大别-苏鲁造山带南北两侧晚中生代富钾火山岩的成因_微量元素及Sr-Nd-Pb同位素制约

本文由国家自然科学基金项目（编号：40272035）和国家创新研究群体科学基金项目（编号：40221301）资助。 责任编辑：宫月萱。 第一作者：邱检生，男，1965 年生，博士，教授，主要从事富钾火山岩、A 型花岗岩及壳幔演化与成岩成矿关系研究；E- mail ：JsCi uwyh!publicl . ptt .j s .cn。 大别- 苏鲁造山带南北两侧晚中生代富钾火山岩的 成因：微量元素及sr- nd- pb 同位素制约 邱检生 蒋少涌 张晓琳 胡 建 （南京大学地球科学系及成矿作用国家重点实验室，江苏 南京，210093） 摘 要 大别- 苏鲁造山带南、北两侧广泛发育晚中生代富钾火山岩，主要岩石组合为粗面玄武岩- 玄武粗安岩- 粗安岩- 安粗 岩- 粗面岩，这套岩石总体具有富碱、富钾、富轻稀土和大离子亲石元素（如 Rb、Th 等），贫高场强元素（如 Nb、Ti 等）， （87Sr／86Sr ）i 值偏高，"Nd（t ）值偏低等特点，但南、北两侧富钾火山岩的地球化学特征存在较显著的差异，主要表现在造山带北 侧富钾火山岩稀土总量更高，轻、重稀土分异更明显，且（87Sr／86Sr ）i 值更高，"Nd（t ）值和206Pb／204Pb 值显著偏低。元素- 同位素 综合示踪显示，区内富钾火山岩均起源于富集地幔的部分熔融，但南、北两侧源区地幔的富集机制存在差异，南侧富集地幔的 形成主要与俯冲洋壳析出流体的交代作用有关，而北侧富集地幔的形成除受到俯冲洋壳析出流体的交代作用外，在更大程度 上主要起因于俯冲的扬子陆壳析出流体的交代作用，即其源区遭受了多次富集事件的影响，后者是导致南、北两侧富钾火山 岩地球化学特征差异的主要原因。 关键词 富钾火山岩 地球化学 源区富集 岩石成因 大别- 苏鲁造山带 petrogenesis of K-rich Volcanic Rocks on the nort hern and southern sides of t he dabie-sulu Orogenic belt ，Eastern china：constraints from trace Elements and sr- nd- pb lsotopes @I UJiansheng JI ANG Shaoyong ZHANG xiaoli n HUJian （State key Laboratory for mineral dePosit research ，dePart ment of Eart h Sciences ，NanJing Unioersity ，NanJing ，Jiangsu ，210093） Abstract Late mesoZoic K-rich volcanic rocks，mainly of t he trachybasalt- basaltic trachyandesite-trachyandesite-latite-trachyte asso- ciation，are widely developed on the nort hern and southern si des of t he Dabie- Sulu Orogenic Belt（DSCB）. These rocks generally have abundant al kali-and potassi um-rich LI LE and LREEli ke Rb and Th，and are depleted i n HFSEsuch as Nb and Ti . They also have high（87Sr／86Sr ）i ratios and low"Nd（t ）values . Compared wit h t hose on the southern si de of DSCB，t he K-rich volcanic rocks on the nort hern si de of DSCB have higher total REE contents and higher LREE／HREE and（87Sr／86Sr ）i ratios but much lower "Nd（t ）and 206Pb／204Pb values . Combined element-isotope traci ng demonstrates t hat t he studied K-rich volcanic rocks all ori gi nated from partial melti ng of t he enriched mantle . However，t he mantle source on the nort hern si de of DSCB may be Cuite diff erent from that on the southern si de i n t he enrichment process . The for mation of t he enriched mantle on the southern si de of DSCB is mai nly related to metasomatismby flui ds from dehydration of subducted oceanic crust materials，whereas t he mantle source on the nort hern si de of DSCB was subj ected to t he i nvolvement of subducted yangtZe conti nental crust materials besi des t he i nfluence of subducted oceanic crust materials . The i nvolvement of conti nental crust materials i n t he mantle source is considered to be the mai n f actor responsible f or t he geochemical diff erences of t he K-rich volcanic rocks bet ween the nort hern si de and the southern si de of DSCB. Key words K-rich volcanic rocks geochemistry source enrichment petrogenesis Dabie- Sulu orogenic belt 大别- 苏鲁造山带南、北两侧是中国晚中生代富 钾火山岩的典型产地，南侧以下扬子断陷带庐枞、宁 芜和溧水盆地的火山岩为代表，北侧包括大别山北 麓金寨- 霍山- 舒城盆地（北淮阳火山岩带）和山东沂 沭断裂带及其两侧盆地的火山岩。这套岩石的主体 均可归为钾玄武岩系，主要岩石组合为粗面玄武岩- 2004 年4 月 25 卷2 期：255-262 地 球 学 报 ACTA GEOSCI ENTI CASI NI CA Apr .2004 25（2）：255-262 玄武粗安岩- 粗安岩- 安粗岩- 粗面岩。前人对区内富 钾火山岩进行过不同程度的研究（Zhou 等，1994； Wang 等，1996；邱检生等，1997；Fan 等，2001；王元 龙等，2001；刘洪等，2002），但对南、北两侧富钾火山 岩地球化学特征（尤其是Sr- nd- pb 同位素组成）的 显著差异未以足够的重视。本文在综合已有资料的 基础上，着重对比南、北两侧富钾火山岩地球化学特 征的差异，并探讨了产生这一差异的深部机理及动 力学过程。 1 火山岩地质 大别- 苏鲁造山带南、北两侧富钾火山岩在空间 上多邻近郯庐断裂带分布，火山岩的展布明显地受 到基底深断裂的控制（图1 ）。造山带南、北两侧火 图1 大别- 苏鲁造山带南北两侧富钾火山岩分布略图 Fig .1 Sketch geological map shoWing the distri bution of K-rich volcanic rocks along the nort h and south si des of t he dabie- Sulu Orogenic belt 1- 富钾火山岩；2- 酸性火山岩；3- 深大断裂：①- 郯庐西界断裂；②- 郯 庐东界断裂；③- 五莲- 荣城断裂；④- 嘉山- 响水断裂；⑤- 信阳- 舒城断 裂；③- 磨子潭- 晓天断裂；①- 襄樊- 广济断裂；I- 华北板块；II- 扬子板 块；III- 苏鲁造山带；I V- 大别造山带；a- 宁芜盆地；b- 溧水盆地；c- 庐 枞盆地；d- 北淮阳火山岩带；e- 沂沭断裂及两侧火山岩带 1- K-rich volcanic rocks；2-aci dic volcanic rocks；3- deep f ault ：①-t he Western boundary f ault of t he Tanlu deep f ault zone；②-t he eastern boundary f ault of t he Tanlu deep f ault zone；③- Wulian- Rongcheng fault ； ④-jiashan- xiangshui f ault ；⑤- xinyang-Shucheng fault ；③- Mozitan- xiaotian f ault ；①- xiangfan- guangji f ault ；I-t he nort h china plate；II-t he Yangtze plate；III- Sulu Orogenic belt ；I V- dabie Orogenic belt ；a- ning- Wu basin；b- lishui basin；c- luzong basin；d- bei huaiyang volcanic rock zone；e-volcanic rock zone along the Yishu deep f ault and its both si des 山岩赋存盆地的类型存在显著差别，北侧火山岩多 产于“上叠式”或“基底隆起型”火山盆地中，火山岩 与基底地层存在不同程度的沉积间断，而南侧火山 岩均发育于“继承式”或“基底坳陷型”火山盆地中， 火山岩系的直接基底主要由古生代—中生代碎屑岩 和碳酸盐岩系组成，火山岩与基底地层缺乏长期大 范围的沉积间断。在地层层序上，沂沭断裂带及其 两侧富钾火山岩地层为青山组，大别造山带北麓主 要为毛坦厂组，晚期为响洪甸组（或白大畈组、望母 山组等）；下扬子断陷带各盆地火山岩依次可区分为 不同旋回，如自早至晚，庐枞盆地区分为龙门院、砖 桥、双庙和浮山旋回，宁芜盆地区分为龙王山、大王 山、姑山和娘娘山旋回，溧水盆地区分为龙王山、云 合山、大王山、观山和甲山旋回等。 对区内富钾火山岩的形成时代，前人已有较多 的资料积累，但早期多为K- ar 年龄。由于K- ar 体 系的抗扰动性差，使得 K- ar 年龄常偏离地质体的 实际年龄，加之精度较低，因而定年结果存在某些不 确定性。近年来，随着多种高精度定年技术的广泛 运用，区内富钾火山岩陆续积累了一批高质量的年 龄数据，表1 列出了近年来发表的40ar- 39ar 和锆石 SHRI Mp 定年结果，可以看出，区内富钾火山岩的 年龄多介于100～135 Ma 之间，表明它们主要为早 白垩世岩浆活动的产物。 2 地球化学 区内富钾火山岩主要为一套中基性岩石组合， 尤以中性的安粗质- 粗安质- 粗面质岩石为主体。火 山岩总体具有富碱、富钾特征，里特曼指数多介于 3 .3 ～9 .0 之间，主要属碱钙性岩石。在Si O2- K2O 关系图上，样品点主要投影在钾玄岩系区，少部分落 在高钾钙碱性岩系区（图 2 ）。火山岩显著贫钛， Ti O2 含量一般均低于1 .30 %，且聚合带南北两侧富 钾火山岩的Ti O2 含量存在较明显的差别，北侧富钾 火山岩的Ti O2 含量多变化于0 .80 % ～1 .30 %，较 之南侧富钾火山岩的 Ti O2 含量（主要变化于 0 .60 %～0 .80 %）略偏高。 在微量元素组成上，区内富钾火山岩均具有富 轻稀土和大离子亲石元素、贫高场强元素的特点。 火山岩的Rb、ba、Th 含量相当于原始地幔的数十倍 至数百倍，稀土分布模式均呈右倾型，缺乏显著的铕 负异常，表明成岩过程中斜长石的分离结晶作用不 强。在相对于原始地幔（Sun 等，1989）标准化的蛛 网图上均表现出显著的nb、Ti 负异常（图3 ），这一 652 地 球 学 报 2004 年 Administrator 高亮 表1 大别- 苏鲁造山带南北两侧富钾火山岩同位素年龄 Table 1 Isotopic ages of K-rich volcanic rocks along the north and the south sides of t he dabie-sulu orogenic belt 采样点 序号 岩 性 产 地 层 位 年龄／Ma 测试方法 资料来源 大别- 苏 鲁造山带 北侧 l 钾玄岩 蒙阴 青山组 ll4 .8 0 .6 全岩40Ar- 39Ar 年龄 邱检生等，200la 2 钾玄岩 蒙阴 青山组 ll7 .8 0 .6 全岩40Ar- 39Ar 年龄 邱检生等，200la 3 安粗岩 蒙阴 青山组 l24 .3 0 .6 全岩40Ar- 39Ar 年龄 邱检生等，200la 4 钾玄岩 蒙阴 青山组 ll7 .0 0 .6 全岩40Ar- 39Ar 年龄 邱检生等，200la 5 钾玄岩 蒙阴 青山组 ll8 .2 0 .6 全岩40Ar- 39Ar 年龄 邱检生等，200la 6 安粗岩 胶莱 青山组 l09 .9 0 .6 全岩40Ar- 39Ar 年龄 邱检生等，200lb 7 粗面岩 胶莱 青山组 l08 .2 0 .6 全岩40Ar- 39Ar 年龄 邱检生等，200lb 8 粗面质凝灰熔岩 北淮阳 响洪甸组 94 .0 2 .6 全岩40Ar- 39Ar 年龄 邱检生等，2002b 9 假白榴石响岩 北淮阳 响洪甸组 l0l .3 2 .8 全岩40Ar- 39Ar 年龄 邱检生等，2002b l0 粗面质响岩 北淮阳 响洪甸组 l03 .7 2 .8 全岩40Ar- 39Ar 年龄 邱检生等，2002b ll 安粗质火山岩 北淮阳 毛坦厂组 l27 .l 3 .5 全岩40Ar- 39Ar 年龄 邱检生等，2002b l2 黑云母粗面岩 北淮阳 毛坦厂组 l24 .l 0 .7 黑云母40Ar- 39Ar 年龄 周泰禧等，l992 大别- 苏 鲁造山带 南侧 l 安粗岩 庐枞 砖桥组 l40 .l 0 .8 全岩40Ar- 39Ar 年龄 刘洪等，2002 2 钾玄岩 庐枞 双庙组 l25 .5 0 .8 全岩40Ar- 39Ar 年龄 刘洪等，2002 3 粗面斑岩 庐枞 浮山组 l26 .0 3 .4 全岩40Ar- 39Ar 年龄 刘洪等，2002 4 安粗岩 宁芜 龙王山组 l3l .0 4 .0 锆石SHRI MP 年龄 张旗等，2003 5 安粗岩 宁芜 大王山组 l27 .0 3 .0 锆石SHRI MP 年龄 张旗等，2003 图2 大别- 苏鲁造山带南北两侧 富钾火山岩Si O2- K2O关系图 Fig .2 Si O2 versus K2Odiagramof K-rich volcanic rocks along the nort h and south si des of t he dabie- Sulu Orogenic Belt l- 沂沭断裂带及两侧；2- 大别山北缘；3- 庐枞；4- 宁芜；5- 溧水；I- 岛弧 拉斑玄武岩系；II- 钙碱性岩系；III- 高钾钙碱性岩系；I V- 橄榄安粗岩 系；资料引自Zhou 等，l994；邱检生等，l997，2002a；Fan 等，200l ；王 元龙等，200l ；底图据Peccerillo 等，l976。 l-K-rich volcanic rocks along the yishu deep f ault zone and its both si des；2- K-rich volcanic rocks in the nort hern margin of dabie mountai n； 3- K-rich volcanic rocks in the Luzong basin；4- K-rich volcanic rocks in the ningWu basin；5- K-rich volcanic rocks in the Lishui basi n；I-island arc t holeiite series；II-calc-alkali ne rock series；III- high potassi umcalc-al- kali ne rock series；I V-shoshonite series data are Cuoted fromZhou et al .， l994；Giu et al .，l997；Fan et al .，200l ，Wang et al .，200l ；Giu et al .， 2002a；t he base map is after Peccerillo et al .，l976 特征通常出现在俯冲带火山岩中（BriCueu 等， l984），并可能和岩石圈地幔的交代作用有关（Arndt 等，l992）。造山带南北两侧富钾火山岩的微量元素 组成也存在一定差异，主要体现在北侧火山岩的 Rb、Th 含量更低，而Ba 的含量更高（图3），此外，北 侧火山岩的稀土总量和轻重稀土比值较之南侧火山 岩均明显偏高，表明南、北两侧富钾火山岩的源区组 成或成岩过程存在差异。 富钾火山岩的Sr 、nd 同位素组成明显有别于 原始或亏损地幔派生的岩浆，（87Sr／86Sr ）!值偏高， !nd（"）均为负值，在（87Sr／86Sr ）!-!nd（"）关系图上均 投影在第四象限（图4），表现出类似壳源或壳幔混 源岩石的Sr 、nd 同位素组成特征，说明成岩过程中 有壳源物质的参与。造山带南、北两侧富钾火山岩 的Sr 、nd 同位素（尤其是nd 同位素）组成存在显著 差异，北侧富钾火山岩的!nd（"）值多低于-l5，而南 侧富钾火山岩的!nd（"）值均大于-8（图4），这一特 征同样说明南、北两侧富钾火山岩的源区组成或成 岩过程存在差异。北大别后碰撞镁铁- 超镁铁侵入 岩〔时间为l20"l30 Ma，!nd（"）为-l5"-20；Jahn 等，l999〕及山东淄博一带碳酸岩〔时间为l23"l25 Ma，!nd（"）为-l2 .3 "-l4 .6；刘建明等，2003〕均 具有与富钾火山岩类似的显著偏低的nd 同位素组 成，充分说明聚合带北侧源区地幔的特殊性。 752第2 期 邱检生等：大别- 苏鲁造山带南北二侧晚中生代富钾火山岩的成因：微量元素及Sr- nd- Pb 同位素制约 Administrator 高亮 图3 大别- 苏鲁造山带南北两侧富钾火山岩微量元素 相对于原始地幔标准化蛛网图（资料来源同图2） Fig .3 Pri mitive mantle- nor malized spidergrams of trace elements f or K-rich volcanic rocks along the nort h and south si des of t he Dabie- Sulu Orogenic Belt （Data sources are t he same as those i n Fig .2） 造山带南、北两侧富钾火山岩的铅同位素组成 也存在显著差异，北侧（尤其是大别山北缘）岩石 的206Pb／204Pb 值明显偏低（图5），其铅同位素组成 与该区后碰撞镁铁- 超镁铁岩相似，均落在或靠近大 别山中生代花岗岩长石铅同位素组成（张理刚， 1995）范围内（图5）。大别山中生代花岗岩侵位于 具中地壳特征的角闪岩相片麻岩中，其源区最可能 为下地壳（黄方等，2002），富钾火山岩与花岗岩类似 的铅同位素组成特征指示其成岩过程应有古老陆壳 物质的参与。对鲁西南临沂方城中生代玄武岩Sr- Nd- Pb 同位素的研究也认为（Zhang 等，2002），其岩 浆源区可能受到了因扬子板块向华北板块深俯冲而 进入地幔的中- 下地壳物质的混染。南侧庐枞、宁芜 盆地富钾火山岩富放射成因铅，206 Pb／204 Pb、 207Pb／204Pb和208 Pb／204 Pb 值（尤其是206Pb／204Pb 和 208Pb／204Pb值）较之北侧岩石均偏高（图5），其铅同 位素组成靠近洋脊玄武岩（White，1985）和现代深 海沉积物（Ben Othman 等，1989）的分布范围，这一 特征暗示洋壳物质可能参与了成岩过程。 3 成因讨论 前述元素- 同位素地球化学特征综合显示，区内 富钾火山岩不可能由原始或亏损地幔所派生，其成 图4 大别- 苏鲁造山带南北两侧富钾火山岩 （87Sr／86Sr ）!-!Nd（"）关系图 Fig .4 （87Sr／86Sr ）!versus!Nd（"）diagram for K-rich volcanic rocks along the nort h and south si des of t he Dabie- Sulu Orogenic Belt MORB- 洋脊玄武岩；OIB- 洋岛玄武岩；DM- 亏损地幔；PM- 原始地幔； EM"OIB- 具EM"型富集地幔特征的洋岛玄武岩；EM"- "型富集 地幔；EM#- #型富集地幔；1- 大别造山带北缘后碰撞富钾火山岩；2- 北大别后碰撞镁铁- 超镁铁质侵入岩；3- 大别山后碰撞二长质- 正长质 侵入岩；4- 胶莱盆地后碰撞富钾火山- 侵入岩；5- 鲁西富钾火山岩；6- 庐枞盆地富钾火山- 侵入岩；7- 宁芜盆地富钾火山- 侵入岩；8- 溧水盆 地富钾火山岩；资料引自 White 等，1982；Hart ，1988；邱检生等， 2001a，2002a；Jahn 等，1999；马昌前等，1999；Fan 等，2001，邢凤鸣 等，1999；刘洪等，2002；王元龙等，2001；Zhou 等，1994 . MORB- Mid-ocean ri dge basalt ；OIB-ocean island basalt ；DM-depleted mantle；PM-pri mitive mantle；EM"OIB-ocean island basalt wit h EM" signature；EM"-enriched mantle "；EM#-enriched mantle #；1- post- collisional K-rich volcanic rocks in the nort hern margin of Dabie Moun- tai n；2- post-collisional mafic- ultramafic i ntrusions in nort hern Dabie Mountai n；3- post-collisional monzonitic-syenitic i ntrusions in Dabie Mountai n；4- post-collisional K-rich volcanic-i ntrusive rocks in Jiaolai basi n；5- K-rich volcanic rocks in western Shandong province；6- K-rich volcanic-i ntrusive rocks in Luzong basin；7- K-rich volcanic-i ntrusive rocks in Ningwu basin；8- K-rich volcanic rocks in Lishui basi n；Data are drawn after White et al .，1982；Hart ，1988；Giu et al .，2001a，2002a； Jahn et al .，1999；Ma et al .，1999；Fan et al .，2001；Xing et al .，1999； Liu et al .，2002；Wang et al .，2001；Zhou et al .，1994 岩过程必须有地壳物质的参与。地壳物质参与富钾 火山岩的成岩过程既可以发生在岩浆上升喷出地表 的过程中（浅部混染），也可以通过深俯冲作用将地 壳物质带至地幔而在岩浆源区发生混合（源区富 集）。大别- 苏鲁造山带南、北两侧晚中生代富钾火 山岩具壳源岩石的地球化学特征究竟是浅部混染形 成，还是源区富集所致，抑或是两种作用的叠加，这 852 地 球 学 报 2004 年 图5 大别- 苏鲁造山带南北两侧富钾火山岩 207Pb／204Pb- 206Pb／204Pb 和208Pb／204Pb- 206Pb／204Pb 关系图 Fig .5 207Pb／204Pb- 206Pb／204Pb and 208Pb／204Pb- 206Pb／204Pb diagrams for K-rich volcanic rocks along the nort h and south si des of t he dabie- Sulu Orogenic belt 1- 沂沭断裂带及两侧富钾火成岩；2- 大别山北缘富钾火山- 侵入岩；3- 大别山后碰撞镁铁- 超镁铁质侵入岩；4- 庐枞、宁芜盆地富钾火山- 侵 入岩；资料引自张理刚，1995；杨祝良等，1999；黄方等，2002；于学元 等，1981；邢凤鸣等，1999；大别花岗岩范围据张理刚，1995；MORb 和现代海洋沉积物范围据White，1985；Othman 等，1989 1-K-rich igneous rocks along the Yishu deep f ault zone and its both si des；2- K-rich volcanic-i ntrusive rocks in nort hern dabie Mountai n；3- post-collisional mafic- ultramafic i ntrusions in nort hern dabie Mountai n； 4- K-rich volcanic-i ntrusive rocks in Luzong and Ningwu basins；data are Cuoted from zhang，1995；Yang et al .，1999；Huang .，2002；Yu et al .， 1981；Xing et al .，1999；The field of dabie granite is drawn fromzhang， 1995；fields of MORb and modern marine sedi ments are drawn from White，1985；Othman et al .，1989 是首先必须探讨的问题。 Fan 等（2001）根据苏鲁造山带北侧胶莱盆地玄 武质火山岩Nd、Sr 同位素组成相对均一，以及岩石 的La／Sm 比值和K2O／Ti O2、K2O／P2O5 比值变化较 小等特点，认为岩浆上升过程中不大可能存在强烈 的壳源物质的混染作用。鲁西蒙阴盆地富钾火山岩 的Sr 、Nd、Pb 同位素组成与从岩石中分离出的单斜 辉石单矿物十分接近（邱检生等，2001a），鲁西南方 城中生代玄武岩的Sr 、Nd 同位素组成与淄博一带 碳酸岩基本一致（87 Sr／86 Sr ）! 值为 0 . 70940 ! 0 .71009、0 .70926 !0 .71029，"Nd（"）值为-12 .8 ! -14 .4、-12 .3!-14 .6（刘建明等，2003），且变化 范围均较小，说明这些岩石的高（87Sr／86Sr ）!和低 "Nd（"）值特征应非是岩浆上升过程中强烈的地壳物 质混染所致。对大别造山带北缘磨子潭- 晓天一带 富钾火山岩 Nd、Sr 同位素组成的混合模拟计算表 明，火山岩具壳源岩石的Nd、Sr 同位素组成特征并 非是岩浆上升过程中大别群变质基底强烈同化混染 形成，而更可能是岩浆源区存在有因俯冲而进入地 幔的扬子古老基底，即崆岭群混染和交代的结果（邱 检生等，2002a）。Chen 等（2001）对下扬子地区火成 岩Nd、Sr 同位素组成的系统研究也认为，该区火成 岩成岩过程中浅部地壳物质的混染作用不强。区内 富钾火山岩的 Nd、Sr 同位素组成与相应样品的 Si O2 含量和Sr 、Nd 含量之间均缺乏明显的线性或 双曲线演化关系，这一特征同样不支持富钾火山岩 的成岩过程存在强烈的浅部混染作用。因此，区内 富钾火山岩具壳源岩石的地球化学特征应是其源区 性质的反映，即岩浆源区存在有较强的因俯冲而进 入地幔的地壳物质的混染和交代作用，富钾火山岩 应起源于富集地幔的部分熔融。 从火山岩产出的构造背景来看，研究区位于亚 洲大陆东缘，中生代处于古太平洋板块与欧亚板块 强烈相互作用地带，这一动力学过程必然对火山岩 的形成产生影响。而对于大别- 苏鲁造山带北侧的 富钾火山岩而言，岩石的形成除受到古太平洋板块 与欧亚板块碰撞俯冲动力体系的影响外，还受到扬 子板块与华北板块碰撞动力体系的制约。按已有的 定年资料，多数学者均主张扬子板块与华北板块在 三叠纪（221 !228 Ma）完成碰撞对接（Li 等，1993； 王清晨等，1998），此前于晚古生代时期经历了古大 别洋的闭合，即发生了洋壳向华北陆块的俯冲（潘国 强等，1997）。在三叠纪二大板块拼贴之后，又发生 了进一步的陆内俯冲作用，即扬子陆块继续向北俯 冲至华北陆块之下（王清晨等，1998），这些过程无疑 会对造山带北侧幔源岩浆的源区性质产生重要的制 约作用。 采用有关地球化学图解对区内富钾火山岩源区 性质的判别表明，无论是造山带南侧还是北侧的火 山岩，均有洋壳物质参与成岩过程的印记，如在 Othman 等（1989）提出的Pb- Pb／Ce 关系图（图6）和 952第2 期 邱检生等：大别- 苏鲁造山带南北二侧晚中生代富钾火山岩的成因：微量元素及Sr- Nd- Pb 同位素制约 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 （La／Sm）N-（Ba／La）N 关系图（图7）上，样品点均位 于或靠近深海沉积物分布区。岩石的La／Yb 比值 一般均在20 以上，具有高且变化范围大的 Rb／Ba 比值，这些特征也与俯冲带流体交代型富集地幔（李 曙光等，1997）相似。但正如前述，造山带南、北两侧 富钾火山岩的Sr 、Nd、Pb 同位素（特别是 Nd 同位 素）组成存在较显著的差异，造山带南侧下扬子断陷 带富钾火山岩的（87Sr／86Sr ）!值相对较低，!Nd（"）值 较高，在（87Sr／86Sr ）!-!Nd（"）关系图上，样品点靠近 EM"型洋岛玄武岩（刘丛强等，1995）的分布区（图 4）。对于具 EM"特征的洋岛玄武岩的成因， Weaver 等（1986）认为是板块俯冲将深海沉积物带 入地幔并与正常洋岛玄武岩的源区物质混合而成， Tatsumoto 等（1991）也用与古板块俯冲带有关的地 幔交代作用机制来解释中国东北、日本海及部分日 本岛弧具EM"特征玄武岩的成因。因此，洋壳及 深海沉积物因俯冲而进入地幔参与成岩过程可能是 导致造山带南侧下扬子断陷带富钾火山岩具异常地 球化学特征的主要原因，火山岩的Pb 同位素组成 也支持这一认识。 大别- 苏鲁造山带北侧富钾火山岩的 Nd 同位 素组成显著偏低，!Nd（"）值多介于-15#-20 之间， 而（87Sr／86Sr ）!值则相对偏高，且变化范围也较大， 在（87Sr／86Sr ）!-!Nd（"）值关系图上，样品点分布于 图6 大别- 苏鲁造山带南北两侧晚中生代 富钾火山岩Pb- Pb／Ce 关系图 Fig .6 Pb versus Pb／Ce diagramfor late Mesozoic K-rich volcanic rocks along nort h and south si des of t he dabie- Sulu Orogenic Belt 海洋沉积物及大洋玄武岩范围据Ben Othman 等， 1989；资料来源及图例同图2 The fields of mari ne sedi ments and oceanic basalts are drawn after Othman et al .，1989；t he data sources and legends are the same as those in Fig .2 图7 大别- 苏鲁造山带南北两侧晚中生代富钾火山岩 （La／Sm）N-（Ba／La）N 关系图 Fig .7 （La／Sm）Nversus（Ba／La）Ndiagram for Late Mesozoic K-rich volcanic rocks along the nort h and south si des of t he dabie- Sulu Orogenic Belt 图中各范围据Othman，1989；资料来源及图例同图2 Fields drawn after Othman et al .，1989；t he data sources and legends are the same as those in Fig .2 EMI 和EMII 之间（图3），反映其岩浆源区应包括 EMI 和EMII 在内的多种富集组份，即除有俯冲洋 壳组份外，还应有俯冲的陆壳组份，岩浆源区经历了 多次富集事件的影响。刘建明等（2003）对鲁西早白 垩世碳酸岩、方城玄武岩和胶东白垩世煌斑岩Sr 、 Nd 同位素的研究均显示岩浆源区具EMII 型富集 地幔的印记，暗示了再循环陆壳物质对地幔源区的 改造。大别造山带中的后碰撞镁铁- 超镁铁岩也具 有与富钾火山岩相似的Sr 、Nd 同位素组成，Jahn 等 （1999）认为是俯冲陆壳析出流体的交代作用所致； Fan 等（2001）对苏鲁造山带北侧后碰撞富钾火山岩 的研究也主张因俯冲而进入地幔的陆壳物质的再循 环对岩石的形成有重要影响。因此，对大别- 苏鲁造 山带北侧的富钾火山岩而言，岩石的形成除有俯冲 洋壳的贡献外，在更大程度上还受到了俯冲陆壳及 其析出流体的混染和交代作用，后者应是导致岩石 具显著偏低!Nd（"）值的主要原因。 4 结论 （1）大别- 苏鲁造山带南北两侧富钾火山岩主要 形成于早白垩世，这套岩石总体具有富碱、富钾、富 轻稀土和大离子亲石元素，贫高场强元素，（87Sr／ 062 地 球 学 报 2004 年 Administrator 高亮 r ）!值偏高，!Nd（"）值偏低等特点，但造山带北侧 富钾火山岩稀土总量更高，轻、重稀土分异更明显， 且（ 7 r／ r ）!值更高，!Nd（"）值和 b／ 4 b 值显 著偏低。 （ ）元素- 同位素综合示踪显示区内富钾火山岩 均起源于富集地幔的部分熔融，但南、北两侧源区地 幔的富集机制存在差异，南侧富集地幔的形成主要 与俯冲洋壳析出流体的交代作用有关，而北侧富集 地幔的形成除受到俯冲洋壳析出流体的交代作用 外，在更大程度上主要起因于俯冲的扬子陆壳析出 流体的交代作用，即其源区遭受了多次富集事件的 影响，后者是导致南、北两侧富钾火山岩地球化学特 征差异的主要原因。 参 考 文 献 黄方，李曙光，周红英等. . 大别山后碰撞镁铁- 超镁铁岩的 U- b 同位素地球化学：壳- 幔相互作用及L MU 端元. 中国科学 （D 辑），3 （ ）： 5" 34 . 李曙光，聂永红，Emil Jagoutz 等. 1997 . 大别山俯冲陆壳的再循环 ———地球化学证据. 中国科学（D 辑）， 7（5）：41 "41 . 刘丛强，解广轰，增田彰正. 1995 . 中国东部新生代玄武岩的地球化 学（#）. r ，Nd，Ce 同位素组成. 地球化学， 4（3）： 3" 14 . 刘洪，邱检生，罗清华等. . 安徽庐枞中生代富钾火山岩成因的 地球化学制约. 地球化学，31（ ）：1 9"14 . 刘建明，张宏福，孙景贵等. 3 . 山东幔源岩浆岩的碳- 氧和锶- 钕 同位素地球化学研究. 中国科学（D 辑），33（1 ）：9 1"93 . 马昌前，杨坤光，许长海等.1999 .大别山中生代钾质岩浆作用与超高 压变质地体的剥露机理. 岩石学报，15（3）：379"395 . 潘国强，赵连泽，夏木林.1997 .大别山碰撞造山带的构造模型及其 地质演化. 中国区域地质，1 （1）：43"5 . 邱检生，王德滋，曾家湖等.1997 . 鲁西中生代富钾火山岩及煌斑岩 微量元素和Nd- r 同位素地球化学. 高校地质学报，3（4）：3 4 "39 . 邱检生，徐夕生，罗清华. 1a . 鲁西富钾火山岩和煌斑岩的4 Ar- 39Ar 定年及源区示踪. 科学通报，4 （1 ）：15 "15 . 邱检生，王德滋，罗清华等. 1b . 鲁东胶莱盆地青山组火山岩的 4 Ar- 39Ar 定年———以五莲分岭山火山机构为例. 高校地质学 报，7（3）：351"355 . 邱检生，王德滋，刘洪等. a .大别造山带北缘后碰撞富钾火山岩： 地球化学与岩石成因. 岩石学报，1 （3）：319"33 . 邱检生，罗清华，Brent Mclnnes . b . 郯庐中南段晚中生代富钾岩 浆作用及其对金（铜）成矿的制约. 矿床地质， 1（增刊）： 11" 14 . 王清晨，从柏林. 199 . 大别山超高压变质带的大地构造框架. 岩 石学报，14（4）：4 1"49 . 王元龙，张旗，王焰. 1 .宁芜火山岩的地球化学特征及其意义. 岩 石学报，17：5 5"575 . 杨祝良，沈渭洲，谢芳贵等.1999 . 大别山北缘中生代火山- 侵入岩铅 同位素组成特征及其地质意义. 高校地质学报，5（4 ）：3 4 " 3 9 . 于学元，白正华. 19 1 . 庐枞地区安粗岩系. 地球化学，（1 ）：57 " 5 . 张理刚. 1995 . 东亚岩石圈块体地质———上地幔、基底和花岗岩同 位素地球化学及其动力学.北京：科学出版社，1" 5 . 张旗，简平，刘敦一等. 3 . 宁芜火山岩的锆石 HRl M 定年及其 意义. 中国科学（D 辑），33（4）：3 9"314 . 周泰禧，陈江峰，彭子成等.199 .安徽中生代中酸性火山岩的时代归 属. 矿物学岩石学论丛，（ ）：5 " 4 . 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