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

      大陆碱性玄武岩在地球化学特征上与洋岛玄武岩高度相似,被看做是板内玄武岩在大陆上的典型代表。本文以山东 新生代碱性玄武岩为例,探讨大陆碱性玄武岩的成因。山东新生代碱性玄武岩按时空分布特征可以分为两类：早期定向分 布、相互平行的三个火山群（包括鲁西的潍坊火山群、沂水火山群和胶东的蓬莱火山群）和晚期杂乱分布的孤立小火山。 早期火山群碱性较弱,以碱性橄榄玄武岩和碧玄岩为主,微量元素特征和同位素组成变化大;晚期孤立小火山碱性强,以 碧玄岩和霞石岩为主,微量元素特征和同位素组成较均一。因此,从岩性组成和时空分布特征看,山东的火山群相当于洋 岛/海山的造盾期玄武岩,而孤立小火山接近于洋岛/海山上的复苏期玄武岩。潍坊火山群和沂水火山群在Sr-Nd,Nd-Hf同位 素相关图上都存在从亏损到富集的两端元混合排列趋势,但两者的排列趋势有一点区别。其中同位素富集的端元相对于原 始地幔具有偏低的Ce/Pb比和偏高的Ba/Th比,指示其为大陆下地壳物质。同时,这种富集端元的Th/La比值明显低于大陆下 地壳的平均值,其放射成因Hf相对于放射成因Nd过剩（即Nd-Hf同位素解耦）,说明这种富集端元不是岩浆上升过程中混染 的下地壳物质,而是经历过早期熔融的再循环大陆下地壳（榴辉岩或者石榴辉石岩）。鲁西两个平行火山群在同位素排列上 的区别类似于夏威夷玄武岩中的KEA链和LOA链,因此,山东的平行火山群的深部动力学背景可能是地幔柱,再循环大陆 下地壳物质可能是这种地幔柱的重要组成物质。晚期的孤立小火山在地球化学特征上与火成碳酸岩非常相似,如在原始地 幔标准化图上都具有K,Pb,Zr,Hf,Ti的负异常等特征,因此我们认为其地幔源区为碳酸盐化的橄榄岩。孤立小火山中等亏损 的Sr,Nd,Hf同位素特征支持碳酸岩熔体来自年轻的（中生代？）再循环洋壳。     

中国中-东部地区新生代玄武岩的分布规律与面积汇总

利用图像处理技术,对中国中-东部地区地质图进行新生代玄武岩的像素提取,并叠加在高精度地貌图上,统计了
该地区陆地出露的新生代玄武岩的总面积和分区面积。结果表明：（1） 我国中-东部地区新生代玄武岩总面积为78
525 km2;（2） 以东部新生代盆地为界,盆地以西的中部地区新生代玄武岩面积为35 487 km2,盆地以东的东部地区新生代
玄武岩面积为43 038 km2,两边面积比为45:55;（3） 按时代划分,中国中-东部新生代玄武岩随时代变新分布面积递
增,S古近纪∶S新近纪∶S第四纪为0.36:21.65:77.99;（4） 中部地区的新生代玄武岩主要分布在北方,由北至南包括三个主要出露
区,分别为松辽盆地以西的大兴安岭地区(7334 km2)、锡林郭勒地区（13 843 km2） 和华北北缘（14 310 km2）;（5） 东部地
区新生代玄武岩的分布范围更广,从黑龙江一直到海南岛,也可以分为三个区,包括松辽盆地以东的东北地区（33 324 km2）、从
山东到福建零星分布的华东地区（1707 km2） 以及位于海南岛和雷州半岛的雷琼地区（8007 km2）;（6） 总体看,我国中-东
部地区新生代玄武岩主要分布在北方,如以山东省为界,北方玄武岩面积达69 191 km2,南方玄武岩面积达9334 km2,北南之
比为88∶12。     

中国东北软流圈地幔中的原始橄榄岩质地幔:来自大兴安岭地区新生代玄武岩的地球化学证据

为了进一步了解中国东北新生代玄武岩地幔源区的物质属性,报道了大兴安岭哈拉哈河-柴河地区新生代玄武岩的全岩主量、微量元素和Sr、Nd、Pb、Hf同位素组成.哈拉哈河-柴河玄武岩属钠质碱性系列,具有与洋岛玄武岩相似的微量元素特征,如富集大离子亲石元素（LILEs）、明显的Nb、Ta正异常等.它们具有中等亏损的Sr-Nd-Hf同位素组成（87Sr/86Sr=0.703 5~0.703 9、ε_Nd=5.21~6.55、ε_Hf=10.00~11.25）,接近中国东部新生代玄武岩的亏损端元.这些玄武岩具有中等的放射成因Pb同位素组成（206Pb/204Pb=18.37~18.57、207Pb/204Pb=15.52~15.54和208Pb/204Pb=38.24~38.43）,在206Pb/204Pb-207Pb/204Pb相关图上位于4.42~4.45 Ga的地球等时线之间.它们在Sr-Nd-Pb同位素相关图中均落入地幔柱来源的、高3He/4He比（>30R_a）的洋岛玄武岩范围内,暗示其源区可能存在来自深部地幔的古老原始地幔物质.此外,这些玄武岩具有高MgO（8.49%~11.58%）、高Ni（174×10-6~362×10-6）和高Mg#（59.1~66.9）的特征,表明它们接近于原始岩浆的成分.反演的哈拉哈河-柴河玄武岩的原始岩浆组成具有中等的SiO₂、低Al₂O₃以及高CaO/Al₂O₃比的特征,与石榴子石橄榄岩高压（>2.5 GPa）实验熔体的成分相当,暗示玄武岩的源区岩性最可能为橄榄岩.对以原始地幔（而不是亏损地幔）的微量元素为初始成分的饱满石榴子石二辉橄榄岩进行低程度（1%~2%）部分熔融的模拟计算,产生的熔体与哈拉哈河-柴河玄武岩具有一致的微量元素特征,这进一步支持了上述推断.综上所述,认为大兴安岭地区哈拉哈河-柴河玄武岩的源区含有来自深部地幔的古老的橄榄岩质原始地幔组分.      

大兴安岭新生代高镁安山岩的确认

高镁安山岩为一类相对富镁的中性火山岩(SiO_2=54~65 wt%,Mg~#≥45),一般分布于岛弧环境,其形成往往与板块俯冲密切相关。位于大兴安岭中段的内蒙古阿尔山市五岔沟地区分布了面积达700 km~2的新生代火山岩,其岩性为安山质熔岩,这在中国东部新生代火山岩(以玄武岩为主)中非常罕见。这些新生代安山岩与新生代玄武岩一样,均是板内岩浆作用的产物,其元素地球化学特征与岛弧高镁安山岩相似:SiO_2变化于54.10~57.97 wt%之间,Mg~#范围在53~60之间;在微量元素标准化图上,具有富集大离子亲石元素、亏损高场强元素的特征,类似于典型的弧火山岩。因此,笔者定义五岔沟地区的新生代火山岩为板内高镁安山岩。五岔沟新生代高镁安山岩的主量元素变化范围非常小。与该区中生代火山岩相比,在一定的SiO_2下,具有偏高的MgO(4.95~6.64 wt%)和Fe_2O_3~T(7.78~10.28 wt%)含量,偏低的CaO(5.77~7.55wt%)、Al_2O_3(14.33~15.61 wt%)和K_2O(0.06~1.45 wt%)含量。在Harker图解上,这些高镁安山岩没有表现出明显的演化趋势,反映其未经历明显的岩浆演化过程,化学组成接近原始岩浆。与实验熔体对比,五岔沟高镁安山岩的成分大致与榴辉岩来源熔体相吻合,但具有相对偏高的MgO含量。因此,五岔沟高镁安山岩的源区很可能是地幔中再循环的地壳物质(榴辉岩),在熔体上升过程中可能与地幔橄榄岩发生了反应。     

陆内强碱性火山岩的成因：以山东无棣大山霞石岩为例

本文以山东无棣的大山更新世霞石岩为例,通过全岩的元素地球化学和Sr-Nd-Hf同位素组成特征,探讨陆内强碱性幔源火山岩的成因及其源区特征。山东地区的新生代玄武岩主要分为早晚两期,早期以橄榄玄武岩为主,晚期以强碱性岩为主（包括霞石岩、碧玄岩等,常见地幔橄榄岩捕掳体）。大山霞石岩为晚期火山作用的代表,具有富碱和贫硅铝等强碱性火山岩的典型特征。在微量元素组成上,大山霞石岩以强烈富集轻稀土元素和大离子亲石元素,在原始地幔标准化图上以明显亏损Zr、Hf、Ti为特征(Hf/Hf^*=0.66~0.68,Ti/Ti^*=0.68~0.70)。其Sr-Nd-Hf同位素比值均一(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr>=0.70333~0.70339,ε_Nd=5.95~6.34,ε_Hf>=8.26~8.43),与早期玄武岩组成一个两端元混合的排列,其中大山霞石岩位于亏损端元一侧。在同位素组成相同的情况下,大山霞石岩相对山东新生代早期玄武岩具有明显偏低的Hf/Sm、Hf/Hf^*、Ti/Ti^*比值,说明源区残留矿物组合可以造成高场强元素Zr、Hf、Ti与稀土元素之间的明显分馏,暗示源区存在非橄榄岩组分。大山霞石岩相对橄榄岩来源熔体偏低的CaO含量和偏高的Zr/Hf比(47.9~48.4),说明其源区残留过剩的单斜辉石,源岩中的非橄榄岩成分为辉石岩或角闪石岩。中等亏损的同位素组成特征说明这些非橄榄岩组分可能与该区显生宙的地壳重循环过程有关。     

浙江建德新生代玄武岩源区特征及其成因

中国东南部浙江境内分布有大量新生代板内玄武岩，这些玄武岩的分布受到三条北东—南西向的断裂控制，将浙江玄武岩分为西部、中部、东部三个区域。其中，出露于浙江西部江山-绍兴断裂带的建德玄武岩是浙江境内最古老的新生代玄武岩（约40 Ma）。为进一步认识浙江境内新生代岩浆作用的本质，测定了建德玄武岩的元素组成和Sr、Nd、Hf、Pb同位素组成，并在与浙江境内其它新生代玄武岩对比的基础上，探讨它们之间的成因联系。建德玄武岩为碧玄岩，与浙江西部其它新生代玄武岩一样，碱性程度明显高于浙江中部和东部的新生代玄武岩（以弱碱性的碱性橄榄玄武岩和拉斑玄武岩为主）。这些玄武岩具有较低的SiO₂ (41.3~42.3 wt%）和Al₂O₃（9.70~12.6 wt%）含量，较高的MgO（8.90~15.6 wt%）、CaO（8.92~12.1 wt%）、TiO₂（2.78~3.18 wt%）和Fe₂O₃^T（14.1~16.2 wt%）含量以及较高的Ca/Al（1.02~1.16）比值。不相容微量元素组成上与火成碳酸岩具有亲缘性，即蛛网图上表现为明显的K、Zr、Hf、Ti的负异常（Hf/Hf*=0.74~0.77, Ti/Ti*=0.70~0.74），同时具有高的Zr/Hf比值（48.5~50.1），表明其地幔源区含有碳酸盐组分。建德玄武岩具有亏损的Sr-Nd-Hf同位素组成（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.7032~0.7034, εNd=5.85~5.95, εHf=7.78~8.56）和较高的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb（18.491~18.554）、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb（15.488~15.518）和²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb（38.387~38.523）比值。相比浙江中部和东部玄武岩，浙江西部玄武岩及建德玄武岩具有更高的碱含量、不相容微量元素含量、La/Yb比值和更明显的K、Zr、Hf、Ti负异常，表明浙江西部玄武岩是碳酸盐化地幔低程度熔融的产物。浙江新生代玄武岩的Ti/Ti*与Ba/Th、K/La比值之间较好的正相关性表明其源区存在两端元混合的特征。其中，以浙江西部玄武岩（包括建德玄武岩）为代表的地幔端元是由含碳酸盐的再循环洋壳熔融产生的碳酸盐熔体与亏损地幔反应形成的碳酸盐化地幔，以较低的Ba/Th、K/La和Ti/Ti*比值为特征。以浙江东部玄武岩为代表的地幔端元具有和碳酸盐化地幔端元互补的、较高的Ba/Th、K/La和Ti/Ti*比值，代表熔融残余的再循环洋壳。因此，浙江新生代玄武岩的地幔源区是不均一的，这种不均一性主要是由具有成因联系的两种端元组分所控制。     

五大连池钾质火山岩中辉石斑晶的反环带结构研究 及其对岩浆演化的约束

五大连池钾质火山岩中发现具有反环带结构的单斜辉石斑晶。反环带辉石的核部为次透辉石,与边部相比具有较低 的Mg#值（68~77）、TiO2 （0.23~0.50 wt.%）、Cr2O3 （<0.06 wt.%）和较高的Al2O3 （3.4~5.0 wt.%）、Na2O（0.43~0.78 wt.%）、 FeO（8.8~11.0 wt.%）、MnO含量。核部的稀土元素标准化曲线较为平坦,且具有非常显著的Eu和Sr的负异常（Eu/Eu*= 0.35~0.63,Sr/Sr* = 0.03~0.17）,指示其为曾与斜长石平衡的变质岩辉石。在Mg#-TiO2相关图上,核部总体成分落入华北下 地壳低Mg麻粒岩中单斜辉石的成分范围,因此核部应该是来自下地壳麻粒岩的捕掳晶。反环带辉石边部与正常辉石斑晶成 分一致,具有较高的Mg#值（81~85）、TiO2（0.40~1.65 wt.%）、Cr2O3（0.03~0.25 wt.%）和较低的Al2O3（2.1~3.4 wt.%）、Na2O （0.34~0.63 wt.%）、FeO（4.6~6.6 wt.%）、MnO含量,轻重稀土分馏明显（La/Yb） N = 3.23~7.89,与玄武岩全岩的特征吻合。 利用主量和微量元素的分配系数进行的模拟计算均表明,反环带辉石边部与寄主岩浆已达到成分平衡,说明边部是在熔蚀 核部的基础上再生长而成的岩浆成因辉石。五大连池正常辉石斑晶的Mg#值与TiO2具有负相关性,指示岩浆在地壳深度经历 了一定程度的演化。反环带辉石斑晶边部由里到外Al2O3和Na2O含量逐渐增加的趋势支持岩浆经历演化的结论。核部辉石 的麻粒岩属性表明岩浆演化主要发生在下地壳。温压计计算结果也指示正常辉石斑晶和反环带辉石的边部都结晶于下地壳 深度的系列岩浆房。晚期结晶的辉石斑晶总是比早期结晶的辉石更富集不相容元素,说明分离结晶作用导致五大连池玄武 岩的不相容元素更富集。平衡计算表明,与辉石斑晶平衡的岩浆与玄武岩全岩在微量元素特征上高度相似。考虑到全岩高 度一致的微量元素特征,研究认为五大连池玄武岩的成分变化主要受下地壳岩浆房中的结晶分离作用控制,地壳混染（包 括壳源岩浆混合）可以忽略不计。     

中国东南部晚中生代基性岩脉地幔源区的岩性演化历史

中国东南部晚中生代的岩浆活动被认为与古太平洋板块的俯冲作用密切相关,而板块的俯冲作用又势必会对地幔的性质产生重要影响.晚中生代基性岩脉在中国东南部尤其是沿海地区广泛分布,为揭示中国东南部地幔演化历史及其与古太平洋板块俯冲之间的潜在成因联系提供了理想的研究对象.因此,对湘、赣、浙、闽、粤五省基性岩脉的年代学和地球化学数据进行了总结,通过恢复它们的原始岩浆组成,厘定其地幔源区岩性,揭示了研究区地幔的岩性演化历史.研究发现,中国东南部晚中生代基性岩脉的源区岩性在地域上没有显著差异,在时间尺度上表现出明显变化.在150~110 Ma期间,中国东南部地幔源区的岩性包含富硅辉石岩和贫硅辉石岩两类;而在110~64 Ma期间,地幔源区的主体岩性转变为贫硅辉石岩,伴随部分橄榄岩.基于上述地幔岩性的演化规律,并结合前人对研究区基性玄武岩的研究工作,认为研究区晚中生代地幔的岩性转变主要受控于古太平洋板块的俯冲过程,是板块俯冲角度改变的结果.      

南海洋脊抽吸作用对其周边新生代玄武质岩浆活动的影响

洋中脊与地幔柱相互作用诱发的洋脊抽吸作用,被认为是产生富集型洋中脊玄武岩以及某些洋岛和海山的重要地质过程。但是,对于边缘海扩张是否同样会产生洋脊抽吸作用并控制其周边的玄武质岩浆活动,目前仍不清楚。南海海盆是世界上最大的边缘海海盆之一,它的扩张时间为~32~16 Ma。由于其周边分布有大量的软流圈来源的玄武岩,因而是讨论这一问题的理想研究区。文章对相对远离南海扩张中心的浙江省新生代玄武岩进行了K-Ar定年工作,发现浙江余姚的新生代玄武岩主要形成于渐新世至早中新世(32.2~21.7 Ma),属于南海扩张期的玄武岩。前人研究发现,南海周边的新生代玄武岩主要是形成于南海盆地扩张结束之后。结合前人数据和此次研究的年龄结果发现,越远离南海扩张中心,中国东南部的南海扩张期玄武质岩浆活动越密集。洋脊抽吸作用可以很好的解释这一时空分布规律,因为上涌的地幔流会汇聚在南海扩张中心的区域。而在浙江地区发现了南海扩张期玄武岩,则表明该区域深部的地幔流并没有受到南海洋脊抽吸作用的显著影响。     

中国东北鸡西新生代玄武岩源区岩性制约

新生代火山岩在中国东北地区广泛出露,主要集中于松辽盆地周缘。其中盆地东部多沿抚顺—密山、依兰—伊通断裂带分布,尤其集中于长白山地区,以钠质玄武岩为主。前人研究表明,东北地区的地幔源区存在显著的化学不均一性,暗示这些玄武岩复杂的成因。为进一步查明它们的地幔源区岩性,揭示其岩石成因,文章选择抚顺—密山断裂带北部鸡西地区的玄武岩开展研究工作。研究区玄武岩岩性变化较大,其SiO₂含量为44.2～49.6 wt%,MgO含量为6.7～10.6 wt%,在TAS分类图上可进一步细分为碧玄岩、粗面玄武岩及玄武岩三个类别。微量元素上,研究样品呈现不相容元素相对富集的特征,具Nb、Ta的正异常和Pb、Ti的负异常,与洋岛玄武岩的微量元素组成相类似。通过计算研究样品的原生岩浆组成,发现其具有富MgO、贫SiO₂和CaO的特征,在透辉石向CATS-橄榄石-石英的投影图上落在贫硅辉石岩的区域内;同时结合玄武岩较高的FC3MS(FeO^T/CaO-3×MgO/SiO₂)值,认为其源区确实存在辉石岩组分的贡献。为进一步证实上述岩...