王子楨

（安徽省地質(zhì)測(cè)繪技術(shù)院，安徽合肥 230022）

0 引言

近年來(lái)，對(duì)于中生代以來(lái)發(fā)生在中國(guó)東部的巖石圈減薄作用的研究使得山東地區(qū)成為認(rèn)識(shí)大陸克拉通破壞過(guò)程與機(jī)制的重要地區(qū)。伴隨巖石圈減薄過(guò)程發(fā)生的大規(guī)模的巖漿作用，是對(duì)巖石圈演化過(guò)程的直接記錄。因此，其廣泛出露的中生代火山巖為認(rèn)識(shí)巖石圈減薄事件及其動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。

鄒平火山巖盆地位于魯西地塊西北部，鄒平縣南部，郯廬斷裂（沂術(shù)斷裂）西側(cè)，出露面積約400 km2。盆地基底為一套侏羅系內(nèi)陸湖泊相沉積巖，蓋層為一套白堊系下統(tǒng)基性-中偏堿性陸相火山巖。前人對(duì)區(qū)內(nèi)中生代火山巖已經(jīng)做了大量的研究，但是對(duì)于其巖漿來(lái)源及巖石成因的認(rèn)識(shí)還存在著不同觀點(diǎn)，如大多數(shù)學(xué)者主張它們應(yīng)該起源于富集巖石圈地幔，由基性巖漿發(fā)生了分離結(jié)晶作用形成，在巖漿上升過(guò)程中未受到地殼混染［1-2］；部分學(xué)者認(rèn)為它們是華北或揚(yáng)子下地殼和地幔物質(zhì)部分熔融混合的產(chǎn)物［3-5］；還有部分學(xué)者則認(rèn)為部分地區(qū)中性火山巖是華北或揚(yáng)子下地殼熔融的產(chǎn)物［6-8］。本文以位于魯西鄒平地區(qū)的一套早白堊世基性巖為研究對(duì)象，采用同位素和多元素地球化學(xué)的研究方法，探討其巖漿的起源和巖石成因。

1 地質(zhì)背景

鄒平盆地火山巖屬于早白堊世青山群，為一套基性-中偏堿性巖石。根據(jù)野外地質(zhì)資料，鄒平盆地火山巖總厚度約為5 592 m，按巖性變化分為上亞組、中亞組和下亞組三段：下亞組底部以寧?kù)o噴溢熔巖為主，巖性為玄武巖、玄武安山巖及同成分的角礫熔巖；中部為噴溢與爆發(fā)交替出現(xiàn)的一套中性火山巖，巖性以玄武安山巖和玄武安山角礫巖為主；上部以爆發(fā)與噴溢為主的一套巖石，巖性為玄武安山巖與安山巖互層，夾安山質(zhì)角礫熔巖、凝灰?guī)r。中亞組底部為強(qiáng)烈的噴發(fā)相，以角礫凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r和玄武巖為主；中部以噴溢與爆發(fā)交替出現(xiàn)的粗安巖夾凝灰?guī)r為主；上部以粗安巖和粗安質(zhì)角礫凝灰?guī)r為主。上亞組底部以碎屑巖和粗面安山巖為主；上部以熔巖碎屑為主。

鄒平雜巖體處于東西向齊河-廣饒斷裂帶的南側(cè)，南北向姚家峪斷裂之西、北北西向文組斷裂以東。主要分布于周村向斜盆地中，由茶葉山輝長(zhǎng)巖體、虎伏山-四尖山二長(zhǎng)巖體和王家莊閃長(zhǎng)巖體組成，呈環(huán)狀或放射狀產(chǎn)出。外環(huán)為輝長(zhǎng)巖體，中心為閃長(zhǎng)巖體，兩者之間為二長(zhǎng)巖體，其間夾有青山群火山巖系。上述以茶葉山巖體最大，該巖體環(huán)繞沫湖頂-白云山中基性火山巖系產(chǎn)出，呈北西向半環(huán)繞延伸，長(zhǎng)約為30 km，出露面積為22.9 km2（圖1）。根據(jù)相互穿插關(guān)系和巖性特征可將茶葉山巖體劃分為三個(gè)侵入期次：第一期侵入形成的是茶葉山蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖，按巖石成分和結(jié)構(gòu)可劃分出內(nèi)部相、過(guò)渡相和邊緣相；第二期侵入形成的是長(zhǎng)蟲(chóng)峪橄欖蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖；第三期侵入形成的是斑狀輝綠巖，其侵入于第一期蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖體的邊緣相和過(guò)渡相中。

圖1 鄒平火山巖盆地地質(zhì)簡(jiǎn)圖（據(jù)山東省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)修改）Figure 1.Geological sketch of the Zouping volcanic basin（modified after No.1 Unit, Bureau of Geology and Mineral Resources of Shandong Province）

前人對(duì)魯西地區(qū)青山群火山巖年齡有較為系統(tǒng)的研究，楊青亮對(duì)鄒平輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖中鋯石進(jìn)行了U-Pb定年，測(cè)得年齡分別為（130±1）Ma和（131±1）Ma［9］；王浩對(duì)鄒平茶葉山輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和鶴伴山火山巖中鋯石進(jìn)行了U-Pb 定年，測(cè)得年齡分別為（126±0.9）Ma和（125±2.0）Ma［10］，屬于早白堊世。

2 樣品描述及分析方法

2.1 樣品描述

本次研究的樣品采于鄒平鶴伴山和茶葉山。鶴伴山樣品為一套青山群下亞組的火山巖，共9 塊手標(biāo)本，巖性為玄武粗安巖與玄武安山巖，灰黑色，塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)。斑晶大小為0.5~2 mm，主要為斜長(zhǎng)石與單斜輝石，其中斜長(zhǎng)石呈板狀和長(zhǎng)板狀，灰白色，自形性較好，表面部分蝕變，具有韻律性的環(huán)帶結(jié)構(gòu)。單斜輝石呈短柱狀，黃綠色，自形-半自形，新鮮程度較高，斑晶大小為1~3 mm。茶葉山樣品共6 塊手標(biāo)本，巖性為輝長(zhǎng)巖，顏色呈暗綠色，致密塊狀構(gòu)造，細(xì)粒輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。礦物組成主要包括斜長(zhǎng)石（45%~50%）、單斜輝石（25%~35%）、斜方輝石（15%~25%）、橄欖石（5%~10%）和黑云母（1%~5%），副礦物為磁鐵礦等。

2.2 分析方法

主量元素、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素分析均在澳實(shí)分析檢測(cè)（廣州）有限公司完成。主量元素采用X 射線熒光光譜法（XRF）分析，在XRF 上運(yùn)用外標(biāo)法測(cè)定樣品中氧化物的含量，分析過(guò)程中運(yùn)用BCR-2標(biāo)樣進(jìn)行校正，分析精確度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%。微量元素分析采用Agilent7500a 型ICP-MS 完成，分析精確度和準(zhǔn)確度優(yōu)于10%。Sr-Nd 同位素分析采用HF+HNO3混合酸液解，用陽(yáng)離子交換技術(shù)進(jìn)行分離，分析精度優(yōu)于0.002%。 國(guó)際標(biāo)樣LaJolla 和BCR-2的143Nd/144Nd 測(cè)定平均值分別為0.511 859±6（2σ，n=20）和0.512 637±3（2σ，n=12），NBS 987給出的87Sr/86Sr值為0.710 245±15（2σ，n=9）。Pb同位素采用AG50WX12，200~400 mesh 離子交換樹(shù)脂在超凈實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行化學(xué)分離，在測(cè)定樣品之前，用NBS 981 標(biāo)準(zhǔn)校定儀器，測(cè)試過(guò)程中采用NBS 997Tl 作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量分餾校正，隨時(shí)測(cè)定NBS 981 來(lái)監(jiān)測(cè)儀器。分析過(guò)程中NBS 981 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定值的平均值為：206Pb/204Pb=16.940、207Pb/204Pb=15.486和208Pb/204Pb=36.722。

3 分析結(jié)果

3.1 主量元素特征

鄒平鶴伴山玄武安山巖具有相對(duì)均一的SiO2（52.37%~54.65%），全堿（N2O+K2O）含量為5.24%~7.50%，在TAS 圖解中落入亞堿性范圍（圖2）。鄒平玄武安山巖的MgO 為4.42%~6.06%（圖3），全巖Mg#為52.50~59.43［Mg#=100×Mg2+/（Mg2++Fe2+）］，Al2O3含量為13.59%~15.60%，F(xiàn)e2O3T含量為9.06%~10.38%。鄒平輝長(zhǎng)巖的SiO2含量為50.04%~56.14%，全堿含量為3.24%~5.96%，Al2O3含量為12.38%~17.42%，F(xiàn)e2O3T含量為8.12%~11.00%。鄒平輝長(zhǎng)巖同時(shí)具有較大的MgO 含量變化（4.32%~11.80%）及Mg#范圍（55.36~74.81）（表1）。

表1 鄒平玄武安山巖和輝長(zhǎng)巖主量元素（%）、微量元素（×10-6）與稀土元素（×10-6）分析結(jié)果Table 1.Major（%）, trace（×10-6）and rare earth（×10-6）elements in the Zouping basaltic andesite and gabbro

圖2 鄒平玄武安山巖和輝長(zhǎng)巖TAS圖解Figure 2.TAS diagram of the Zouping basaltic andesite and gabbro

圖3 鄒平玄武安山巖和輝長(zhǎng)巖SiO2含量與其他主量元素氧化物及Ni、Cr的相關(guān)圖Figure 3.Correlation diagram of SiO2 content against the oxides of other major elements, Ni and Cr in the Zouping basaltic andesite and gabbro

3.2 稀土元素特征

樣品的稀土含量（∑REE）為63×10-6~130×10-6，輕重稀土比（La/Yb）N（N 代表原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值，下同）為5.87~10.92，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖上為富集輕稀土、虧損重稀土的配分模式（圖4a）。其中鶴伴山玄武安山巖有輕微的Eu 負(fù)異常，Eu/Eu*為0.93~0.97，茶葉山輝長(zhǎng)巖存在輕微的Eu 正異常，Eu/Eu*為0.97~1.33。

圖4 鄒平玄武安山巖和輝長(zhǎng)巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（a）和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（b）Figure 4.Chondrite-normalized REE patterns（a）and primitive-mantle-normalized spidergrams for the Zouping basaltic andesite and gabbro（b）

3.3 微量元素特征

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖4b），樣品表現(xiàn)出富集大離子親石元素（LILE，如Ba、K、Pb、Sr），虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE，如Nb、Ta、Zr、Hf、Ti）的典型島弧特征，具有與華北克拉通東部早白堊世鎂鐵質(zhì)巖石相似的特征［11-17］。

3.4 Sr-Nd-Pb同位素組成

樣品Sr-Nd同位素組成表現(xiàn)出EM-I地幔源區(qū)的特征，87Sr/86Sr變化較小，為0.704 667~0.705 409，初始Nd同位素值εNd（t）變化較大，為?16.8~?9.8。與中國(guó)東部新生代堿性玄武巖相比［18］，早白堊世的濟(jì)南和鄒平基性巖更加富集。與魯西的費(fèi)縣、方城和沂南［19-21］及膠東的即墨、興村早白堊世鎂鐵質(zhì)巖石［22］相比，鄒平的樣品具有相似的εNd（t）及較低的87Sr/86Sr。分析測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 鄒平玄武安山巖和輝長(zhǎng)巖Sr-Nd同位素組成Table 2.Sr-Nd isotopic composition for the Zouping basaltic andesite and gabbro

初始Pb同位素組成是根據(jù)全巖Pb同位素組成實(shí)測(cè)值，結(jié)合U、Th 和Pb 的含量，并扣除相應(yīng)年齡的放射成因Pb 同位素的累積計(jì)算得到。2 處樣品具有較為一致的Pb 同位素組成：206Pb/204Pb 為16.552~17.564；207Pb/204Pb為15.236~15.433；208Pb/204Pb為36.444~37.411。分析測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 鄒平玄武安山巖和輝長(zhǎng)巖Pb同位素組成Table 3.Pb isotopic composition for the Zouping basaltic andesite and gabbro

4 討論

4.1 地殼混染

鄒平基性巖具有較高的MgO、Cr、Ni，較低的SiO2，以及較高的Mg#，指示其原始熔體形成于超鎂鐵質(zhì)地幔的部分熔融［23-24］。然而，這些巖石同時(shí)顯示出大陸地殼的地球化學(xué)特征，如：①較高的輕重稀土比值（La/Yb）N=6.2~11.7；②較高的LILE（Ba、K、Pb、Sr）和虧損的HFSE（Nb、Ta、Zr、Hf、Ti）（圖4）；③較低的Nb/U（4.6~20）和較高的Ba/Th（235~1 356）；④中等程度的87Sr/86Sr（0.704 667~0.705 409）和較低的εNd（t）（?16.8~?9.8）（圖5）。在Sr-Nd 圖解中，樣品沒(méi)有落在上地殼與地幔兩端元的混合趨勢(shì)線上，說(shuō)明樣品受到上地殼物質(zhì)混染的可能性較低。另外，鄒平玄武安山巖的Nb/U 與SiO2之間負(fù)相關(guān)性不明顯（圖6a），指示低Nb/U 與巖漿演化無(wú)關(guān)，其應(yīng)該指示的是巖漿源區(qū)的性質(zhì)；而茶葉山樣品的Ce/Pb與87Sr/86Sr沒(méi)有負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖6b），指示低Ce/Pb 組分來(lái)自地殼混染的可能性較低。

圖5 鄒平玄武安山巖和輝長(zhǎng)巖地幔端元圖Figure 5.Zouping basaltic andesite and gabbro mantle terminal diagram

圖6 鄒平玄武安山巖SiO2-Nb/U相關(guān)圖（a）及鄒平玄武安山巖和輝長(zhǎng)巖87Sr/86Sr-Ce/Pb相關(guān)圖（b）Figure 6.SiO2 versus Nb/U for the Zouping basaltic andesite and 87Sr/86Sr versus Ce/Pb for the Zouping basaltic andesite and gabbro

4.2 分離結(jié)晶

全巖主微量元素的較大變化指示鄒平基性巖可能經(jīng)歷了不同程度的分離結(jié)晶。Cr、Ni、CaO/Al2O3與MgO 呈正相關(guān)（圖7），指示了橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶。

圖7 鄒平玄武安山巖和輝長(zhǎng)巖MgO與CaO/Al2O3、Cr、Ni相關(guān)性和稀土總含量與Eu異常相關(guān)圖Figure 7.Correlation between MgO and CaO/Al2O3, Cr and Ni and correlation between total rare earth content and Eu anomaly for the Zouping basaltic andesite and gabbro

4.3 地幔源區(qū)

相似分配系數(shù)的強(qiáng)不相容元素在部分熔融過(guò)程中具有相似的地球化學(xué)行為，其比值可以用來(lái)示蹤巖漿的源區(qū)。樣品的Ce/Pb和Nb/U較低且變化較?。▓D8），落在大陸地殼與島弧火山巖的范圍內(nèi)［25］，低于洋中脊玄武巖和洋島玄武巖［26］（Ce/Pb=25±5；Nb/U=47±7）。同時(shí)，本次研究的樣品具有較高的La/Nb（3.7~10.4）和La/Ta（46~83），高于軟流圈來(lái)源的玄武質(zhì)熔體［27］（La/Nb＜1.5，La/Ta＜22），與方城、蒙陰盆地玄武巖以及中國(guó)東部中生代基性巖相似［28-29］，指示源區(qū)不太可能直接來(lái)源于軟流圈地幔的部分熔融［30］，而可能為受到交代的巖石圈地幔［31］。來(lái)自軟流圈的玄武質(zhì)熔體具有相對(duì)較高的TiO2含量［洋島玄武巖（OIB）平均TiO2含量為2.86%］，來(lái)自巖石圈地幔的玄武質(zhì)巖漿TiO2含量相對(duì)較低［32］，而鄒平基性巖具有較低的TiO2含量（TiO2＜1.2%），符合巖石圈地幔相對(duì)軟流圈地幔TiO2含量較低的特點(diǎn)［33］。

圖8 鄒平玄武安山巖和輝長(zhǎng)巖Ce/Pb-Ce相關(guān)性和Nb/U-Nb相關(guān)圖注：MORB和OIB數(shù)據(jù)引自Hofmann et al.（1986）［26］Figure 8.Ce/Pb versus Ce and Nb/U versus Nb for the Zouping basaltic andesite and gabbroNote:MORB and OIB data are cited from Hofmann et al（.1986）［26］

鄒平基性巖具有中等的87Sr/86Sr 和較低的εNd（t），在Sr?Nd圖解中遠(yuǎn)離洋中脊玄武巖與洋島玄武巖的地幔源區(qū)，落在EM?1 型地幔源區(qū)范圍內(nèi)（圖5）。同時(shí)，樣品還具有極低的Pb 同位素比值，與來(lái)源于古老的下部大陸巖石圈地幔（SLCM）的煌斑巖相似［34］。

微量元素上，鄒平和濟(jì)南基性巖富集LILE 和LREE，虧損HFSE，不同于起源軟流圈地幔的MORB的微量元素配分［35-36］，可能指示了一個(gè)受到俯沖作用交代的EM?1 型地幔源區(qū)。同時(shí)，較高的Pb 含量（Pb在熔體中溶解度較高）以及較低的Pb 同位素比值也指示源區(qū)受到了近期俯沖相關(guān)熔體的改造，難熔的巖石圈地幔受到俯沖板片析出流體的交代而發(fā)生部分熔融形成的熔體具有與之相似的不相容元素特征和Sr-Nd-Pb 同位素組成。因此，鄒平基性巖可能形成于受俯沖板片析出流體交代的難熔巖石圈地幔的部分熔融。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）鄒平基性巖整體具有低SiO2、高M(jìn)gO、Na2O以及高M(jìn)g#值特征，富集輕稀土元素和大離子親石元素，虧損重稀土元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素，具有相對(duì)高的初始87Sr/86Sr比值和εNd（t）值。

（2）全巖Cr、Ni、CaO/Al2O3與MgO 的正相關(guān)性指示了鄒平基性巖在形成過(guò)程中經(jīng)歷了橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶。茶葉山輝長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石的高含量指示存在斜長(zhǎng)石堆晶。

（3）鄒平基性巖的源區(qū)為一個(gè)受俯沖板片析出流體交代的難熔巖石圈地幔，其在形成過(guò)程中受到了近期俯沖相關(guān)熔體的改造。