期玄武岩主要分布于中-新生代拉张盆地中，多为拉斑和弱碱质玄武岩。而自中新世以来的玄武岩出露广泛，主要分布于裂谷两侧[1]，玄武岩岩性以碱性和强碱性为主，作为典型的板内碱性玄武岩，已成为国内外学者的研究热点，也是本文的研究重点。通过前人的研究，积累了较丰富的地质与地球化学资料，本文综合前人的研究成果，来探讨玄武岩浆源区性质及其深部作用过程。

1 玄武岩地球化学特征

玄武岩在元素地球化学特征上与洋岛玄武岩（OIB）十分类似，富集绝大多数强不相容元素，在全岩微量元素原始地幔准化蛛网图上具有Nb、Ta的正异常和K、Pb的负异常，高Nb/U和Ce/Pb比值[2]。在球粒陨石标准化稀土元素配分图上，具有类似OIB的轻稀土元素（LREE）富集的特征，重稀土元素（HREE）分配较为平坦。

在同位素组成上，玄武岩中的Sr-Nd同位素组成具类似OIB的亏损特征，更接近亏损端元[3]。在Pb-Nd同位素相关图上，206Pb/204Pb与143Nd/144Nd成正相关[7]。玄武岩在富集地幔同位素组成的同时也富含大离子亲石元素[4]。

2 玄武岩中捕掳体的研究

在山东昌乐-临朐新生代玄武岩中发现有大量的地幔橄榄岩捕虏体产出，通过对捕掳体的研究发现，该区岩石圈地幔为新生岩石圈地幔，且遭受过熔体的强烈改造[5]，因而出现Fo值极低的橄榄岩和橄辉岩，类似的情况也发生在山东山旺和辽宁阜新等地[6]。刘吉强等人[7]通过对山东临朐新生代玄武岩中地幔捕掳体中的流体（熔体）包裹体研究，碳酸盐熔体包裹体寄主矿物主要为斜方辉石，其形成可能与CO2流体和橄榄石、单斜辉石反应有关，而富CO2流体包裹体中杂质组分多样性，说明橄榄岩曾经历与灌入流体/熔体的反应，说明该区陆下岩石圈地幔曾经过被软流圈来源的富CO2 流体/熔体所改造。张宏福等人[8]在该地区新生代玄武岩中发现了大量的辉石捕虏晶，其中含有大量与寄主岩无关的硅酸盐熔体包裹体，推知可能中生代的壳幔相互作用有关。Tang等[9]通过对吉林靖宇县新生代玄武岩中携带的尖晶石相二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和辉石岩捕虏体进行Li同位素原位研究发现，该区的岩石圈地幔曾经历过来自俯冲大洋板片的熔体/流体的富集改造，后期又经历了来自软流圈地幔熔体的改造。由此可知，中生代时期的本区壳幔相互作用和之后的熔体改造使得新生代碱性玄武岩的源区更加富集。

3 岩浆源区性质

大陆玄武岩在喷出地表的过程中要穿过相对较厚的大陆地壳，因此，在探讨大陆玄武岩成因的时候不可忽略地壳混染的影响。在讨论玄武岩在上升过程中是否受到地壳混染时，需要综合多种判别指标，如果仅靠某个或几个指标往往会得出相互矛盾的结论。前人在对本区玄武岩展开研究时，也都通过多种指标（如Nb/U、Ce/Pb值等）的论证，排除了明显地壳混染的可能性。而许多碱性玄武岩中有地幔捕掳体产出，表明岩浆上升侵位速度快，围岩与岩浆来不及反应，加之同位素组成变化范围及其相关关系与OIB相似，也都说明地壳组分对玄武岩地球化学组成的影响甚微[9]。

华北东部新生代碱性玄武岩大都认为是软流圈地幔来源[7]。软流圈地幔与本区新生代玄武岩地球化学特征存在着明显的差异。普遍富集轻稀土元素（LREE）和LILE的特征，而亏损的地幔橄榄岩部分熔融不可能产生这些特征。由于橄榄岩的部分熔融在通常情况下不会造成高场强元素之间和高场强元素与稀土元素之间明显的分馏，而偏低的Hf/Sm比和偏高的Zr/Hf比，也说明源区与OIB的源区一样，存在非橄榄岩组分（富集组分）。

有的学者认为富集组分来自于岩石圈地幔[11]，Han[12]等通过对赤峰玄武岩的研究发现其低εNd值和高Ti/Y比值，认为其富集组分应该来自深部，源区可能受到来自深部地幔的富集LREE和LILE的熔体交代[13]。本地区新生代碱性玄武岩的成因并无本质差别，岩浆源区在部分熔融之前都经历了富集作用，只是各自的富集程度有所不同[14]。

4 源区的富集过程

古老的克拉通岩石圈地幔经过长期的熔体提取后，表现为难熔和缺水，主要由难熔的方辉橄榄岩组成。二辉橄榄岩和辉石岩是方辉橄榄岩与来自软流圈地幔的熔体反应的产物，而中国东部新生代玄武岩中的地幔橄榄岩捕掳体多为相对饱满的尖晶石二辉橄榄岩，Sr-Nd-Pb同位素主要表现为亏损的特点[5]，反映了岩石圈地幔具有“新生”特征。这也说明中国东部岩石圈地幔经历过富集改造作用。

闫峻等研究发现位于长江中下游地区的蝌蚪山晚中生代玄武岩起源于岩石圈地幔，而扬子克拉通东部（南京塔山、盘山等地）新生代玄武岩来源于软流圈地幔。这说明不仅在华北，岩浆源区转换过程也同样地发生在扬子克拉通，且具有时代上的一致性。而120-130Ma期间的岩浆活动在整个中国东部广泛发育，似乎说明本区和中国东部其他地区一样，在中-新生代期间可能经历了统一的地质作用过程，玄武岩的地幔源区发生富集作用的深部动力学背景可能是相同的。

和中国东部新生代玄武岩一样，本区玄武岩中普遍的高Fe/Mn值和OIB型的微量元素地球化学特征，反映地幔源区可能存在辉石岩成分的加入。这些辉石岩可能以“堆晶”交代岩脉的形式存在于岩石圈地幔中，并与橄榄岩围岩发生隐性交代作用，最终使得岩石圈地幔变得富集。在六合盘石山新生代玄武岩中的橄榄岩包体地球化学特征也反映了该地区岩石圈地幔经历过隐性地幔交代作用，而交代熔体来自地幔内部。玄武岩浆在软流圈地幔形成后，在上升过程中与岩石圈地幔中的富集熔体混合，并在穿过岩石圈地幔的同时，还同化了早期的辉石岩交代岩脉，最终变得更加富集。

地震层析成像显示残留的古太平洋俯冲板片平卧在中国东部地幔过渡带内，其俯冲效应在中国东部新生代玄武岩地球化学特征上也得到了体现，在俯冲流体或含水熔体中LILE和LREE的活动性较HREE高，因而本区玄武岩具有富集LILE和LREE的特征。加之特提斯洋和蒙古洋在三叠纪已经闭合，该熔体/流体可能来自于侏罗纪时期开始向西俯冲的太平洋板块[12]。

5 存在的问题

虽然前人围绕本区玄武岩做了很多工作，研究程度较高，但对构成玄武岩物质组成的不同来源组分的识别仍然是一个难题，需要进一步研究。就本地区而言，对洋壳和陆壳物质来源的有效识别，不仅可以丰富对玄武岩成因的认识，还有助于对玄武岩形成的深部动力学背景的认识，也将是今后的一个研究方向。

参考文献

[1]LIU R X，CHEN W J，SUN J Z，et al.The K-Ar age and tectonic environment of Cenozoic volcanic rock in China [M].LIU R X.The age and geochemist ry of Cenozoic volcanic rock in China. Beijing：Seismologic Press，1992：1243 （ in Chinese）.

[2]陈立辉，曾罡，胡森林等.地壳再循环与大陆碱性玄武岩的成因：以山东新生代碱性玄武岩为例.高校地质学报，2012，18（1）：16-27.

[3]Zou Haibo，Zindler Alan，Xu Xisheng，et al. Major，trace element，and Nd，Sr and Pb isotope studies of Cenozoic basalts in SE China：Mantle sources，regional variations，and tectonic significa-

nce.Chemical Geology，2000，171（1-2）：33-47.

[4]刘丛强，解广轰，增田彰正.中国东部新生代玄武岩的地球化学（Ⅱ）Sr、Nd、Ce同位素组成.地球化学，1995，24（3）：203-214.

[5]Zheng J P，O"Reilly S Y，Griffin W L，et al.Nature and evolution of Cenozoic lithospheric mantle beneath Shandong Peninsula，Sino-Korean craton，eastern China.Int Geol Rev，1998，40：471-499.

[6]张宏福.橄榄岩-熔体相互作用：克拉通型岩石圈地幔能够被破坏之关键.科学通报，2009，54（14）：2008-2026.

[7]刘吉强，陈立辉，倪培.山东临朐新生代地幔捕虏体中的流体/熔体包裹体：软流圈-岩石圈相互作用的信息.科学通报，2010，55（7）：579-588.

[8]张宏福，Nakamura E，张瑾等.山东临朐新生代玄武岩携带的单斜辉石晶体中玻璃质熔体包裹体.科学通报，2006，51：1558-1564.

[9]Tang Y J，Zhang H F，Etienne Deloule，et al.Slab-derived lithium isotopic signatures in mantle xenoliths from northeastern North China Craton.Lithos，2012，149，79-90.

[10]罗丹，陈立辉，曾罡.陆内碱性火山岩的成因：以山东无棣大山霞石岩为例.岩石学报，2009，25（02）：311-319.

[11]Chung S L.Trace Element and Isotope Characteristics of Cenozoic Basalts around the Tanlu Fault with Implications for the Eastern Plate Boundary between North and South China .The Journal of Geology，1999，107：301-312.

[12] Han B，Wang S and Kagami H.Trace element and Nd-Sr isotope constraints on origin of the Chifeng flood basalts，North China[J].Chemical Geology，1999，155：187-199.

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