湘南中新生代玄武岩中辉长岩包体的大地构造环境讨论

摘 要:通过对湖南南部中新生代玄武岩中辉长岩岩石包体研究,认为其形成于晋宁期的地壳拉伸减薄过程,在其后海西期的构造运动中再次熔融上侵,并在132~151Ma时期随着燕山期运动过程中被捕获,上升至地表。

关键词:玄武岩 辉长岩包体 构造环境

中图分类号:P62 文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 01-118-02

湘南新田、宁远、道县一带,沿NE向分布有500多个玄武质火山岩体及次火山岩体,单个岩体规模不大,面积从几十平方公里至几平方米不等,产状有小规模岩流、火山锥、岩筒、岩脉和岩墙等,火山岩体的围岩主要是泥盆纪、石炭纪灰岩、最新者为白垩系的灰紫色、绿色的泥质砂岩,因而可知火山岩形成的时代应为白垩纪。其中虎子岩玄武岩体同位素年龄132~151Ma,形成时间应在晚侏罗世-早白垩世,即燕山运动的中期阶段。在这套中生代玄武岩中的携带有深源包体,种类多而齐,且数量极为丰富,为了解地壳深部的结构组成提供了重要的信息。

图1宁远-道县一带地质略图

1.Z-S地层;2.侏罗系地层;3.白垩系地层4.中生代玄武岩;

5.深大断裂;6.不折合接触界线;Ⅰ.虎子岩岩体包体组成为:尖晶石二辉橄榄岩+辉长岩+麻粒岩+钾长石片麻岩;

Ⅱ.太阳山岩体包体组成:尖晶石二辉橄榄岩

1寄主玄武岩岩石学与地球化学特征

湘南地区玄武岩岩体主要呈灰绿色,块状、气孔-杏仁状构造,斑状结构,斑晶主要为镁橄榄石。TAS 分类图,本区熔岩大多分布在玄武岩和粗面玄武岩区,少数落在碧玄岩区。按照CIPW矿物分类命名,这些岩体的岩性包括:石英拉斑玄武岩、橄榄拉斑玄武岩、碱性橄榄岩、碧玄岩等。椐(Na2O + K2O)-SiO2 图及AFM 图等判别,石英拉斑玄武岩和橄榄拉斑玄武岩属拉斑玄武岩系列,其余均属碱性玄武岩系列。

湘南地区的玄武岩的稀土配分型式类似,稀土总量较高, REE值分别为210.21~223.2(东城山岩体)和190.81~247.8(虎子岩体)。配分曲线强烈的右倾,为轻稀土富集型,具有大陆裂谷型的特征,表明本区玄武岩产出的构造环境应为大陆裂谷环境。Eu异常不明显,表明岩浆未经历过以斜长石为主的分离结晶作用。认为湘南地区的玄武岩主要是受控于部分熔融机制,而不是分离结晶机制。

本区玄武岩较MORB明显富集K、Pb、Ba、Zr而贫Ti、Yb和Y等,其微量元素配分型式于板内玄武岩相似但更富Rb、Ba和Th。同时,在过渡元素配分型式上,富Fe、Ti,并显示强烈的配分型式。在稀土元素配分模式上,无Eu明显异常,右倾斜型,斜率大,(La/Yb)N在10.30至12.53之间,轻稀土元素相对富集,属于大陆裂谷碱性玄武岩。

2辉长岩包体特征

辉长岩包体是该地区中生代玄武岩中一类重要的包体,包体大小不一,几厘米至几十厘米者均有,形状以球状、肾状为主。包体多呈深灰色至黑色,灰长结构,局部可见堆晶结构。。矿物组成为斜长石+单斜辉石斜方辉石+橄榄石+角闪石+尖晶石。

2.1包体的岩石化学特征

辉长岩包体的全岩分析结果见(表1)。包体总的来说具有(1)是富Al和Ca, Ca的含量在10%左右,Fe、Mg相对贫;(2)是Na2O十K2O在4%左右,Na2O>K2O;(3)是在硅-碱图上投点落在拉斑系列,TiO2-10P2O5-10MnO图为钙碱性玄武岩区,反应了岛弧型的构造环境。(4)在Mg#[Mg#=Mg/(Mg+∑Fe)]对主要氧化物图解中,CaO呈正相关,TiO2、FeO为负相关,Al2O3、K2O和P2O5变化很小,Al2O3局部显示出负相关趋势。CaO含量随着岩浆的演化而降低,这与辉长岩中单斜辉石、斜方辉石及基性辉长石的早期分离结晶作用有关。

表1辉长岩包体岩石化学成分

2.2包体地球化学特征

辉长岩包体的稀土总量(表2)远低于玄武岩,可能表明源区亏损稀土元素,具显著的Eu正异常,这主要是因为分离结晶相长石中Ca含量高有关,它可能由斜长石二辉橄榄岩源区熔融形成, 斜长石的熔融起了主要作用,熔浆在分离结晶过程中斜长石又作为主要的分离结晶相在分异的早期与暗色矿物一起沉淀,从而形成具有条带状构造的辉长岩。这在辉石的矿物化学特征上得到了体现,即岩浆分异向着富Fe富碱的方向演化,含角闪石的尖晶石辉长岩就是岩浆分异晚期的产物。随着辉长岩浆的分异演化,F2O3含量增高,表明岩浆的结晶条件从还原状态向着相对氧化状态过渡,指示岩石圈伸展减薄的地质事件,辉长岩浆的形成就是深部岩石圈地幔上隆,发生较大规模熔融的产物,在侵入到地壳厚,通过结晶、固结成岩。

微量元素:辉长岩的过渡元素配分形式与寄主玄武岩相似,只是总量低于玄武岩,它代表了深部结晶分异形成的堆积岩碎块。其亲石元素的特征参数K*=0.94(<1) ,说明辉长质岩浆形成时源区几乎没受交代作用,Nb*=0.54(<1),则反映岩浆在形成之后受到地壳的混染。

图2辉长岩包体的TAS图解(据文献10)

B-玄武岩;O1-玄武安山岩;O3-英安岩;R-流纹岩;

S1-粗面岩玄武岩;U1-碧玄岩或碱玄岩;A-碱性系列;

S-亚碱性系列;●.辉长岩包体

图3辉长岩包体TiO2-10P2O5-10MnO(据Mullen,1983)

MORB-洋脊玄武岩;OIT-洋岛拉斑玄武岩;OIA-

洋岛碱性玄武岩;IAT-岛弧拉斑玄武岩;CAB-钙碱

玄武岩;▲.辉长岩包体

表2湘南地区中生代玄武岩及其包体稀土元素含量表

3大地构造意义讨论

通过前人对该地区辉长岩包体做了大量多种方法的同位素年代学的。采用U-Pb法测得辉长岩包体中的锆石,获得不一致线与和谐曲线的上交点年龄为787€?0Ma,这与区域上分布的基性岩年龄相一致,认为是在晋宁造山之后的拉张背景下,基性岩浆侵入下地壳的结果。下交点年龄为298€?7Ma,这与前人测的辉长岩包体的全岩和单矿物Sm-Nd等时线年龄为224€?4Ma相吻合,人为对应于海西构造期,它是地壳大规模裂陷作用的产物,辉长岩包体再次熔融,底侵上身。这与该时期扬子地台西缘大面积的峨嵋二叠纪玄武岩喷溢的响应,都反映了海西期构造-热事件。此外获得锆石表面年龄为1385€?6Ma,则认为是在岩浆上升过程中所捕获的中元古代地壳园区的锆石,这与岩浆受到了地壳混染结果相吻合,反映了晚元古时期地壳深部的岩浆活动是较为强烈的,晚元古时期发生了幔源基性岩浆对下地壳的底侵作用,并且是反映了地壳的一种垂直增生机制。

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