中国玄武岩时空分布规律研究(5)

中国玄武岩时空分布规律研究（5）
胡经国
四、中国华北地区
㈠、中国华北地区玄武岩
1、华北克拉通玄武岩
克拉通是地球表层重要组成部分，约占陆地面积的50%。

其作为地球上相对稳定的构造单元，主要形成于前寒武纪。

克拉通具有厚度较大、密度和热流值较低的特点，因而“漂浮”于软流圈地幔之上而不易遭受破坏。

华北克拉通自18亿年前形成后至中生代一直保持相对稳定。

然而，自中生代以来其发生了大规模的构造变形和岩浆活动，致使该克拉通遭受了强烈的破坏。

这对有关古老克拉通岩石圈稳定性的经典理论提出了挑战。

因此，揭示克拉通破坏的原因——深部动力学机制，是地学界的一个重大科学问题。

华北克拉通广泛发育中生代玄武岩。

尽管前人对这些玄武岩做了大量的研究，但是对其地幔源区性质及其成因、深部动力学机制，仍然存在激烈争论。

目前，对上述核心问题的认识主要来自全岩地球化学方面的制约。

然而，岩浆岩的全岩成分只是代表岩浆经过一系列岩浆过程后的最终产物，致使原生岩浆成分及其演化方面的信息变得模糊或消失。

与全岩不同，橄榄石中的熔体包裹体能够较好地记录原生岩浆和岩浆演化方面的详细信息。

中科院广州地化所同位素实验室任钟元研究员课题组，对华北克拉通东南缘地区中生代玄武岩中橄榄石捕获的熔体包裹体和辉石斑晶，进行了原位化学成分和Pb同位素分析研究。

该研究结果发现：
①、华北克拉通早白垩世火山岩总体属于亚碱性系列，而橄榄石中熔体包裹体同时存在碱性玄武质和拉斑玄武质成分；
②、EM1（软流圈地幔中的富集物质）组分是岩浆混染下地壳过程中获得的，而不是之前普遍认为的源区存在拆沉或俯冲的下地壳组分；
③、玄武岩来源于碳酸盐熔体交代富集的克拉通岩石圈地幔部分熔融；
④、克拉通破坏是多因素影响的综合产物。

前期的多期次俯冲交代提供了克拉通破坏的基础；早白垩世时期遭受深部地幔柱的巨量热上涌和古太平洋板块俯冲的双重影响，加速岩石圈地幔的溢出。

该研究的意义在于：
①、证实了地壳混染作用在碱性玄武质岩浆向拉斑玄武质岩浆连续转化中的重要角色，对研究玄武岩的成因具有举足轻重的意义；
②、应用全岩同位素组成示踪源区特征，需要以查明岩浆演化过程为前提；
③、提出新的模型——热的地幔柱物质上涌和板块俯冲作用的双重作用是华北克拉通减薄与破坏的关键。

链接：克拉通
克拉通（Craton）,即古陆核，是指大陆地壳上长期稳定的构造单元，即大陆地壳中长期不受造山运动影响，而只受造陆运动影响发生过变形的相对稳定部分，常与造山带（Orogen）对应。

2、华北中生代玄武岩的地球化学特征与岩石成因
辽宁阜新白垩纪玄武岩的出现，为了解中生代时期华北北缘地幔过程提供了可能。

阜新碱锅玄武岩属于火山通道相，柱状节理发育，并且含有少量的尖晶石二辉橄榄岩和辉石岩捕虏体。

其化学组成贫硅、富碱、高钛和铝，属于碱性玄武岩。

在微量元素组成上，碱锅玄武岩中等程度地富集轻稀土元素和大离子亲石元素，但是不亏损高场强元素。

其Sr同位素比值低，Nd和Pb同位素比值高。

这表明，碱锅玄武岩起源于亏损的软流圈地幔，代表未分异、无混染的原始岩浆。

该玄武岩的出现暗示，华北北缘此时的岩石圈厚度小于65 km，岩石圈地幔主要由“富集”的含韭闪石尖晶石二辉橄榄岩和斜长石辉石岩组成。

早侏罗世－晚白垩世，大量而且持续的中基－中酸性岩浆活动表明，华北北缘岩石圈减薄作用的开始和结束时间较华北南缘的要早。

因为，鲁西南地区大量的中基性火山活动仅仅出现于白垩纪，而且具有软流圈同位素特征的玄武岩出现在第三纪，显示华北岩石圈演化的时空不均一性。

3、用玄武岩组成反演中－新生代华北岩石圈演化
玄武岩的化学组成，与地幔源区特征、部分熔融程度、地幔温度和岩石圈厚度等多个因素有关。

因此，可以用它来反演深部地幔的演化。

有关论文简要地阐述了用玄武岩组成获得岩石圈厚度及其变化的方法，并且总结了有关华北中－新生代岩浆演化的两个最主要特征：
①、晚中生代岩浆活动，经历了由早期的源自富集地幔的岩浆向后期亏损地幔起源岩浆的转变，而这两个阶段被一个岩浆间隙期（～10 Ma）所分隔。

②、华北东、西部新生代玄武岩具有相反的碱性强度随时间变化的趋势。

这些岩浆演化特征，可以用岩石圈减薄过程中地幔地温梯度的逐渐升高、岩石圈地幔中富集组分在短时间内的不可再生以及岩石圈盖效应来解释。

该认识为华北岩石圈减薄的时间尺度和机制以及减薄作用的时空不均一性，提供了新的制约。

4、华北中生代玄武岩中地幔橄榄石捕虏晶研究
在山东方城玄武岩（125 Ma）中发现罕见的具有明显环带结构的橄榄石。

该橄榄石中心部分的组成（Mg# = 87.2～90.7），类似于华北新生代玄武岩携带的橄榄岩捕虏体中橄榄石的组成；其边缘部分的组成（Mg# = 76.8～83.9），接近于玄武岩中斑晶橄榄石的组成（75.7～79.0）。

橄榄石的这种化学成分特征及其浑圆的晶体形态和较小的颗粒（300～800 μm）皆说明，这些橄榄石是地幔矿物捕虏晶，即是地幔橄榄岩的解体矿物。

其中心部分能够代表地幔橄榄岩的组成。

橄榄石的环带结构是橄榄石捕虏晶与寄主玄武岩快速反应造成的。

这种橄榄石与玄武质岩浆的相互反应，可能在华北中生代岩石圈地幔中普遍存在，即
为岩石圈地幔置换作用的重要方式。

从而，使古生代主量元素亏损的高镁橄榄岩转变为中生代晚期的主量元素饱满、同位素富集的低镁橄榄岩，造成古老岩石圈地幔的消失。

㈡、河北地区玄武岩
1、张北县大型玄武岩石柱群
在河北省张北县台路沟乡后花村，发现了大型玄武岩石柱群。

该石柱群高10余米，宽约三四百米，石柱密集排列；石柱形状为六棱柱，大多直径在15～80厘米之间，其中以直径为40～50厘米的石柱居多，整个场面十分壮观。

据地质专家初步推断，该石柱群形成于大约二三百万年以前的第三纪。

该石柱群的形成是由于岩浆不断上涌，地下能量集聚突破地表阻力，岩浆集聚地表以后发生冷却而形成的；并且由于其化学成分的分布较为均匀，因而结晶成六棱柱。

据介绍，该石柱群是一个石料厂在开采过程中发现的。

早在几年前，距此2公里处的大疙瘩村曾经发现过内嵌于山丘向阳坡面的石柱群，其中石柱呈六棱形。

据地质专家考证，该石柱群形成距今已有2500多万年。

据河北省第三地质大队工程师杨云介绍，这种玄武岩称为汉诺坝玄武岩，形成于距今约1000～3000万年。

早在2006年，在河北省第三地质大队的地质遗迹调查报告中，就对汉诺坝玄武岩进行过详细介绍。

杨云说，“汉诺坝玄武岩”一词，源于1929年，由英国人巴尔博提出，一直沿用至今。

汉诺坝玄武岩是火山喷发的产物；在火山喷发以后，由于岩浆冷却而形成多边形的棱柱形。

此次在后花村发现的六棱形玄武岩石柱群，应为由喇叭状火山口喷发形成；在喷发过程中由于喷出的岩浆向两侧倾斜，因而有些石柱呈直立状，而有些石柱则呈横向排列。

由于岩浆成分不同，因而形成的石柱形状也不同，有四棱形、五棱形和六棱形等。

这种玄武岩石柱群在中国比较典型和少见。

就这些玄武岩的使用价值来说，只可用做石料，但是它的观赏价值和科研价值远大于它的使用价值。

链接：汉诺坝玄武岩
汉诺坝玄武岩一词，于1929年由英国人巴尔博提出，因河北省张北县汉诺坝村而得名，中国国内学者习用己久。

汉诺坝玄武岩分布范围包括河北省张北县南部和西部，尚义县北部和东部。

前人对汉诺坝玄武岩的研究开始于20世纪20年代中期。

巴尔博在对张家口附近进行地质考查时，首次对张北汉诺坝一带的玄武岩进行过比较详细的观察研究，于玄武岩中间所夹的炭质页岩及褐煤层中获得数种约为第三纪中期的植物化石。

在1926年制版印出的《张家口附近地质图》中，他将汉诺坝玄武岩的时代标为中新世。

㈢、内蒙古地区玄武岩
1、早古生代古亚洲洋俯冲作用与内蒙古大石寨玄武岩
SHRIMP锆石U-Pb定年结果显示，分布于内蒙古大石寨镇周边的玄武岩喷发时间为439±3Ma，而不是前人认为的二叠纪。

该套玄武岩显示出岛弧型微量元素地球化学特征（Nb-Ta亏损而富集ULE 和LREE）以及低放射成因Sr和高放射成因Nd和Hf同位素组成。

在岩石成因
类型上包括以下两组：
第一组玄武岩，相对高TiO2、MgO和相容元素，而低Sr、Th，类似大洋中脊玄武岩（MORB）和现代俯冲带玄武岩的Sr-Nd-Hf同位素组成（87Sr/86Sr(i)=0.7028～0.7032，εNd(t)=+9.8～+11.2，εHf(t)=+16.1～+18.4）。

第二组玄武岩，低TiO2、MgO和相容元素，而高Sr和Th，略低的放射成因Nd和Hf，而高Sr同位素比值（87Sr/86Sr(i)=0.7037～0.7038，εNd(t)=+5.7～+7.3，εHf(t)=+12.6～+13.0）。

在岩石成因上，大石寨玄武岩属于古亚洲洋俯冲板片交代地幔楔的熔融产物。

第一组玄武岩很可能来源于俯冲流体改造，而且同位素组成极为亏损的大洋岩石圈地幔源区；而第二组玄武岩的熔融源区则明显有俯冲沉积物的贡献。

大石寨玄武岩成因，提供了早古生代古亚洲洋俯冲作用的直接证据。

其高放射成因Nd和Hf，反映早古生代是区域地壳增生的重要时期，大石寨玄武岩本身为地壳增生的组分之一。

结合本次研究和前人的年代学和地球化学研究结果建议，将前人命名的大石寨组进行解体，并且重新厘定不同时代喷发火山岩的时空分布范围。

㈣、山西地区玄武岩
1、山西省大同玄武岩
山西省大同境内分布有绵延50平方公里的玄武岩。

估计其储量可达180亿吨，经济价值可以达到3000亿元。

据报道（1994），大同火山群是第四纪火山，分布着近20个大小不等的火山地形。

喷发类型以爆发为主，喷发溢流为辅。

岩石类型为碧玄岩和碱性玄武岩两类。

碧玄岩中含有极少量的二辉橄揽岩包体和单斜辉石、歪长石巨晶。

在大同火山群地区，碧玄岩的化学成分与世界碧玄岩平均化学成分相比，具有较高的Mg/(Mg+Fe2+)值和较高的Al2O3/CaO值。

这可以解释为，本区玄武岩是地幔部分熔融产物，在上升过程中有富镁组分和富钙辉石的结晶分异作用。

本区LREE强烈富集的分配形式和高浓度的相容元素Ti、K、P等，说明本区玄武岩是熔融程度很低的产物。

2019年11月30日撰写于重庆
2019年12月27日修改于重庆。