大陆溢流玄武岩的地球化学特征及起源

快速上涌的大陆溢流玄武岩（CFB），与大陆裂开存在密切的成因关系。CBF总体岩石及地球化学成分均一，富集同位素及不相容元素，但一些样品含有明显的亏损成分，反映出普遍的地幔不均一性，来自上下地幔边界及软流圈的地幔柱提供了CFB所需的主要物质和能量来源，地壳混染作用对CBF的成分影响不大，而受俯冲带脱水流体以及热地幔柱自身与围岩发生的交代作用影响。交代岩石圈地幔对CBF产生重要影响，很好地解释了CFB所具备的微量元素和同位素特征。     

岛弧火山岩成因和地球化学特征

岛弧火山岩主要为俯冲带的俯冲板片脱水形成的富大离子亲石元素流体交代地幔楔,并使其发生部分熔融,产生岛弧岩浆作用而形成的,岩石组合通常为玄武岩—安山岩—英安岩—流纹岩及相应侵入岩组合。它以Al2O3、K2O高,低Ti O2,且K2ONa2O为特征,相对富集LILE,亏损HFSE,特别是Ti、Nb、Ta等。本文主要从岛弧岩浆作用的起因着手,分析流体和熔体对地幔楔的交代作用,以及岛弧岩浆作用过程,进而分析岛弧火山岩的地球化学特征。     

全球大陆板内玄武岩数据的初步研究

大陆板内玄武岩(ICB)是产自于大陆内部、不包括大陆溢流玄武岩和大陆裂谷玄武岩且规模比较小的玄武岩。本文依据全球数据库资料,对大陆板内玄武岩进行研究,详细介绍了研究方法、数据清洗过程以及数据处理过程,并在此基础上探讨了新生代ICB的时空分布特征,同时着重研究了大陆板内玄武岩的源区性质、源区物质的熔融深度以及在上升过程中与地壳的混染程度。     

大陆板内玄武岩数据挖掘:成分多样性及在判别图中的表现

通常认为,大陆溢流玄武岩(CFB)、裂谷玄武岩(CRB)、板内玄武岩(WPB)均产于板内构造环境,其地球化学特征与OIB类似,源于富集的下地幔,与地幔柱的活动有关。本文利用GEOROC数据库对全球CFB、CRB和WPB数据进行挖掘,发现上述三类玄武岩判别图投图几乎落入了全部的构造环境域,有些甚至主要落入MORB和IAB区,而不是落入WPB区。结果表明原先的玄武岩判别图的判别功能值得商榷,尤其对大陆玄武岩来说,许多判别图都存在问题。全体CFB、CRB和WPB的地球化学成分变化巨大,暗示其源区具有强烈的不均一性:部分CFB、CRB和WPB来自富集的地幔柱,仍然具有经典的OIB的特征;部分来自MORB的源区,与MORB的再循环作用有关;部分来自岛弧岩石圈之下的亏损地幔源区,以强烈亏损Nb-Ta为特征,类似岛弧玄武岩的地球化学特征。许多地区的大陆玄武岩可分为低钛和高钛两类,低钛玄武岩大多是亏损或强烈亏损的,而高钛玄武岩通常是富集型的。本文的研究表明,富集型大陆玄武岩可能来自富集的下地幔,而亏损的和强烈亏损的玄武岩可能来自具有MORB或岛弧特征的软流圈地幔。进一步指出,源区性质可能是大陆玄武岩多样性的主控因素,其次为部分熔融程度、熔融深度、结晶分离、陆壳混染以及AFC过程。     

新疆阿尔金山喀腊大湾地区玄武岩的地球化学特征及地质意义

对新疆阿尔金山东段喀腊大湾地区玄武岩进行了系统的岩石地球化学分析, 结果表明, 喀腊大湾地区的玄武岩具有低的Mg#值(Mg#=Mg/(Mg+Fe)×100)。稀土元素的含量变化范围较大, 轻重稀土分异不明显, 具有轻微的轻稀土富集, 弱的Eu负异常。微量元素Ni、Co、Cr与MgO呈正相关, 微量元素多元素标准化图解中, 普遍具有Nb、Ta的负异常, 部分样品具有Ti的负异常。在Th/Yb-Ta/Yb和Th/Hf-Ta/Hf构造环境判别图解中, 分别落入活动大陆边缘环境和大陆拉张(或初始裂谷)环境, 结合本区双峰式火山岩中玄武岩的地球化学特征, 以及与北阿尔金蛇绿混杂岩带其它地区玄武岩的对比, 认为喀腊大湾地区的玄武岩可能形成于紧邻北阿尔金地区古洋盆的活动大陆边缘环境。     

全球大陆弧玄武岩（CAB）的特征——与岛弧玄武岩（IAB）和弧后玄武岩（BAB）的对比

活动陆缘玄武岩（CAB）主要出现在安第斯,早先大多认为CAB 大体相当于IAB,在许多判别图中, CAB 基本上与IAB 在一起, 只是LILE 富集和HFSE 亏损的程度略有差别而已。本文的研究表明,尽管CAB 富集LILE,但是,Nb-Ta 亏损不是非常明显。在最新的采用大数据方法厘定的判别图中,CAB 不同于IAB,不是落在IAB 区,而是位于IAB 与OIB 的过渡区域。CAB 中保留了很多OIB 的印记,说明板块俯冲时伴随有来自地幔深部的岩浆的加入,故CAB 中保留了OIB 的印记。我们的研究还发现, 在安第斯弧后盆地玄武岩具有OIB 的印记,而非MORB 的特征。本文按照大数据的思路,讨论了CAB 的特征,并与IAB、BAB 进行了初步的对比。研究表明,CAB 明显不同于IAB,CAB 兼具IAB 和OIB 的特征,但对其深度的认识还有待于今后进一步的研究。     

塔里木西南缘棋盘河乡玄武岩锆石U-Pb年代学和地球化学研究

通过对塔西南棋盘河乡尤勒巴斯地区玄武岩进行了LA-ICP-MS 锆石 U-Pb同位素研究。获得锆石²⁰⁶ Pb/²³⁸ U同位素年龄为298.3±2.8 Ma(MSWD=2.6), 代表玄武岩的结晶年龄。本次研究的玄武岩具有高的Ti、Nb: Ti/Y为513.86~577.35、Nb含量为28×10^-6~35.7×10^-6、La/Nb为5.06~6.25以及低的Zr/Nb比值(10~10.86), 表明该玄武岩的形成与富集岩石圈地幔有关。而相对低的Nb/U(近30)和Ce/Pb(近15)比值, 指示研究区玄武岩来自大陆岩石圈或受一定程度的地壳混染。尤勒巴斯地区玄武岩具有高TiO₂和P₂O₅, 富集轻稀土和Rb、Ba, 指示具有地幔柱的地球化学成分特征。基于塔里木地区大规模的火山岩喷发以及富集不相容元素的地球化学特征和岩相古地理特征支持, 塔西南玄武岩可能是由地幔柱火山作用, 或由于地幔柱的供热和上升导致富集的岩石圈地幔部分熔融而形成。     

华南新元古代中期裂谷火山岩系：Rodinia超大陆裂谷化-裂解的地质纪录

华南新元古代中期（746-827Ma）双峰式（玄武岩-流纹岩）火山岩喷发于大陆板内裂谷环境。它们极有可能与导致Rodinia超大陆裂谷化-裂解的地幔柱（或超级地幔柱）活动有关。根据岩石地球化学数据,华南新元古代中期裂谷基性熔岩可以划分为高Ti／Y（HT,Ti／Y〉500）和低Ti／Y（LT,Ti／Y〈500）两个岩浆类型。HT熔岩又可进一步划分为HT1和HT2等两个亚类。HT1熔岩主要分部于华南中-西部裂谷盆地之中,总体上属于碱性玄武质岩浆系列;HT2和LT熔岩主要分布于华南中-东部裂谷盆地之中,总体上属于拉斑玄武质岩浆系列。元素和同位素数据表明,华南新元古代中期裂谷基性熔岩的化学变化不是由一个共同的母岩浆结晶分异作用所产生。华南中-西部地区裂谷基性熔岩的母岩浆经受了辉长岩质结晶分离作用,而华南中-东部地区裂谷基性熔岩的化学演化则是受控于单斜辉石（cpx）士橄榄石（01）结晶分离作用。各个双峰式火山岩系中,基性和酸性熔岩间为分异结晶关系。华南新元古代中期裂谷火山岩系极有可能是源于共同的地幔柱,该地幔柱组分的成分为：eNd（f）≈＋6,Mg#≈0．7,La／Nb≈0．7。华南新元古代中期裂谷基性熔岩存在空间上的地球化学变化：华南中一西部HT1熔岩的母岩浆,没有受到明显的大陆岩石圈混染,保存了鲜明的地幔柱信号;而大陆地壳或大陆岩石圈混染作用对于华南中-东部LT和HT2熔岩的形成则有着重要贡献。研究揭示,华南新元古代中期裂谷基性熔岩的母岩浆总体上产生于上涌地幔柱较深层位的石榴子石稳定区（深度：100～130km）。中-西部裂谷基性熔岩的母岩浆（碱性玄武质）产生于深度较大（～130km）、部分熔融程度较低（〈10％）的条件下,中-东部裂谷基性熔岩的母岩浆（拉斑玄武质）产生于深度稍浅（～100km）?     

江西会昌岽背玄武岩地球化学和Sr-Nd同位素特征及其地质意义

江西会昌岽背地区晚中生代玄武岩的SiO2含量为49.06%～50.14%,K2O含量为1.26%～1.63%.其微量元素显示出大离子亲石元素富集,高场强元素亏损,尤以明显的Nb、Ta亏损为特征;REE总量为(135.5～146.8)×10-6,(La/Yb)N≈10,表现出LREE富集的稀土元素配分模式,且无明显的Eu异常;Sr-Nd同位素具有高(87Sr/86Sr)i(0.70678～0.70695)和低εNd(t)(-2.46～-2.18)的特征.据以上特征并结合区域地质背景,反映出岽背玄武岩的源区可能为EMⅡ型富集型大陆岩石圈地幔,其形成的构造环境为活动大陆边缘.较低的Nb/U比值(7～8)暗示该玄武质岩浆在形成过程中遭受了一定程度的大陆地壳混染或与俯冲过程有关的物质的加入.岽背玄武岩具有陆缘弧型地球化学特征,指示会昌地区在晚白垩世晚期(约85 Ma)处于活动大陆边缘的构造环境,该玄武岩的形成可能与燕山晚期古太平洋板块向欧亚大陆的俯冲消减作用关系密切.底侵作用可能为会昌地区燕山晚期成矿岩浆的生成提供了流体和热,有利于铜多金属矿的形成.     

攀枝花层状辉长质岩体的微量元素和锶钕铅氧同位素系统:地幔源区和矿床成因的证据

攀枝花岩体是攀西地区一个典型含钒钛磁铁矿的层状辉长质岩体,是峨眉山大火成岩省的组成部分。其Sr、Nd、Pb同位素组成变化范围较窄,落在峨眉山玄武岩的范围内,同时也落在洋岛玄武岩范围内,说明攀枝花岩体与峨眉山玄武岩有着成因联系,均与地幔柱作用有关。其低的δ18O值(<6‰)说明没有地壳物质的混染,其高的La/Nb比值(>1)和微量元素原始地幔标准化图解出现的负Nb异常则表明源区有岩石圈地幔物质的混染。因而攀枝花岩体是地幔柱和岩石圈地幔部分熔融的产物,岩浆在岩浆房中没有经历地壳物质的混染作用。Mg#与P2O5的正相关以及P2O5与FeO含量的负相关,表明P不是导致氧化物熔体不混熔的主要原因;而Mg#与Fe2O3/FeO的负相关则说明,岩浆演化过程中氧逸度的升高可能是导致氧化物熔体不混熔的主要原因。     

岛弧-陆缘弧环境斑岩Cu±Mo±Au矿床勘查:地质标志应用

斑岩Cu±Mo±Au矿床(以下简称斑岩铜矿)因其巨大的经济价值而倍受勘查界重视。文章基于国内外,尤其是国外斑岩型铜-金(多金属)矿床最新勘查和研究进展,系统总结了岛弧-陆缘弧环境斑岩铜矿勘查地质标志及其找矿应用实践,包括:①大地构造环境分析,宏观上确定斑岩铜矿勘查选区。弧环境斑岩铜矿勘查应重点部署在与大洋俯冲有关的岛弧、陆缘弧等增生造山火山岩浆弧环境;②区域及矿田构造解析,不断缩小找矿靶区。与弧/造山带形成演化应力有关的超壳深大断裂系统控制矿带空间展布,断裂、褶皱、火山(地层)以及岩浆侵入等矿田构造体系控制矿床(体)分布;③岩石化学成分、矿物组成以及岩石结构等含矿斑岩体特征及成矿专属性判断,确定斑岩铜矿找矿目标体;④蚀变分带对成矿斑岩体和富矿区(矿体)指向。从深部到浅部、从核心到外围,钙碱性斑岩铜矿蚀变类型分别为钠-钙(硅酸盐)化、钾(硅酸盐)化、青磐岩化(细化为高温阳起石内带、中温绿帘石中带和低温绿泥石外带)、绢英岩化和泥化;碱性斑岩铜矿蚀变组合为钙-钾化、钾化、内青磐岩化带(阳起石-赤铁矿-绿帘石带)、外青磐岩化带(钠长石-阳起石带)和远青磐岩化带(绿泥石带);⑤岩帽特征对深部斑岩体和潜在富矿中心指向。钙碱性斑岩铜矿形成的岩帽由多孔状(晶洞发育)的硅质核,外侧高级泥化带(石英-明矾石带)和泥化带(高岭石±迪开石带)组成;碱性斑岩铜矿形成以钠长石化为核心、外围(上部)为钠长石-绢云母带的碱性岩帽;⑥脉体和角砾岩(筒)时空分布及其对勘查靶区(位)指向。A、B、D型脉以及C、M型脉等脉体类型、密度以及石英中残余硫化物详细填图是矿区勘查靶区定位和矿石品位预测有效指标之一;3大类、7种主要类型角砾岩在斑岩铜矿中时、空间分布可作为找矿评价的参考标志;⑦矿化元素、金属矿物和矿化类型分带及其找矿相互指示。从矿化中心到外围(浅部),出现[Mo-Cu→Cu-Mo(Au)→Cu-S(Au)]→[Pb-Zn(Au)]→Au-Ag(Mn)→Au(As,Sb)的元素分带,斑铜矿→黄铜矿→黄铁矿硫化物晕分带;斑岩型、矽卡岩型、次浅成环境脉型、高硫型和中硫型浅成低温热液型等矿化类型在斑岩铜矿成矿系统中分布具有显著的规律性,是勘查评价最重要的地质标志;⑧矿体剥蚀与保存,是评价矿田(体)找矿潜力重要因素。     

Spinel-facies mantle xenoliths from Cerro Redondo, Argentine Patagonia: Petrographic, geochemical, and isotopic evidence of interaction between xenoliths and host basalt

Cerro Redondo is an ancient cinder cone now almost completely eroded, sited over a sill that corresponds to a sub-volcanic magma chamber, in Santa Cruz province, Patagonia, Argentina. It is composed of Pliocene-Pleistocene alkaline basalt containing spinel-facies lherzolite and harzburgite mantle xenoliths. Core compositions of pyroxenes indicate temperatures of 823 °C to 1043 °C and pressures of 12.4 kb to 21.4 kb. Based on P–T estimates, petrographic, geochemical, and isotopic characteristics, we propose that Cerro Redondo xenoliths come from a thick homogeneous mantle column (36 km to 63 km depth), and present different degrees of basalt infiltration. A simple mixing model based on Sr isotopes was used to quantify the host basalt infiltration, and contamination values of 0.0%, 0.2%, 3%, and 12% were obtained for samples X-F, X-D, X-C, and X-B, respectively. For unknown reasons, samples X-G and X-E suffered selective isotopic and trace element modification, respectively, associated with 1% of basalt infiltration. Sample X-F best represents the sub-continental lithospheric mantle column, conserving primary equilibrium textures with sharp grain boundaries, and having TiO₂, CaO, Na₂O, K₂O, and P₂O₅ contents lower than average spinel lherzolite, flat chondrite-normalized REE pattern, and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd ratios of 0.70519 and 0.51297, respectively. This sample records a decoupling of the Sr–Nd system where Sr ratios increase at constant Nd ratios, possibly caused by chromatographic processes. Its ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb, ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb, and ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb ratios are 17.987, 15.556, and 37.959, respectively. As the interaction with the host basalt increases, xenoliths show a gradual increase of disequilibrium textures such as reaction rims and exsolution lamellae in orthopyroxene and clinopyroxene, and increase of TiO₂, CaO, Al₂O₃, Na₂O, K₂O, P₂O₅, LREE, and incompatible element concentrations. The Sr–Nd system shows an unusual positive trend from the unmodified sample X-F toward the host basalt isotope composition with ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd ratios of 0.70447 and 0.51279, respectively, while ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb, ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb, and ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb ratios tend to increase toward those of the host basalt (18.424, 15.648, and 38.728, respectively) as the xenolith–basalt interaction increases. The basalt–xenolith reaction probably started during the transport of the xenoliths to the surface, and continued during the residence of xenoliths in the sub-volcanic magma chamber of Cerro Redondo.     

Experimental constraints on the effects of pressure and H2O on the fractional crystallization of high-Mg island arc basalt

H₂O-undersaturated melting experiments of synthesized basalt (SiO₂ = 50.7 wt.%, MgO = 8.3 wt.%, Mg# = 60) were conducted at fO₂ corresponding to NNO+1 and NNO−1 to clarify the effects of pressure (2–7 kbar) and H₂O on fractional crystallization in island arcs. H₂O content was ranged from nominally anhydrous to 4.4 wt.%. Differentiation trends, namely the liquid lines of descent, change sensitively according to pressure-H₂O relations. Tholeiitic differentiation trends are reproduced with H₂O ≤ ∼2 wt.% in primary magma. With such quantities of H₂O, fractional crystallization is controlled by olivine + plagioclase at 2 kbar. Increasing the pressure from 2 to ≥4 kbar induces early crystallization of orthopyroxene instead of olivine and therefore SiO₂ enrichment in the residual melts is suppressed. Increasing H₂O (≥ ∼2 wt.% in primary magma) stabilizes clinopyroxene relative to orthopyroxene and/or magnetite. Although the phase relations and proportions strongly depend on fO₂ and H₂O content, differentiation trends are always calc-alkaline.     

柴北缘布赫特山一带达肯大坂岩群变质岩变形特征、地球化学特征及地质意义

古元古代达肯大坂岩群为柴北缘构造带的变质结晶基底,是柴北缘造山带的重要组成部分。前人在德令哈以西的鱼卡河—锡铁山—沙柳河一带和大柴旦等地对达肯大坂岩群做了较深入的研究,但对于柴北缘东段的研究还相对薄弱,缺乏东西段的对比研究。通过对布赫特山一带达肯大坂岩群中片麻岩和斜长角闪片岩的岩石学、岩石地球化学、年代学研究和区域对比,认为研究区的岩性、矿物组合、变质程度与德令哈以西鱼卡河—锡铁山—沙柳河一带达肯大坂岩群具有较高的相似性。布赫特山一带达肯大坂岩群主要为一套碎屑岩夹火山岩的岩石组合,变形强烈,其形成环境为岛弧与活动性陆缘的过渡环境,且岩浆来源为壳幔混染。由采集的2件Sm-Nd同位素样品得到了2组等时线年龄分别为2085±14Ma和2027±19Ma。由此可知达肯大坂岩群为古元古代柴北缘地区的变质结晶基底,是柴北缘古元古代造山带的重要组成部分。     

依连哈比尔尕山石炭纪侵入岩锆石SHRIMP U-Pb测年及其地质意义

博罗科努石炭纪侵入岩为一巨大的岩基,主体岩性为闪长岩,边部发育石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、花岗岩、斑状花岗岩等,属富含角闪石强—中等钙碱性系列。该岩体的形成主要与板块的俯冲作用有关。在闪长岩中获得锆石SHRIMPU-Pb年龄为308.2Ma±5.4Ma。岩体侵入最新地层为下石炭统大哈拉军山组,为石炭纪活动陆缘火山岩的深成组分,它们共同组成该区的陆缘型岩浆弧,从而说明该区在晚古生代存在古板块的俯冲作用。     

关于南海中央次海盆海山火山岩形成背景与构造约束的再认识

文章拟通过分析南海中央次海盆海山火山岩样品的岩石学及地球化学资料来审视研究区的岩浆过程及其构造背景.综合位于南海中央次海盆的中南、珍贝-黄岩、涨中、宪北、玳瑁、尖峰这6条海山链的火山岩资料及最新分析结果, 将来自各条海山链的洋岛型碱性玄武岩、具有过渡性质的拉斑玄武岩, 以及粗面岩、粗面安山岩、流纹英安岩等纳入统一的岩浆分异体系进行地球化学特征检验.相关参数表明, 中央次海盆海山火山岩岩浆具有连续的演化关系但源区性质并不均一, 属于EMⅠ和DMM双端员混合.根据分析样品的Mg#值、分异指数DI以及主、微量元素的分布特征, 初步判定原始岩浆在上地幔经历了橄榄石、辉石分离结晶作用后继续演化, 产生包括拉斑玄武岩、碱性玄武岩、粗面岩等在内的岩石组合.其中, 富集型OIB的多项地化参数特征表明, 岩浆在演化过程中似有陆壳成分的加入, 这可能是被动大陆边缘破裂留给南海海盆的最重要的遗产之一.      

Geochemical relation between gas hydrates and water venting in the seismic blanking zone on the northern Cascadia continental margin offshore Vancouver Island, Canada

The isotopic composition (δD and δ¹⁸O) and chloride concentration (Cl⁻) of pore waters from the northern Cascadia continental margin offshore Vancouver Island were measured to characterize the relations between the water flow regime and the distribution, formation and dissociation of gas hydrates. The δD values of pore waters in gas hydrate-bearing sediments are slightly higher ( 1‰) than those of seawater as the result of gas hydrate dissociation during core recovery and handling. Within the seismic blanking zone, the δD values were slightly lower (− 1‰) than values measured from sites outside the blanking area (0‰). We attribute these differences to 1) distillation of D-rich water during hydrate formation in the center of the blanking zone and 2) limited migration of pore water between inside and outside of the blanking zone due to different fluid fluxes. In contrast, the δ¹⁸O values and Cl⁻ concentrations do not show significant spatial variation due to decreased isotopic fractionation of oxygen and small fraction of chloride relative to hydrogen isotope during gas hydrate formation. The δD value of pore water, therefore, appears to be a sensitive indicator of gas hydrate occurrence. We estimate that gas hydrate occupied at least 2.0 to 6.3% of sediment pore space using δD distribution in this area.     

The age and petrologic and geochemical conditions of formation of the Kogtakh gabbro-monzonite complex in the Kuznetsk Alatau

We present new data on the U-Pb age of zircons, geochemistry of trace elements, and isotope (Nd, Sr, O) composition of rocks of the Kogtakh gabbro-monzonite complex on the eastern slope of the Kuznetsk Alatau Ridge. The established age of zircon in the rocks of the main intrusive phases (500-480 Ma) is taken as the time of formation of the Kogtakh complex in the Late Cambrian-Early Ordovician, during the accretion-collision stage of evolution of the Central Asian Orogenic Belt. The distribution and ratios of LILE and HFSE in the rocks suggest that the intrusions proceeded under interaction of the PREMA + EM/OIB mantle plume and the suprasubductional lithospheric IAB mantle. The mantle-crust interaction led to the heterogeneous isotopic composition of neodymium in the magma source (?_Nd(T) ~ 3.5-5.4). The mixing of different mantle and continental-crust materials resulted in an increase in isotope parameters: (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_T ~ 0.7039-0.7052, ?_Sr(T) ~ 0-19, and δ¹⁸O ~ 6.5-8.8‰ (SMOW). The REE ratio in the least differentiated gabbroids indicates different depths of probable magma chambers and the formation of their primary (Tb/Yb_PM > 1.8) mafic melts at different degrees of melting of the model garnet peridotite.