粤北长塘盆地晚白垩世早期流纹岩的成因 地球化学和Sr-Nd-Pb-Hf-O同位素制约_劳玉军.pdf

2016 年 9 月 September 2016 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 35，No． 5 558 ～567 收稿日期 2016 －04 －27; 修回日期 2016 －06 －21; 接受日期 2016 －09 －28 基金项目 中国核工业集团总公司项目 中核地计［ 2008］ 74 号 ; 东华理工大学研究生创新项目 DHYC －2016002 作者简介 劳玉军， 硕士研究生， 主要从事岩石地球化学研究。E- mail laoyj2015 sina． cn。 通讯作者 巫建华， 博士， 教授， 主要从事铀矿地质和火山地质研究。E- mail jhwu ecit． cn。 劳玉军，巫建华，徐勋胜． 粤北长塘盆地晚白垩世早期流纹岩的成因 地球化学和 Sr － Nd － Pb － Hf － O 同位素制约［ J］ ． 岩矿 测试， 2016， 35 5 558 －567． LAO Yu- jun，WU Jian- hua，XU Xun- sheng，et al． Petrogenesis of the Late Cretaceous Rhyolites in the Changtang Basin，Northern Guangdong Constraints from Geochemistry and Sr- Nd- Pb- Hf- O Isotopes［J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2016， 35 5 558 － 567． 【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 2016． 05． 015】 粤北长塘盆地晚白垩世早期流纹岩的成因地球化学和 Sr － Nd － Pb － Hf － O 同位素制约 劳玉军1，巫建华1， 2*，徐勋胜3 1． 东华理工大学地球科学学院，江西 南昌 330013; 2． 东华理工大学核资源与环境国家重点实验室培育基地，江西 南昌 330013; 3． 中国核工业集团公司 270 研究所，江西 南昌 330200 摘要 长塘流纹岩为 “大量流纹岩 － 少量玄武岩” 构成的不对称双峰式火山岩组合的酸性端元， 前人对年代 学研究认为是目前华南识别的燕山期最年轻的流纹岩 SHRIMP 年龄 96． 8 Ma ， 但在岩石地球化学特征及 成因方面尚未深入研究。本文通过全岩主微量元素、 Sr － Nd － Pb － O 和锆石 Hf 同位素研究得到 流纹岩为 亚碱性弱过铝质岩石， 稀土元素富集， 轻重稀土分馏明显， Eu 负异常; 具有较小的 87Sr/86Sr i、 较高的 εNd t 和较低的 206Pb/204Pb i、 207Pb/204Pb i、 208Pb/204Pb i值; 锆石的 εHf t 值较高且 Hf 模式年龄和全岩基本一 致， 均显示为新生下地壳岩浆; 全岩的 δ18O 值较高。结合区域地质资料， 本文认为长塘流纹岩是在晚白垩世 早期拉张环境下， 源于 EMⅡ富集地幔的岩浆混染少量下地壳物质形成新元古代新生下地壳， 发生熔融产生 的岩浆在上升过程中经历结晶分异演化后喷出地表的产物。晚白垩世早期流纹岩成因对华南陆壳拉张减薄 到正常厚度时间节点提供了证据。 关键词 流纹岩; 晚白垩世早期; Sr － Nd － Pb － Hf － O 同位素; 新生下地壳; 长塘盆地 中图分类号 P588． 323; P597． 3文献标识码 A 华南早燕山构造阶段以强烈岩浆活动为特征， 形成了中国东部火山 － 侵入岩带的一部分 ［1 －6 ］ ; 晚 燕山构造阶段以广泛发育红色沉积盆地为特征， 红 色沉积岩系底部常夹有镁铁质火山岩 ［3 ］， 岩浆侵入 活动主要发育在余姚政和大浦断裂带以东的沿 海地区 ［7 ］， 以西地区仅有零星出露［3， 6 ］。华南燕山 期火山 － 侵入岩的成因， 一直是广大地质工作者关 注的焦点 ［1 －12 ］。章邦桐等［9 ］、 巫建华等［3 ］、 周涛 等 ［13 ］认为赣南临江、 白面石盆地早侏罗世玄武岩、 赣东北广丰、 玉山盆地晚白垩世早期橄榄玄粗岩、 赣 东北广丰盆地早白垩世晚期碱性橄榄玄武岩是 EM Ⅱ富集地幔和亏损地幔不同比例混合的产物; 贺振 宇等 ［10 ］认为赣南中侏罗世早期中基性岩是不同深 度的富集岩石圈地幔发生熔融的产物; 章邦桐 等 ［8 ］、 杨泽黎等［11 ］、 贾小辉等［14 ］认为赣南临江、 白 面石盆地早侏罗世流纹岩、 赣西雅山晚侏罗世早期 花岗岩、 粤北雪山嶂晚白垩世花岗岩是地幔与正常 下地壳或地幔与上地壳不同程度混合的产物; 项媛 馨等 ［6 ］、 钟志菲等［12 ］认为粤北大长沙盆地早白垩世 早期粗面岩、 赣南会昌盆地早白垩世晚期粗面岩是 加厚地壳背景下年轻下地壳部分熔融的产物。可 见， 华南燕山期的火山 － 侵入岩不仅不同时期岩浆 岩类型不同， 而且岩浆岩物质来源也不同， 前人研究 集中于 早 燕 山 期 岩 浆 岩 ［6 －11 ］ 及 晚 燕 山 期 花 岗 855 ChaoXing 岩 ［14 ］、 镁铁质火山岩［3， 5， 13 ］， 缺乏对晚燕山期酸性火 山岩成因、 构造背景讨论及与燕山期不同岩石类型 的对比。 近年来， 刘茜等 ［15 ］、 巫建华等［16 ］发现， 赣南寻 乌、 粤北仁居和长塘等盆地的火山岩以“大量流纹 岩 － 少量玄武岩” 组合为特征， SHRIMP 锆石 U － Pb 年龄为 95 ～ 97 Ma， 地质时代属晚白垩世早期。这 是目前华南识别的燕山构造阶段最年轻的流纹岩， 深入研究其地球化学特征与岩石成因， 无疑对丰富 认识华南燕山期岩浆岩演化与构造演变规律有重要 的意义。本文以长塘晚白垩世早期流纹岩为研究对 象， 通过全岩主微量元素、 Sr － Nd － Pb － O 和锆石 Hf 同位素地球化学特征分析探讨流纹岩的成因， 通 过与早白垩世粗面岩成因的对比分析探讨地壳厚度 对不同岩石类型的制约， 为深入研究华南燕山构造 阶段的岩石成因类型和构造背景提供新的证据。 ①江南中生代北界隐伏断裂; ②绍兴萍乡断裂带; ③邵武河源断裂带; ④政和大埔断裂带。 1下白垩统优胜组; 2下白垩统合水组; 3震旦系老虎塘组; 4震旦系坝里组; 5花岗闪长岩; 6花岗岩; 7透长花岗斑岩; 8石英 斑岩; 9流纹岩; 10流纹质/英安质熔岩; 11玄武岩; 12岩性界线; 13不整合界线; 14断层; 15地质界线; 16采样点。 图 1长塘盆地大地构造位置 a， 据文献［ 17］ 和地质简图 b， 据文献［ 16］ Fig． 1Tectonic framework of the South China Block and geological sketch map of Changtang basin from Reference［ 16， 17］ 1地质概况及岩石学特征 长塘盆地位于绍兴萍乡断裂带以南、 政和 大埔断裂带以西的华夏古板块內的广东省河源市和 平县， 属邵武河源断裂带南段 图 1a 。盆地呈长 轴近东西向的椭圆形， 西侧为诸广山复式岩体， 盆地 內的火山岩系不整合在震旦系老虎塘组和坝里组浅 变质岩系之上， 由合水组和优胜组“大量流纹岩 － 少量玄武岩” 构成的不对称双峰式火山岩组成 ［16 ］。 下部的合水组主要为紫红色砂岩、 砾岩等沉积岩层 和火山碎屑岩， 厚约 480 m; 上部的优胜组主体为流 纹质碎斑熔岩， 底部为凝灰岩、 熔结凝灰岩、 流纹质 凝灰岩和火山角砾岩， 夹少量玄武岩， 厚约 560 m 图 1b 。样品采集于优胜镇至长塘镇沿边公路附 近， 采样间距在 50 m 以上。 流纹岩呈灰白、 浅紫、 肉红色， 流动构造发育， 包 括少斑状流纹岩和斑状流纹岩两类。少斑状流纹岩 为斑状结构， 斑晶含量约 10， 主要为石英、 斜长 石、 钾长石和少量黑云母。基质占 90 左右， 由霏 细长英质及玻璃质组成， 显微霏细嵌晶 － 隐晶质、 显 微粒状结构、 霏细结构及玻晶交织结构， 基质中见钾 长石和斜长石微粒。副矿物主要为磷灰石、 锆石、 钛 铁矿。斑状流纹岩为斑状结构， 斑晶约占 20， 主 要为石英、 斜长石、 钾长石; 基质约占 80， 由半自 形镶嵌粒状长石， 压扁拉长微粒嵌晶石英组成， 副矿 物主要为磁铁矿、 锆石和钛铁矿。 2元素分析方法和结果 2． 1元素分析方法 在岩相学观察的基础上， 选出新鲜的样品细碎 至 200 目以上， 进行化学成分分析。主量元素在南 京大学内生金属成矿机制研究国家重点实验室采用 955 第 5 期劳玉军， 等 粤北长塘盆地晚白垩世早期流纹岩的成因 地球化学和 Sr － Nd － Pb － Hf － O 同位素制约第 35 卷 ChaoXing 湿化学方法和 ICP － OES 方法测定， 测试仪器为 JY38S 型电感耦合等离子体发射光谱仪; 微量元素 在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实 验室采用 ICP － MS 方法测定， 测试仪器为高分辨率 电感耦合等离子体质谱仪。对 USGS 国际标准样品 的测定结果表明， 样品测定值和推荐值的相对误差 小于 10， 且大多数微量元素的分析误差在 5 以 内， 详细的样品制备、 分析流程及对国际标准样品的 测定均按实验室规定处理。 U、 Th、 Pb、 Rb、 Sr、 Sm 和 Nd 元素含量以及同位 素比值测定是在南京大学现代分析中心由 VG354 同位素质谱仪上完成。为了去除岩石面、 裂缝和裂 口污染物， 采用 5 氢氟酸 － 溴化氢混合酸对其样 品进行清洗; 0． 1 g 的粉末样品用氢氟酸 － 硝酸 － 高 氯酸混合酸来溶解。U － Th － Pb 的化学分离是通 过分析级的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂进行 的; Pb 同位素质谱分析是采用硅胶 － 磷酸发射技术 和单铼带单接收技术; 测定 NBS981 铅同位素标准 为 206Pb/204Pb 16. 941 0. 008，207 Pb/204Pb 15. 487 0. 011 和208Pb/ 204Pb 36. 715 0. 009， 样品 测定值均用 NBS981 标样进行了校正; Sr 同位素比 值测定时采用 86Sr/88 Sr 0. 1194 进行质量分馏校 正， Sr 同位素标样 NBS987 的测定结果为87Sr/ 86Sr 0. 710336 7 2σ ; La Jolla Nd 同 位 素 标 样 的 143Nd/144 Nd 测 定 值 为 0. 511864 3 2σ ， Nd 同位素比值测定采用146Nd/ 144 Nd 0. 7219 进行 了校正; O 同位素测定是在中国科学院南京地质古 生物研究所 MAT 253 稳定同位素质谱仪上完成。 锆石 Lu － Hf 同位素分析在中国科学院地质与地球 物理研究所完成， 实验过程用 He 作为剥蚀物质载 气， 测试点激光剥蚀束斑直径为 35 μm， 频率为 10 Hz， 能量密度约为 2. 5 J/cm2， 测定时以通用锆石 GJ1 为参照， 分析过程中锆石标准 GJ1 的176Hf/ 177Hf 加权平均值控制在 0. 282013 0. 000019 范围内， 相 关仪器运行条件及分析流程均严格按照操作步骤进 行， 数据处理采用 ICPMS DataCal 程序。 2． 2元素分析结果 2． 2． 1主微量元素特征 主量、 微量元素分析结果列于表 1。由表 1 数 据可见， 长塘盆地优胜组流纹岩具有高硅、 富碱和贫 钙镁的特征， 在 TAS 图上 图2a 投影点均落在亚碱 性流纹岩范围内; Al2O3含量为 12. 2 ～ 12. 9， A/CNK 0. 96 ～1. 09， 属弱过铝质系列岩石。 稀土元素含量较高， 轻重稀土分馏明显， 重稀土 元素分馏不明显， Eu 亏损较明显。稀土元素配分曲 图 2长塘盆地流纹岩 a TAS 岩石分类图解和 b Zr － Ba － Sr 图解， 底图据文献［ 8， 19］ Fig． 2 a TAS diagram of the rhyolites in Changtan basin and b Zr- Ba- Sr diagram，modified from Reference ［ 8， 19］ 线呈右倾， 为轻稀土富集型， 且轻稀土曲线相对较 陡， 重稀土曲线较平缓。高场强元素 Ta、 Hf、 Zr、 Nb、 Ce、 Y 和大离子亲石元素 Rb、 Th、 U、 Ba、 Sr 的含量都 比较高， 在 Zr － Ba － Sr 图上 图 2b 落入高 Ba － Sr 流纹岩区及附近， 属于高 Ba － Sr 类流纹岩 ［19 ］。在 原始地幔标准化蛛网图上， 呈现 Rb、 Th、 U、 K、 La、 Ce 峰和 Ba、 Sr、 P 和 Ti 谷特征。 2． 2． 2Sr －Nd －Pb －O －Hf 同位素特征 长塘流纹岩 Sr、 Nd、 Pb、 O 和锆石 Hf 同位素分 析结果列于表 2， 具有以下特征。 1 全岩的锶同位素值 87Sr/86Sr i 0. 70857 ～0. 70990， 介于球粒陨石值和地壳值间且靠近前 者， 低 于 临 江、 白 面 石 盆 地 流 纹 岩 0. 71126 ～ 0. 71228 ［8 ］， 高 于 广 丰玉 山 盆 地 橄 榄 玄 粗 岩 0. 705856 ～ 0. 706352 、 黄埠正长岩 0. 7028 ～ 0. 7068 和车步辉长岩 0. 7065 ～ 0. 7082 的 87Sr/ 86Sr i值 ［3， 10 ］; 与大长沙盆地粗面岩 0. 70687 ～ 0. 70907 、 会昌盆地粗面岩 0. 707 ～ 0. 708 ， 临江、 白面石盆地玄武岩 0. 7080 ～ 0. 7111 、 雪山嶂花岗 岩 0. 7098 ～0. 7101 的值相近 ［6， 9， 12， 14 ］。 065 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2016 年 ChaoXing 2 全岩的钕同位素值 εNd t － 1. 05 ～ －0. 86， 较接近球粒陨石地幔， 明显高于临江、 白面 石盆地流纹岩 － 11. 9 ～ － 7. 44 、 雪山嶂花岗岩 －7. 68 ～ －6. 18 的值 ［8， 14 ］， 略低于广丰玉山橄 榄玄粗岩 0. 27 ～1. 93 、 临江白面石盆地玄武岩 －0.4 ～1.1 、 黄埠正长岩 1.20 ～3.61 的值 ［ 1， 9 －10 ］， 与大长沙粗面岩 － 3.35 ～ － 3.21 、 会昌粗面岩 －2.60 ～ －1.99 、 南昆山和密坑山花岗岩 －2.87 ～ －1.54、－ 5.13 ～ － 3.56 值相近 ［ 6， 12， 21 ］; T DM2 965 ～ 981 Ma， 明显低于华夏地块基底变质岩 1800 ～ 2200 Ma 、 临江白面石盆地流纹岩 1567 ～1920 Ma 、 密山 花岗岩 1207 ～ 1326 Ma 的 TDM2值［8， 21 －22 ］， 略高于 广丰、 玉山盆地橄榄玄粗岩 742 ～879 Ma 、 黄埠正 长岩 668 ～864 Ma 的 TDM2值［3， 10 ］， 略低于大长沙盆 地粗面岩 1191 ～1202 Ma 、 会昌盆地粗面岩 1071 ～1120 Ma 的 TDM2值［6， 12 ］， 与临江白面石盆地玄 武岩 873 ～995 Ma 的 TDM2值相似［9 ］。 表 1长塘盆地流纹岩主量元素 10－2 和微量元素 10－6 分析数据 Table 1Major element and trace element 10 －6 parameters of rhyolites in Changtang basin 样品编号CT105CT107HP14HP13 －1HP13 －2HP13 －3HP13 －4Qq01 SiO272. 874．373．772．174．376．776．174．3 Al2O312．812．612．812．912．812．212．212．5 TiO20． 290．250． 260．330．240．20．20．16 Fe2O31． 150．811． 110．940．480． 490．920．61 FeO0． 910．840． 831．331．320． 540．290．75 MnO0． 080．070． 090．080．100． 020．040．10 MgO0． 670．320． 311．130．240． 170．170．43 CaO1． 130．810． 841．370．500．30．260．77 Na2O3． 163．223． 153．143．283． 012．923．08 K2O5． 455．655． 635．295．245． 555．465．87 P2O50． 090．060． 040．140．040． 020．020．02 烧失量1． 291．250． 551．360．80．70．810．84 总量99．810099．310099．399．999．499．2 A/NKC0． 970．971． 000．961．061． 061．090．97 Sr57．663．311517913057．064．5－ Rb215204209224195183174－ Ba392384655461620218297－ Th33．628．722．039．526．037．533．7－ U5． 705．104． 106．005．105． 365．77－ Ta0． 710．610． 541．270．652． 492．12－ Nb25．023．224．033．429．028．325．9－ Zr224211215230210179175－ Hf8． 146．504． 6010．24．506． 815．91－ Y34．237．127．132．837．635．538．5－ Ga16．215．715．417．416．314．915．1－ La74．176．599．373．185．262．357．4－ Ce113117217113180170160－ Pr18．219．121．117．418．416．816．8－ Nd64．765．472．062．664．760．358．6－ Sm11．312．915．110．314．711．611．5－ Eu1． 411．502． 071．331．361． 061．09－ Gd7． 847．928． 647．639．9410．410．3－ Tb0． 981．051． 240．941．451． 541．36－ Dy5． 555．696． 185．438．568． 918．07－ Ho0． 961．041． 260．931．721． 611．53－ Er2． 802．913． 142．794．214． 254．25－ Tm0． 380．420． 490．390．600． 590．60－ Yb2． 592．772． 862．643．423． 783．84－ Lu0． 390．410． 470．380．580． 490．53－ ΣREEs304 314451299395354335－ La/Yb N 7． 6719．318．723．518．716．811．1－ La/Sm N 4． 754．143． 754．144．453． 653．38－ Gd/Yb N1． 002．452． 322．452．342． 362．24－ δ Eu 0． 310．440． 420．510．440． 330．29－ 注 A/NKC Al2O3/ Na2O K2O CaO ， 单位为 mol; δ Eu 2EuN/ Sm Gd N; La/YbN、 La/SmN、 Gd/Yb N和 EuN为标准化值据文献 ［ 18］ 。 165 第 5 期劳玉军， 等 粤北长塘盆地晚白垩世早期流纹岩的成因 地球化学和 Sr － Nd － Pb － Hf － O 同位素制约第 35 卷 ChaoXing 表 2长塘盆地流纹岩全岩 Sr － Nd － Pb － O 和锆石 Lu － Hf 同位素分析数据 Table 2Sr- Nd- Pb- O and zircons Lu- Hf isotopic data of the rhyolites in Changtang basin 同位素数据HP13 －1CT105CT107样品编号 CT105 176Lu/177Hf176Hf/177Hf εHf tTDM2 Ma 87Rb/86Sr 3．7211． 259． 62010．000970．28255－5．5952 87Sr/86Sr 2σ 0．713692 60． 725408 100． 722746 8020．000770．28254－5．9962 87Sr/86Sr i 0． 708570． 709900． 70948030．001310．28235－131242 εSr t59． 478．372．3040． 001230．28253－6．4994 147Sm/144Nd 0．09860．10250． 1163050．000810．28257－5．0928 143Sm/144Nd 2σ 0．512522 90． 512534 80． 512541 9060．001030．28254－5．9968 143Nd/144Nd i 0． 5124590．5124690． 512467070．000650．28254－5．9961 εNd t－1．05－0． 86－0．90080． 001040．28256－5．3948 fSm/Nd－0．5－0． 48－0．41090． 000680．28255－5．5945 TDM2 Ma981965968100．000630．28252－6．4979 206Pb/204Pb 2σ 18． 092 2718． 082 2918． 055 27110．000910．28258－4．6916 207Pb/204Pb 2σ 15． 475 2515． 535 2215． 473 28120．000730．28260－3．8881 208Pb/204Pb 2σ 38． 183 2638． 203 2338． 18 21130．000760．28258－4．5908 206Pb/204Pb i 17．93817． 92317．919140．000760．28256－5．1931 207Pb/204Pb i 15．47415． 53615．472160．000950．28256－5．1935 208Pb/204Pb i 37．83037． 89338．105180．001330．28254－5．9975 μ9．549．669． 54190． 000610．28255－5．6946 δ18O 9． 07‰11． 29‰11．41‰200．000750．28254－5．9962 注 εNd t 、 TDM2 Nd 、 ε Hf t 和 TDM2 Hf计算公式据文献［ 20］ ， 年龄校正 t 96．8 Ma ［16 ］。 3 全岩的铅同位素值 206Pb/204Pb i、 207Pb/ 204Pb i 和 208Pb/204Pb i偏低， 分别为 17. 92 ～17. 94、 15. 47 ～15. 54 和 37. 85 ～38. 11， 略低于大长沙盆地 粗面岩的值 分别为 18. 23 ～ 18. 39、 15. 78 ～ 15. 88、 38. 83 ～39. 14 ［6 ］， 与临江、 白面石盆地玄武岩的值 相近 分别为 17. 87 ～ 18. 65、 15. 43 ～ 16. 13、 37. 84 ～39. 19 ［12 ］; 具有较高的 μ 值 均值为 9. 58 ， 介于 地幔 μ 值 7. 8 和上地壳 μ 值 11. 3 之间 ［6 ］。 207Pb/204Pb i介于上地壳演化线与地幔演化线之 间， 208Pb/204Pb i介于下地壳和地幔演化线之间， 且 靠近地幔演化线 ［23 ］。由于 Th 地球化学性质较 U 稳 定且半衰期也较长得多， 而208Pb 是 Th 放射性衰变 的最终产物， 因此208Pb/ 204Pb更能有效反映成岩物质 来源 ［8 ］。 4 全 岩 的 氧 同 位 素 值 δ18O 9. 07‰ ～ 11. 41‰， 明显高于地幔平均值 5. 7‰ ［6 ］、 会昌盆 地橄榄玄粗岩 5. 3‰ ～7. 0‰ 的值 ［5 ］， 比广丰玉 山盆地玄粗岩 8. 71‰ ～ 9. 66‰ 、 广丰盆地碱性橄 榄玄 武 岩 8. 0‰ ～ 9. 6‰ ［13 ］、南 昆 山 花 岗 岩 7. 9‰ ～ 9. 8‰ 略高 ［1， 13， 21 ］， 与会昌盆地粗面岩 9. 74‰ ～10. 5‰ 相近 ［12 ］。 5 样品 CT105 流纹岩的 18 颗锆石 Hf 同位素 测试 结 果 显 示，除 03 号 分 析 点176Lu/ 177 Hf 0. 00131、 176Hf/177Hf 0. 28235 为捕获锆石 外， 整 体上较均一， 176Lu/177Hf 0. 00061 ～ 0. 00133， 均小 于 0. 002， 因此锆石的176Hf/ 177Hf 值可代表锆石形成 的176Hf/ 177 Hf 值 来 讨 论 成 因 ［24 ］。176 Hf/177Hf 0. 28252 ～ 0. 28260， εHf t 值相对稳定， 变化于 －6. 4 ～ －3. 8 之间 主要集中于 －6 ～ －5 ， 高于雅 山花岗岩 －14. 8 ～0. 7， 峰值 －9 ［11 ］， 低于雪山嶂 花岗岩 － 2. 66 ～ 6. 84， 峰值 － 1 ［14 ］ 。ε Hf t 值范 围在球粒陨石和下地壳间 ［14 ］， 锆石 Hf 二阶段模式 年龄 TDM2 Hf908 ～994 Ma 与全岩 Nd 的 TDM2 Nd 基 本一致， 均远大于流纹岩成岩的锆石结晶年龄 96. 8 Ma ［16 ］。 3长塘盆地晚白垩世早期流纹岩的成因 在双峰式火山岩中的流纹质火山岩成因目前主 要分为两类 一类与基性岩同源， 是由幔源玄武质岩 浆结晶分异形成， 成岩过程中可能伴有不同程度的 壳源物质混染 ［8， 25 ］， 该类岩石空间上分布以中基岩 为主; 另一类与基性岩不同源， 是地壳物质部分熔融 的产物， 但幔源玄武质岩浆提供了热和可能的部分 物质 ［4， 7 －8 ］。本文对长塘盆地流纹岩成因通过物质 来源、 岩浆演化和构造环境三个方面进行讨论。 3. 1岩浆源区 3. 1． 1主微量元素制约 长塘盆地流纹岩具有较高的 SiO2、 较低的 MgO、 TiO2含量及 A/CNK 表现出的弱过铝质特征， 均表现为壳源岩浆岩特征， 与地幔物质直接熔融形 265 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2016 年 ChaoXing 成岩浆不相符 ［1， 8 ］， 且地表出露为“大量流纹岩 － 少 量玄武岩” 特点， 也不符合地幔岩浆直接结晶分异 作用的特征 ［7 －9， 25 ］。Rb/Sr 1. 50 ～ 3. 73， Nb/Ta 11. 4 ～ 44. 6， Ti/Y 0. 005 ～ 0. 010， 均在壳源岩浆 范 围 内 Rb/Sr ＞ 0. 5，Nb/Ta ＞ 17. 5，Ti/Y ＜ 100 ［26 ］， 在 K 2O Na2O － δEu 图解上 图 3a 落 在壳源范围内， 也指示岩浆物源为壳源， Zr － Ba － Sr 图解上显示高 Ba － Sr 流纹岩的特征 图 2b ， 与源 于下地壳岩浆岩较为相似 ［19 ］。 3. 1． 2Sr －Nd －Pb －O －Hf 同位素制约 在 εNd t － 87Sr/86Sr i图解 图 3b 上， 与会 昌盆地粗面岩、 大长沙盆地粗面岩、 会昌盆地玄粗 岩、 临江盆地、 白面石盆地玄武岩的分布范围相 近 ［5， 6， 9， 12 ］， 而与临江盆地、 白面石盆地流纹岩、 雪山 嶂花岗岩的分布范围不同 ［8， 14 ］， 也与黄埠正长岩、 车 步辉长岩、 广丰玉山盆地橄榄玄粗岩的分布范围 不同 ［3， 10 ］， 暗示长塘盆地流纹岩的源区与幔源物质 有关， 但又不是地幔源区直接熔融的产物。在 εHf t － εNd t 图解 图 3c 上投影点均在下地壳范 围内， 说明长塘流纹岩岩浆来源于下地壳的部分熔 融。O 同位素值 δ18O 偏高， 但较均一。一般认为， 造成 δ18O 偏高的原因可能是岩浆喷发上升过程中 受到地壳物质的直接混染或者源区部分熔融过程中 有高 δ18O 的地壳物质的参与， 由地幔岩浆的结晶分 异不会引起18O 同位素的太大变化， 只有高 δ18O 的 地壳物质参与才会引起值较大的变化。长塘盆地流 纹岩 δ18O 较较均一， 暗示源区岩浆上升过程中壳源 物质的加入不明显; 由 143Nd/144Nd i 和 87Sr/86Sr i 较均一， 也说明岩浆上升过程中壳源物质的混染不 明显。由 208Pb/204Pb i值范围介于于地幔与下地壳 之间 ［23 ］， 结合全岩 ε Nd t 值和锆石 εHf t 值较均 一， 也说明地壳物质的加入不太可能是岩浆上升过 程中加入的， 最有可能的是下地壳岩浆源区岩石源 于地幔的岩浆并有少量先存的下地壳物质的混染。 在 εNd t － 87Sr/86Sr i图解 图 3b 上， 投影点 位于 DMM 地幔与 EMⅡ富集地幔间， 且与 EMⅡ富 集地幔更为接近， 进一步说明下地壳源区主要由源 于 EMⅡ富集地幔的物质形成的岩石所组成。流纹 岩全岩 TDM2 Nd965 ～981 Ma 和锆石 TDM2 Hf 881 ～ 994 Ma， 均在新元古代时期。尽管幔源岩浆加入 少量先存下地壳物质， 以及采用富集地幔参数计算 TDM2 Nd和 TDM2 Hf值往往都会使 TDM2 Nd和 TDM2 Hf计 算值老于新生下地壳的形成实际年龄， 但考虑到新 元古代华夏块体广泛发育侵入岩、 碎屑岩和火山岩 图中 c 数据引至文献［ 3， 6， 8 －14］ 。 图 3长塘流纹岩的 a K2O Na2O － δEu、 b εHf t － εNd t 和 c εNd t － 87Sr/86Sr i图解 底图据文献［ 6， 27］ Fig． 3 a K2O Na2O - δEu， b εHf t - εNd t and c εNd t - 87Sr/86Sr i diagrams of the rhyolites in Changtan basin Modified from Reference［ 6， 27］ 锆石 U － Pb 年龄数据集中在 0. 8 ～ 1. 0 Ga 之 间 ［28 －30 ］，计 算 的 流 纹 岩 源 区 岩 石 T DM2 Nd 和 TDM2 Hf值应比较接近新生下地壳的实际形成年龄。 综上所述， 本文认为两阶段模式可以解释长塘 盆地流纹岩的成因， 即 新元古代源于Ⅱ型富集地幔 的岩浆混染少量先存下地壳物质后形成年轻下地 壳， 晚白垩世早期这种年轻下地壳部分熔融形成流 纹岩浆。 365 第 5 期劳玉军， 等 粤北长塘盆地晚白垩世早期流纹岩的成因 地球化学和 Sr － Nd － Pb － Hf － O 同位素制约第 35 卷 ChaoXing 3． 2岩浆过程 岩相学观察表明， 多为斑状结构， 发育有长石和 石英斑晶及少量铁镁矿物， 矿物晶形较好， 微量元素 的 La/Sm 值与结晶分异作用较相符 ［31 －32 ］， 说明岩 浆在上升过程中是经历了矿物的结晶作用。在球粒 陨石标准化配分曲线图和原始地幔标准化蛛网图 上， 呈现出 Ba、 Sr、 P、 Ti 亏损及 Eu 负异常， Harker 图 解中， 随 SiO2含量的增高 Al2O3、 MgO、 CaO、 TiO2、 P2O5和 TFeO 等氧化物呈递减趋势， 显示岩浆在上 升过程中经历了斜长石、 磷灰石和镁铁质矿物的结 晶分异。 3． 3构造环境 华南燕山构造阶段的演化具有“拉张 － 挤压” 交互进 行 的“手 风 琴”式 多 阶 段 多 旋 回 的 特 征 ［1， 3， 17， 30 ］。研究表明， 早侏罗世中侏罗世早期在 拉张构造背景下形成了临江、 东坑、 白面石、 菖蒲盆 地等双峰式火山岩组合为特征的火山岩系 ［6 ］; 中侏 罗世晚期晚侏罗世在强烈挤压构造背景下导致华 南整体隆升和地层缺失， 并导致中侏罗世罗坳组强 烈挤压褶皱 ［33 ］。早白垩世早期在拉张构造背景下 形成了粤北大长沙盆地、 赣南三百山、 蔡坊和版石盆 地等 “高钾钙碱性流纹岩 － 碱性粗面岩” 组合为特 征的火山岩系 ［16 ］; 早白垩世中期又在挤压构造背景 下导致华南整体隆升和地层缺失， 并导致早白垩世 早期火山岩系褶皱变形 ［34 －35 ］。早白垩世晚期在局 部拉张构造背景下形成了以赣南会昌盆地罗塘群为 代表的褐红色砾岩、 砂岩、 粉砂岩为主夹玄武岩、 粗 面岩和橄榄玄粗岩为特征的火山 － 沉积岩系 ［12 ］。 进入晚白垩世， 受古太平洋板块的高角度俯冲运动， 东亚陆缘发生了一次大规模的伸展减薄活动 ［1， 17 ］， 形成了华南内陆的一系列近 NE 向的火山 － 沉积断 陷红色碎屑盆地 ［17， 28 ］， 双峰式火山岩夹于红色沉积 岩系中 ［16 ］。长塘盆地流纹岩在 Al 2O3－ SiO2、 TFeO/ TFeO MgO－ SiO2、 TFeO － MgO 和 TFeO MgO － CaO 图解上， 投影点基本上落入后造山型; 在非活动性元素 Rb － Nb Yb 、 Nb － Y 图解上， 主 要落入板内花岗岩区， 均代表的是拉张的构造环境， 指示长塘盆地流纹岩是板内拉张环境背景下岩浆活 动产物。另一方面， 通过与粤北大长沙盆地早白垩 世早期粗面岩和赣南早白垩世晚期粗面岩对比发 现， 它们都是源于Ⅱ型富集地幔的年轻下地壳部分 熔融的产物 ［6， 12 ］。岩石相平衡研究表明， 加厚陆壳 底部部分熔融形成的是粗面岩而不是流纹岩， 而厚 度正常陆壳底部或加厚陆壳中 － 上部部分熔融形成 的是流纹岩 ［36 ］， 说明长塘盆地流纹岩形成于厚度正 常陆壳底部， 指示晚白垩世早期陆壳已拉张减薄到 正常的厚度。 4结论 本文通过对长塘盆地晚白垩世早期流纹岩主、 微量元素和 Sr － Nd