大陆溢流玄武岩的地球化学特征及起源

收稿日期:2000-12-12

基金项目:国家攀登计划预选项目(95-预-39).

大陆溢流玄武岩的地球化学特征及起源

张鸿翔,徐志方,马英军,刘丛强

(中国科学院地质与地球物理研究所,北京100101)

摘要: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联系.CFB 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CFB 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CF B 产生重要影响,很好地解释了CF B 所具备的微量元素和同位素特征.关键词:大陆溢流玄武岩(CFB );大陆裂开;大陆岩石圈地幔(CLM );地幔柱;交代作用.中图分类号:P597 文献标识码:A 文章编号:1000-2383(2001)03-0261-08作者简介:张鸿翔(1972),男,1996年毕业于中国地质大学,现为中科院地质与地球物理研究所在职博士生,从事地幔地球化学研究.

极短时间大量喷溢的大陆溢流玄武岩(CFB )基本局限于显生宙,通常与大陆裂开和板块运动方向的改变有关,是新洋壳产生的前奏.对于研究与之关系密切的大陆岩石圈地幔(CLM )和起源于软流圈/下地幔的地幔柱,以及壳幔循环的动力学机制意义重大.

1　CFB 与大陆裂开的关系

岩石圈拉伸、大陆裂开、地幔柱与CFB 之间关系密切,但其因果关系存有争议.一些学者认为CFB 发生在岩石圈裂开之前,是岩石圈基底地幔柱抬升的产物,与大陆裂开无关[1].随着板块构造研

究的深入,发现CFB 与代表区域不稳定性的大陆裂开存在着相当密切的关系.以下为具体实例(图1):30M a 年前爆发的Ethiopian /Aden CFB 与红海亚丁湾的裂开、60Ma 年前的Greenland CFB 与北大西洋张开、65M a 年前的Deccan CFB 与西北印度洋的裂开、美国西部CFB (124Ma )与Rio Grande 裂开均有因果关系;250M a 年前的Siberian CFB ,17M a 年

前的Columbia River CFB ,258Ma 年前的峨眉山(E -meishan )CFB 虽未发育明显洋盆,但与夭折的大陆裂谷有关[2,3]①.关于大陆裂开存在活跃论与被动论两种假说:活跃论即地幔在大陆裂开过程中起主动作用,地幔柱上涌使岩石圈裂解;被动论即板块水平运动使岩石圈拉张,诱导大陆裂开及地幔柱上涌.根据地球物理资料,板块沿经度方向漂移,由于地球椭圆率而产生表面张力,可导致大陆裂开.而实际地质环境,地幔柱抬升与大陆裂开很难加以区分先后,如果缺乏应力薄弱面,上百km 的致密岩石圈将阻止地幔柱的上涌;而如果没有地幔柱底侵,使岩石圈减薄,大规模裂开也不可能形成.因此,地幔柱必然沿着先存应力薄弱通道上升,同时驱使裂谷进一步张开,这也

符合自然界所遵循的正反馈原理.2　CFB 的地球化学特征

文中统计了世界范围10个最主要的CFB 火山岩省,分别为新生代的Deccan (41),Ethiopian (9),Karoo (26),Antarctic (20),Australia (24),Columbia

River (149),British Tertiary Igneous Province

(BTIP )(17),Greenland (84)(包括东部和东北部)以

①张鸿翔,徐志方,马英军,等.峨眉山玄武岩地球化学特征及地

幔柱成因.2001.

第26卷第3期地球科学———中国地质大学学报

Vol .26　No .32001年5月

Earth Science —Journal of China U niversity of Geosciences

M ay 2001

图1　世界范围主要的CFB 分布

Fig .1Distribution map of major continental flood basalts in w

orld

图2　CF B 的w (TiO 2)-w (Z r )图解

Fig .2w (TiO 2)-w (Zr )diagram of continental flood basalts

及晚古生代的Siberian (83),Emeishan (24)等,除E -meishan 为自测数据①,其他样品均为近年发表的数据,括弧内为统计数据数目.2.1　常量元素特征及分类

低Ti 和高Ti 是CFB 最基本的分类,常用参数为:w (TiO 2)=2.5%,w (Zr )=250×10-6.低Ti 玄武岩以南半球的Ferrar 火山岩省最为典型(包括Antarctic ,Australia ,Karoo ,Parana ),而北半球的Greenland ,Ethiopian ,Deccan 的大部分样品为高Ti ,反映了地幔源区的不均一性(图2).Emeishan

(w (TiO 2)<2.5%,w (Zr )<250×10-6(150×10-6215×10-6))为低Ti 玄武岩.

在w (Alk )-w (SiO 2)图解(图3)及w (Nb )/w (Y )-w (Zr )/w (TiO 2)图解[4](图4)中,绝大多数样品碱元素w (Alk )<4%(Antarctic 和Ethiopian 较高),多数样品为拉斑玄武岩,少量样品落在碱玄

岩范围,而Deccan 的部分样品落在碧玄岩区域.2.2　稀土元素

(1)所有CFB 的球粒陨石标准化稀土元素图解表现相当一致,均为LREE 弱富集平缓右倾模式,以Emeishan 为例(图5).除Antarctic 碱性玄武岩有明显Ce 负异常(海水蚀变作用影响),均无明显的

Ce 和Eu 异常.

(2)w (La )N /w (Nd )N 非常低,最高的Karoo 为262

地球科学———中国地质大学学报第26卷