庐枞早白垩世火山岩的地球化学特征及其源区意义

高　校　地　质　学　报Geological Journal of China Universities2007年6月，第13卷，第2期，235-249页June 2007，Vol. 13，No. 2, p. 235-249庐枞早白垩世火山岩的地球化学特征及其源区意义谢　智，李全忠，陈江峰，高天山（中国科学技术大学 地球和空间科学学院，中国科学院 壳幔物质与环境重点实验室，合肥　230026）摘要：从中生代到新生代，华北东部岩石圈地幔发生了减薄以及地球化学性质置换, 而扬子地块东部中生代岩石圈地幔也表现出类似的过程，对中生代火山岩的地球化学研究有助于了解这一变化过程以及发生置换时的时空关系。

庐枞火山岩出露于扬子地块东部，为一套包括粗玄岩–玄武粗安岩–粗面岩的富碱橄榄安粗岩系。

研究了双庙组基性火山岩，这些岩石富集Rb，K，Sr，Th和轻稀土元素，亏损高场强元素。

(87Sr/86Sr)i = 0.7060~0.7063，εNd (t )=-3.9~-6.2，(206Pb/204Pb)i =17.788~18.125，(207Pb/204Pb)i = 15.511~15.546，(208Pb/204Pb)i =37.735~38.184。

在喷出地表过程中，火山岩没有受到明显的地壳物质混染，因此元素和同位素组成反映了地幔源区的地球化学特征。

其地幔源区具有同位素富集特征，表明火山岩源区曾受到地壳物质的影响，是富集地幔部分熔融的产物，并经历明显的结晶分异作用。

庐枞火山岩的岩浆成分和源区特征反映该地区在晚中生代岩石圈地幔的伸展和软流圈地幔上涌的演化过程。

关键词：微量元素；Sr -Nd -Pb同位素；橄榄安粗岩；岩石圈伸展；双庙组中图分类号：P588.1 中图分类号：A 文章编号：1006-7493（2007）02-0235-15收稿日期：2007-03-26；修回日期：2007-04-27基金项目：自然科学基金项目（40673008）和国家自然科学基金青年基金项目（40203004）作者简介：谢智，男，1969年生，博士，副教授，主要从事同位素地球化学和年代学研究。

E -mail: zxie@中国东部自北向南可以划分出如华北克拉通、大别–苏鲁造山带、扬子地块和华夏地块等地质单元。

这些不同的单元有不同时代形成的基底，经历了不同的演化过程。

但它们的一个共同特点就是广泛发育晚中生代岩浆岩，形成从超基性–基性到中酸性、碱性等不同系列的岩浆岩。

这些岩浆岩的地球化学特征对了解中国东部晚中生代壳幔演化过程有重要的制约意义。

近年来，中国东部从中生代到新生代岩石圈减薄作用和岩浆动力学机制受到国内外学者的广泛关注，特别是华北岩石圈减薄的动力学演化研究取得了很大的进展，华北克拉通性质的岩石圈地幔被大洋型的岩石圈地幔所置换，岩石圈发生了至少100 km 的减薄（Menzies et al, 1993; Menzies and Xu, 1998; Griffin et al, 1998; Fan et al, 2000; Xu, 2001; Gao et al, 2002; Zhang et al, 2002a; Wu et al, 2003; Yang et al, 2003; Deng et al, 2004; 闫峻等，2003a；徐义刚，2003）。

同位素地球化学性质也发生显著改变，晚中生代基性岩如济南、邹平辉长岩的地幔源区表现出同位素富集的性质（Zhang et al, 2002a, 2003, 2004; Guo et al, 2001, 2003, 2004）。

但在100 Ma 时，位于华北克拉通北缘的阜新碱性玄武岩表现出Nd 同位素亏损的特征(Zhang et al，2003)；73 Ma 时，鲁东幔源捕虏体的源区也具有亏损特征，并与中国东部新生代地幔特征一致（闫峻等，2003a）。

另一方面，扬子地块东部中生代—新生代玄武岩地幔源区表现出类似的从同位素富集到亏损转变的特征。

对中生代长江中下游基性侵入岩和玄武岩的同位素地球化学研究表明，其原始岩浆来源于富集的岩石圈地幔，并表现出以EM II 为主的特征（Chen et al, 2001；闫峻等，2003b，2005），如相邻地区的蝌蚪山玄武岩（闫峻，2005）和北淮阳玄武岩；曾受到扬子地块俯冲物质影响的华北南缘方城玄武岩源区也同样具有趋向EM II 的同高　校　地　质　学　报13卷２期236位素组成（Zhang et al, 2002a）。

然而，扬子地块东部新生代玄武岩和橄榄岩包体的地球化学研究表明其原始岩浆主要来自软流圈亏损地幔（Zou et al, 2000；Xu et al, 2000）。

由于扬子地块东部中生代玄武岩远不如新生代玄武岩发育广泛，且新鲜样品较难获得，与华北克拉通中生代岩浆岩相比，其研究程度和受关注程度都有较大差距，因此对扬子地块岩石圈地幔的研究仍需要更多的资料积累。

本文拟对扬子地块东部早白垩世基性火山岩进行详细的地球化学研究，以探讨火山岩的成因，了解晚中生代岩石圈地幔的地球化学性质特征。

1　地质背景庐枞火山盆地位于中国东部下扬子断陷带内，位于扬子地块北缘，大别造山带东部，受著名的郯庐断裂控制（图1）。

邢凤鸣和徐祥（1999）将长江中下游岩浆岩分为3个带：内带、外带和A型花岗岩带，这些岩浆岩带表现出夹心饼干式分带现象。

其中内带分为4个岩浆组合：高钾钙碱性中酸性侵入岩组合、高钠碱钙性中基性侵入岩组合、橄榄安粗岩系火山岩组合和碱性火山岩组合，命名为高钾幔源AFC岩系。

安徽省内橄榄安粗岩系火山岩组合主要代表是庐枞火山岩和宁芜火山岩。

对庐枞火山岩的研究开始较早，于学元和白正华（1981）和任启江等（1991）先后命名为安粗岩和橄榄安粗岩，随后，也有不同研究程度的工作开展（吴利仁，1984 ；任启江等，1991 ；孙冶东等，1994；刘洪等，2002）。

庐枞火山岩按岩性和岩相特征，自下而上分为4个组：龙门院组、砖桥组、双庙组和浮山组，其中龙门院组和砖桥组以安粗岩和玄武安粗岩为主，双庙组以粗玄岩和玄武安粗岩为主，浮山组以粗面岩为主。

详细的岩石及矿物学特征参考刘洪等（2002）的描述。

双庙组下段为凝灰质砂、砾岩，在庐枞地区，与下部大王山组平行不整合接触；上段为疙瘩状粗面玄武岩、玄武粗安岩夹凝灰质砂岩；浮山组以平行不整合或喷发不整合覆盖在双庙组之上，由紫红、紫灰、灰、肉红色粗面岩、粗面质凝灰岩、粗面质凝灰角砾岩、粗面质熔结凝灰岩、安山岩等组成（安徽省地矿局，1997）。

Wang and McDougall（1980）用K-Ar法测定图1　庐枞地区火山岩分布简图Fig.1 Sketch map of the volcanic rocks in Luzhong area谢智等：庐枞早白垩世火山岩的地球化学特征及其源区意义２期237了庐枞地区粗面岩和正长岩的年龄，其中浮山组粗面岩的年龄是123.0±1.1 Ma和127.4±1.2 Ma，砖桥组的年龄是131±1 Ma，与其中黑云母Ar-Ar年龄130.8±1.4 Ma一致。

刘洪等（2002）对这4个组的火山岩进行了Ar-Ar法年代学测定和初步的地球化学研究，获得砖桥组安粗岩的坪年龄为140.1±0.8 Ma；双庙组钾玄岩的坪年龄为125.5±0.8 Ma；浮山组粗面斑岩为126.0±3.4 Ma。

他们认为这些Ar-Ar年龄可以代表岩石的形成年龄。

此外，岩石化学数据表明，这些火山岩具有富碱、富钾、富轻稀土及大离子亲石元素和贫高场强元素等特点；同位素结果显示这些岩石的I Sr值范围是0.7057~0.7065，εNd(t)范围是-5~-10，因此刘洪等（2002）认为在火山岩形成时，没有明显的地壳物质混染，其岩浆源区应为受俯冲板片析出流体交代作用形成的EM I型富集地幔，岩石来源于EM I型富集地幔的部分熔融。

但Chen et al (2001)根据对长江中下游基性岩的地球化学研究资料认为，该地区中生代地幔可能是亏损的软流圈地幔（DMM）和富集岩石圈地幔（EM II）的混合；闫峻等（2003b）则认为长江中下游中生代基性岩的Pb同位素研究结果表明原始岩浆来自以EM II特征为主的富集岩石圈地幔，这同样也是华南板块岩石圈地幔的特征。

Zou et al (2000)对扬子地块新生代玄武岩的研究也表明，其物源区有残留的EM II的信息，是亏损地幔和EM II 混合的产物。

因此，庐枞火山岩的岩浆源区的地球化学性质仍存在一定认识上的差异，需要更多的地球化学证据来澄清。

2　样品和分析方法由于刘洪等（2002）所研究样品主要为中性火山岩，虽然他们认为这些火山岩的地球化学性质能代表地幔源区性质，但相比而言，玄武岩的地球化学性质更接近地幔源区性质，因此，本文研究样品除双庙组玄武粗安岩和浮山组粗面岩，还研究了基性的双庙组粗面玄武岩。

其中双庙组岩石主要采自安徽庐江双庙、白柳和马埠山等地，粗玄岩和粗安岩以斑状结构为主，组成斑晶的主要矿物包括斜长石和单斜辉石，基质部分主要矿物有斜长石、单斜辉石、碱性长石或钾长石，副矿物有磁铁矿和磷灰石等。

粗面岩采自安徽枞阳浮山，以（似）粗面结构为主，斑晶主要有钾长石、黑云母以及少量斜长石或辉石，基质主要是碱性长石和黑云母。

具体岩石定名见表1。

首先选择外观未明显风化的样品，粗碎后选择无风化面和裂隙的碎块，无污染破碎至200目，测定其烧失量，选择风化程度相对较低的样品，再进行元素和同位素分析。

元素分析由湖北省地质实验研究所完成，全岩主量元素分析方法为X-射线荧光熔片法，FeO采用湿化学法分析；微量元素用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）分析，分析误差除Nb为5.6%，Zr为21.5%，Hf为52.1%，其余均小于4%；稀土元素用阳离子交换分离-电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）分析，分析精度好于5%。

Rb-Sr，Sm-Nd和Pb同位素分析在中国科学技术大学地球和空间科学学院，中国科学院壳幔物质与环境重点实验室分析测定，采用阳离子交换树脂（Bio-rad AG 50×8）柱分离Rb，Sr和稀土，用HDEHP萃淋树脂分离Sm-Nd，送质谱测定。

测定工作在Finnigan MAT 262固体质谱计上完成，其中Sr，Nd和Sm分别采用86Sr/88Sr=0.1194，149Sm/152Sm =0.516858，146Nd/144Nd =0.7219进行标准化，Nd同位素测定结果对La Jolla标样的143Nd/ 144Nd=0.511860进行调整。

Pb同位素测定是先对样品用阴离子交换树脂分离溴化后，用MAT 262固体质谱计测定，采用硅胶发射剂，以标样SRM981的值控制质谱测定过程中的Pb同位素分馏。