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1、第21卷 第5期 1 9 9 6 年 9 月地球科学中国地质大学学报 Earth Science Journal of China U niversity of GeosciencesVol. 21 No. 5 Sep. 1 9 9 6山东中生代橄榄安粗岩系火山岩的地质、 地球化学特征及岩石成因*邱检生 王德滋 周金城 曾家湖 ( 南京大学地球科学系, 南京 210093)摘 要 山东中生代橄榄安粗岩系火山岩主要分布在沂沭断裂带及其两侧的断陷型陆 相火山盆地中, 为早白垩世火山活动的产物. Rb- Sr 全岩等时年龄变化于 111. 4119. 6Ma. 岩石组合主要为粗面玄武岩- 橄榄安粗岩
2、- 安粗岩- 粗面岩. 这套岩石在化学上具 有富碱富钾、 富铝贫钛、 高氧化系数及富轻稀土和大离子亲石元素的特点, 并具有较高的ISr值和明显偏低?N d值. 根据对岩石地质、 地球化学特征和产出构造环境的详细分析, 表 明这套岩石的成因应主要是富集型地幔的部分熔融. 关键词 橄榄安粗岩系, 富集型地幔, 岩石成因, 中生化, 山东. 中图法分类号 P581 第一作者简介 邱检生, 男, 讲师, 1965 年生, 1992 年毕业于南京大学地球科学系, 获博士 学位, 现主要从事火山- 次火山作用与成矿关系及地幔的热结构与化学演化方面的研究工作.1996 年 4 月29 日收稿.* 国家自然科
3、学基金和地质矿产部壳幔体系组成、 物质交换及动力学开放研究实验室研究基金联合资助.0 引言橄榄安粗岩系( shoshoniteseries) 是随着板块 构造学说的兴起而被重新引起重视的一套富钾火 山岩系. 这套岩石多发育于岛弧区, 是形成时间较 晚, 空间上远离海沟的岛弧火山岩系列之一 1, 2, 也见于活动大陆边缘和地缝合线两侧, 少数出现 于裂谷带 3, 4. 这套岩石的研究对于了解构造环境的演化、 地幔的物质组成以及地幔化学和物理性 质上的不均一性等都具有重要的意义, 因而成为 近年来“ 构造- 岩浆作用” 研究的热门课题. 山东中生代橄榄安粗岩系火山岩主要分布在 沂沭断裂带及其两侧的
4、断陷型陆相火山盆地中, 火山岩的展布明显受深断裂的控制( 图 1) , 代表 性的产区包括沂沭断裂带西侧的邹平、 蒙阴、 费县 - 平邑盆地, 沂沭断裂内部的安丘、 沂水、 莒县盆 地, 以及沂沭断裂带东侧的胶莱盆地. 笔者从地质 年代学、 岩石- 地球化学及同位素地质学等多方 面对这套岩石进行了全面系统的研究.1 地质年代学野外典型火山岩剖面的实测表明, 山东中生代橄榄安粗岩系火山岩在地层层序上主要属青山组. 为确定这套火山岩的形成时代, 我们分别对蒙阴盆地及胶莱盆地的橄榄安粗岩系火山岩进行了 全岩 Rb- Sr 等时年龄测定( 表 1) , 由表 1 数据采用最小二乘法计算获得蒙阴盆地橄榄
5、安粗岩系火图 1山东中生代橄榄安粗岩系火山岩分布略图 Fig. 1 Sketch map showing the distribution of the M esozoic shoshonitic volcanic rocks in Shandong Province 1. 橄榄安粗岩系火山岩, 2. 钙碱性火山岩; 3. 实测及推测断裂山岩的全岩 Rb- Sr 等时年龄为( 119. 63. 7)Ma, 胶莱盆地橄榄安粗岩系火山岩的全岩 Rb- Sr 等时年龄为( 111. 42. 1) Ma. 数据点在等时线图上形成很好的线性相关, 相关系数分别为 0. 9986 和 0. 9994. 按
6、等时年龄对单个样品计算的( 87Sr/ 86Sr) i 值非常接近, 蒙阴盆地变化于 0.712420. 71246, 胶莱盆地变化于 0. 708360.70851, 而且与样品的 Sr 含量不呈相关变化, 这表 明上述等时线年龄数据是可信的; 因此, 山东中生代橄榄安粗岩系火山岩主要为早白垩世火山活动的产物.2 岩石化学区内橄榄安粗岩系火山岩代表性岩石样品的 化学成分列于表 2. 综合前人已有的资料, 这套岩石在化学成分上的特征可归结如下: ( 1) 硅适度饱 和, 主要为一套中基性岩石组合, 尤以中性岩类为主. 其基性种属样品的 CIPW 标准矿物计算结果中 Q 分子的含量小于 5%.
7、( 2) 富碱富钾, K2O+Na2O = 4. 71% 8. 58% , K2O = 2. 09% 4. 48% , K2O/ Na2O = 0. 721. 09. 在 T A S 分类图 5上的投影表明: 火山岩主要为粗面玄武岩-橄榄安粗岩- 安粗岩- 粗面岩组合. 在 SiO2-K2O 图上, 火山岩主要投影在富钾的橄榄安粗岩 系区( 图 2) . ( 3) Al2O3 含量较高, 但变化幅度较大, Al2O3= 14. 95%17. 75% , 岩石中 SiO2 与Al2O3 之间缺乏明显的相关性. ( 4) 贫钛贫铁,T iO2= 0. 58%1. 28% , 全铁( FeO+ 0.
8、 9Fe2O3) 变化于 3. 37%8. 13% , 在 AFM 图上显示明显的贫铁演化趋势. ( 5) 氧化系数普遍较高, 其 W 值( Fe2O3/ ( Fe2O3+ FeO) ) 变化于 0. 570. 95. 与表 1 山东中生代橄榄安粗岩系火山岩的全岩 Rb- Sr 同位素分析结果T able 1 Whole- rock Rb- Sr isotopic analysis results of the Mesozoic shoshonitic volcanic rocks in Shandong盆地样号岩性Rb/10- 6Sr/ 10- 687Rb/86Sr87Sr/86SrISr等
9、时线计算结果My- 1橄榄安粗岩61. 71 4360.123580. 712 660.000 080.712 45t= (119.63. 7)Ma My- 2安粗岩0.150290. 712 680.000 040.71242(87Sr86Sr= 0.712 450. 000 07 蒙阴盆地My- 3粗面岩99. 6 5460.459960. 713 220.000 100.712 44r= 0. 9986 My- 4粗面岩97. 21 0800.214910. 712 820.000 040.712 45My- 5粗面率武岩0.174000. 712 760.000 080.712 46P
10、- 062橄榄安粗岩50. 78798.40.17830. 708 7250. 000 130.708 44t= (111.42. 1) MaP- 068安粗岩70. 82785.70.25660. 708 9150. 000 180.708 51(87Sr/86Sr)i=o. 708 420.000 04胶莱盆地P- 078粗安岩41. 95750.60.14450. 708 5960. 000 230.708 37r= 0. 999 4P- 047粗面岩120. 9550.80.64750. 709 3820. 000 200.708 36P- 081粗面岩199. 8195.62.982
11、80. 713 1520. 000 150.708 43注:蒙阴盆地火山岩 Rb- Sr 等时年龄由地质矿产部壳幔体系组成、 物质交换与动力学开放研究实验室测定; 胶菜盆地火山岩Rb- Sr 等时年龄由南京大学现代分析中心测定.表 2 山东中生代橄榄安粗岩系火山岩代表性岩石样品的化学成分( ?B/ % )及主要岩石化学参数Table 2 Petrochemical compositions of the typical Mesozoic shoshonitic volcanic rocks in Shandongand their predominat petrochemical parame
12、ters产地样号岩性SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5K2O+Na2OK2O/Na2OWTFe M04- 1 粗面玄武岩51.33 1.15 14. 95 6.721.660.085.789.242.692. 470.865.160.920. 807. 71M03- 2 粗面玄武岩51.90 1.05 15. 02 7.181.630.074.28 10. 57 2.622. 090.554.710.800. 818. 09 蒙阴My- 1 橄榄安粗岩54.48 1.28 16. 85 6.570.710.083.906.113.993. 040
13、.787.030.760. 906. 62My- 4 橄榄安粗岩55.06 0.93 15. 36 3.762.830.125.797.483.372. 850.546.220.850. 576. 21 My- 6 粗面岩61.56 0.71 15. 28 2.860.800.093.785.043.783. 970.487.751.050. 783. 37安丘A- 06 橄榄安粗岩55.9808317. 22 8.240.710.071.836.193.462. 950.726.410.850. 928. 13 A- 07 安粗岩59.86 0.82 15. 82 5.881.170.042
14、.425.243.403. 550.496.951.040. 836. 46胶菜FLS- 6 橄榄安粗岩51.75 0.99 16. 07 5.852.800.175.856.803.513. 190.026.700.910. 688. 07 F- 18安粗岩57.37 0.68 16. 33 4.091.850.112.495.424.154. 430.028.581.070. 695. 53FLS- 14 粗面岩63.87 0.66 16. 18 4.611.290.111.812.323.344. 480.027.821.340. 785. 44F- 02橄榄安粗岩60.41 0.62
15、16. 73 4.641.170.132.163.663.964. 310.368.271.090. 805. 35P- 062 橄榄安粗岩55.58 1.11 16. 96 8.030.430.063.705.633.532. 530.506.060.720. 957. 66P- 068 安粗岩58.36 0.94 17. 73 4.540.680.073.175.313.992. 910.486.900.730. 874. 77注:W = Fe2O3/ (Fe2O3+ FeO),TFe= fEo+ 0. 9Fe2O3. 南京大学地球科学系中心实验室测定.547第 5 期路凤香等: 英安岩中
16、高压辉石巨晶的发现及其意义国外岛弧及活动大陆边缘区橄榄安粗岩系火山岩 相比, 本区岩石具以下特点: ( 1) 略偏酸性, 反映在岩石种属上本区火山岩以中性的橄榄安粗质- 安粗质- 粗面质的岩石为主体, 而国外岛弧及活动 大陆边缘区则以偏基性的岩石组合为主. ( 2) 相对富钠, K2O/ Na2O 比值略低. ( 3) 氧化系数明显偏 高, 据统计, 山东中生代橄榄安粗岩系火山岩的W 值一般均大于 0. 5, 而国外岛弧及活动大陆边缘区该值则普遍小于 0. 5, 显示山东中生代橄榄安粗岩系火山岩形成于明显偏高的氧化条件下.Kay 和 Gast 7对比了产于大陆地区和大洋岛屿 上的富碱玄武岩, 认为与大洋地幔相比, 大陆区的地幔具有较高的氧化条件, 并认为地幔交代作用可能是引起大陆区地幔具有较高氧化条件的重要 因素之一. 从这一观点看, 本区橄榄安粗岩系火山图 2 山东中生代橄榄安粗岩系火山岩 K2O- SiO2图 Fig. 2 K2O-SiO2diagram of the M esozoic shosho
