2698 地质学报 htp:// 年 Ling Wenlietal.(2009) 认为其成因与拆沉的下地壳和地幔物质交代作用有关 本文以山东西部西董地区中生代青山群火山岩为研究对象, 采用同位素 和多元素地球化学的研

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1 第 91 卷 第 12 期 2017 年 12 月 2697~2709 地质学报 ACTA GEOLOGICASINICA Vol.91No Dec.2697~2709 山东西部中生代青山群火山岩的地球化学特征及其岩石成因 张永清 1), 凌文黎 2), 张军波 2), 段瑞春 3), 任邦方 1), 杨红梅 3) 1) 中国地质调查局天津地质矿产研究所, 天津,300170;2) 中国地质大学地球科学学院, 武汉,430074; 3) 中国地质调查局武汉地质矿产研究所, 武汉, 内容提要 : 以山东西部西董地区中生代青山群火山岩为研究对象, 在进行系统的元素 - 同位素分析的基础上, 探讨其岩浆源区和岩石成因, 同时丰富该区域岩石地层的地球化学特征 西董青山群火山岩 SiO2 含量变化于 52.8%~59.8% 之间, 主要为钙碱性系列岩石, 岩石组合为玄武质粗面安山岩 - 玄武质安山岩 - 粗面安山岩, MgO TFe2O3 MnO TiO2 CaO 与 SiO2 具有明显的负相关关系,Al2O3 和 Na2O 与 SiO2 具有正相关关系 ; 微量元素富集 Rb Ba Th U 和 K 等大离子亲石元素, 亏损 Nb Ta 和 Ti 等高场强元素, 稀土元素总量 REE 变化范围为 ~ ,(La/Yb) N 比值范围为 8.2~11.1, 无明显的 Eu 异常 (δeu=0.9~1.02); 显示富集且均一的 Sr Nd 同位素组成 (( 87 Sr/ 86 Sr) t=0.7047~0.7050,εnd( 狋 )= -16.5~ -14.2) 西董青山群火山岩的 Nd Sr 同位素组成与 SiO2 缺乏明显负相关关系,Nb/Ta 与 La/Nb 之间不具有负相关关系以及 Nb 与 Th 之间具有正相关关系, 指示岩浆在上升和演化过程中地壳混染作用对青山群火山岩岩浆化学组成的影响并不显著 ; 火山岩 MgO 含量明显高于玄武岩部分熔融形成的熔体, 说明青山群中基性火山岩岩浆的形成过程可能与大陆地壳和地幔岩系之间的相互作用有关 综合分析表明, 西董中生代青山群火山岩是大陆下地壳物质经拆沉作用于地幔环境中发生部分熔融, 与上地幔岩石发生交代作用后进入地表形成 关键词 : 山东西部 ; 中生代 ; 青山群 ; 地球化学 ; 岩石成因 山东地区位于华北克拉通东南部, 自 20 世纪 80 年代开始就有关于新生代玄武岩含有大量岩石圈地幔包体的报道 (Fan Weimingetal.,2000; ZhengJianpingetal.,1998;Rudnicketal.,1995), 由于地幔包体代表了深部地幔的直接样品, 故该地区已成为研究华北克拉通新生代地幔组成 岩石学和地球化学特征及岩石圈厚度演化的重要地区之一 此外, 山东地区也是华北克拉通古生代地幔包体的出露地区 : 在蒙阴古生代金伯利岩岩系中发现了大量的橄榄岩包体 (ChiJishangetal.,1996), 因而为开展华北克拉通古生代至中 - 新生代地幔的演化提供了重要的研究样品和对比基础 中生代中 - 晚期是中国东部发生岩石圈减薄重要时期, 但在山东地区乃至整个华北中生代地幔包体的出露十分有限 (YanJunetal.,2003;ChenLihuietal.,2005; YingJifengetal.,2006), 因此要了解华北克拉通中生代岩石圈的演化, 加强与地幔物质有关的中生代 岩浆岩的研究显得十分必要 伴随岩石圈减薄过程发生的大规模的岩浆作用, 是对岩石圈演化过程的直接记录 因此, 山东地区广泛出露的中生代岩浆岩为认识岩石圈减薄事件及其动力学过程提供了重要的物质基础 (Qiu Jianshengetal.,1996,2001,2013;LiHaiyonget al.,2008;ling Wenlietal.,2009;Wu Qietal., 2013;RenTianlongetal.,2015;LiHongkuietal., 2017) 山东西部作为山东地区重要的构造单元, 近年来已经作了大量的研究工作, 已有的研究表明, 这些岩石主要起源于富集地幔的部分熔融 (QiuJianshengetal.,1996,2001;LiHaiyonget al.,2008;ling Wenlietal.,2009), 但目前对这类岩石的成因认识尚存在分歧, 特别是对源区地幔的富集机制存在不同观点 ( 表 1),QiuJianshenget al.(1996,2001) 认为来源于受俯冲地壳影响的富集型地幔的部分熔融 ;LiHaiyongetal.(2008) 和 注 : 本文为国家自然科学基金委员会创新研究群体科学基金项目 ( 编号 ) 资助的成果 收稿日期 : ; 改回日期 : ; 责任编辑 : 黄敏 作者简介 : 张永清,1982 年生, 女, 高级工程师, 硕士, 地球化学专业, 现从事同位素地球化学和地质年代学研究 zhangyq823@ 163.com

2 2698 地质学报 htp:// 年 Ling Wenlietal.(2009) 认为其成因与拆沉的下地壳和地幔物质交代作用有关 本文以山东西部西董地区中生代青山群火山岩为研究对象, 采用同位素 和多元素地球化学的研究方法, 探讨岩浆的起源和岩石成因, 同时丰富该区域岩石地层的地球化学特征 表 1 山东西部地区中生代岩浆岩的形成时代及岩石成因犜犪犫犾犲 1 犆犺狉狅狀狅犾狅犵狔犪狀犱狆犲狋狉狅犵犲狀犲狊犻狊狅犳狋犺犲犿犲狊狅狕狅犻犮狉狅犮犽狊犻狀狑犲狊狋犲狉狀犛犺犪狀犱狅狀犵研究区及岩性年龄 (Ma) 87 Sr/ 86 Sr 初始比值 εnd( 狋 ) 岩浆来源及岩石成因文献来源 蒙阴橄榄安粗岩系火山岩 119.6± 与流体交代有关的富集地幔的部分熔融 QiuJiansheng etal.,1996 俯冲陆壳在地幔源区发生混染和交代作 蒙阴富钾火山岩 124.3~ ~ 用时所形成的富集型地幔的部分熔融 QiuJiansheng etal.,2001 蒙阴橄榄玄武岩, 安山岩和英安岩 与俯冲作用有关的富集地幔部分熔融的结果 LiuShen etal.,2003 济南镁铁质火成岩 ~ 与岩石圈大规模拆沉有关的富集地幔部分熔融 QiuJiansheng etal.,2005 济南辉长岩 ±1.5; 127±2 富集型地幔的部分熔融. YangChenghai etal.,2005 高镁闪长岩 131.4± 4.9; 拆沉的岩石圈 ( 地幔 + 下地壳 ) 与软流圈 YangChenghai 134.5±2.3; ~ ~-13.3 混熔的产物 etal., ±4.2 济南和邹平辉长岩 ~ ~-13.0 富集地幔部分熔融的结果, 可能与岩石圈 LiQuanzhong 拆沉有关 etal.,2007 济南辉长 - 闪长岩 134±2; 陆壳物质强烈改造的富集型地幔的部分 YangChenghai ~ ~ ±1 熔融 etal.,2008 蒙阴钾玄质系列火山岩 与岩石圈大规模拆沉有关的富集地幔部 LiHaiyong 分熔融 etal.,2008 蒙阴安山质火山岩 128± ~ ~-13.8 Ling Wenli 与拆沉有关的富集地幔部分熔融的结果 ~ ~-16.5 etal.,2009 济南辉长岩 ~ ~-10.3 受俯冲流体或熔体交代的富集岩石圈 GaoLin 地幔 etal.,2013 章丘辉长闪长岩和辉长岩, 124~ ~ ~-19, 除富集岩石圈地幔的部分熔融, 与富集型 NingPeisong 泰安辉长岩和云母闪长岩了一个为 熔 / 流体交代上覆华北岩石圈地幔有关 etal.,2013 邹平玄武安山岩 ~ ~ 富集型地幔的部分熔融. MiaoBaihu etal.,2015 淄川基性岩墙 121.9~ 受俯冲扬子地壳沉积物交代后的富集岩 LiuShen -14.7~ 石圈地幔部分熔融 etal., 地质背景 青山群火山岩在山东省分布广泛, 岩性上由火山熔岩和火山碎屑沉积岩系组成 按岩性组合关系, 青山群分为三个段, 在出露完整的条件下, 第一 第三岩性段为火山岩系, 第二段为火山碎屑岩 但由于陆相火山岩的多变性和复杂性, 在山东境内不同构造单元, 青山群火山岩的岩性组成在横向上仍存在较大变化 东部地区以中 酸性岩为主, 分布面积较大, 一般呈面状分布 ; 西部地区则以中 基性岩为主, 规模较小, 多呈带状分布 ; 而地处东部 西部之间的鲁中地区, 以发育中性 偏碱性火山岩为主, 露面积亦较小 山东西部邹平一带, 青山群发育普遍 山东省地矿局第五地质队自下而上将其划分为三个旋回, 第一旋回为玄武安山岩 角砾熔岩夹凝灰岩 ; 第二旋回为熔岩凝灰岩 角砾岩 粗斑玄武安山岩及粗安岩, 第三旋回为集块岩 角砾岩 凝灰岩等火山碎屑岩, 总厚度 >4000m 邹平盆地的青山组地层中, 极少或没有沉积夹层, 喷溢活动强烈, 且常伴有岩浆侵入, 铜矿化作用明显 本文研究样品采集山东西部的章丘邹平西董大马峪剖面, 具体采样位置如图所示 ( 图 1), 共采集 24 件样品 2 样品分析 全岩样品在刚玉颚式破碎机中进行粗碎, 然后

3 第 12 期 张永清等 : 山东西部中生代青山群火山岩的地球化学特征及其岩石成因 2699 图 1 山东地区简要地质图 ( 据 thebureauofgeologyand MineralResourcesofShandongProvince,1991 修改 ) Fig.1 SimplifiedgeologicalmapoftheShandongarea(aftertheBureauofGeologyand Mineral ResourcesofShandongProvince,1991) 1 中生代火山岩 ;2 中生代长英质侵入岩 ;3 中生代基性侵入岩 ;4 断裂与推测断裂 ;5 郯庐断裂带 ;6 苏鲁超高压变质带 ;7 采样剖面 1 Mesozoicvolcanic;2 Mesozoicfelsicintrusiverocks;3 Mesozoicmaficintrusiverocks;4 faultandguessfault; 5 Tanlufaultbelt;6 Suluultrahighpressuremetamorphicbelt;7 Samplingsectionandsamplinglocation 在 T1 100 型碳化钨钵体碎样机 ( 日本 CMT Co.LTD) 中最终碎至 200 目, 保证了样品加工的无污染 在进行主量和微量元素 Sr Nd 同位素分析之前, 将粉末状岩石样品放入烘箱内 105 烘干 2~ 3 小时, 以除去样品的表面吸附水 主量元素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室采用 XRF(RIGAKU2100 型 ) 玻璃熔片法完成 测定时经 BCR 2 和 GBW07105 标样监控, 并用 USGS 标准确定工作曲线 仪器检出限为 10-6, 元素的测定精度可达 0.01%, 分析误差 <5% 主量元素测量结果见表 2 微量元素和同位素样品在中国地质大学 ( 武汉 ) 地质过程与矿产资源国家重点实验室进行分析和测试 微量元素样品分析流程用国际标样 BCR 2 AGV 1 和 GSS 1 监测, 元素含量相对误差优于 5% ~10%, 测量结果见表 3 Sr Nd 同位素样品测试,Sr 同位素质量分馏用 88 Sr/ 86 Sr= 校正, 国际标样 NBS987 和 NBS607 的 87 Sr/ 86 Sr 测量结果分别为 ±4 (2σ, 下同 ) 和 ±4 Nd 同位素质量分馏 用 146 Nd/ 144 Nd= 校正, 国际标样 LaJola BCR 2 的 143 Nd/ 144 Nd 测试结果分别为 ± 0.6 和 ±2 样品的 Sr Nd 同位素组成测量结果列于表 4 3 结果分析 3 1 主量元素西董青山群火山岩 SiO 2 含量变化于 52.8% ~ 59.8% 之间, 岩性主要为玄武质粗面安山岩, 很少部分为玄武质安山岩和粗面安山岩 ( 图 2); 在 Hark 图解中 ( 图 3),MgO TFe 2 O 3 MnO TiO 2 CaO 与 SiO 2 具有明显的负相关关系, 而 Al 2O 3 和 Na 2O 与 SiO 2 具有正相关关系, 指示出它们经历了同一岩浆结晶分异作用 ; 在 SiO 2 K 2O 图解 ( 图 4) 上, 样品主要落入高钾钙碱性系列, 少部分在橄榄粗玄岩和钙碱性系列分布 3 2 微量元素和稀土元素西董青山群火山岩样品的 REE 变化范围为 ~ ,(La/Yb) N 比值范围为 8.2 ~11.1, 平均值为 9.7; 在稀土元素的球粒陨石标准

4 2700 地质学报 htp:// 年 表 2 西董青山群火山岩主量元素 (%) 组成 犜犪犫犾犲 2 犕犪犼狅狉犲犾犲犿犲狀狋犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀 (%) 狅犳狋犺犲狏狅犾犮犪狀犻犮狉狅犮犽狊犳狅狉狋犺犲犙犻狀犵狊犺犪狀犵狉狅狌狆犻狀犡犻犱狅狀犵犪狉犲犪 样品号 SiO2 TiO2 Al2O3 TFe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 LOI Total Mg# A/CNK XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD 集的 LILE 包括 Rb Ba Th U 和 K, 明显亏损的 HFSE 为 Nb Ta 和 Ti, 存在显著的 Pb 正异常, 显示出与典型的岛弧火山岩类似的特征 3 3 犛狉 犖犱同位素 图 2 西董青山群火山岩 TAS 图解 ( 据 Middlemost,1994) Fig.2 Totalalkali silica (TAS)plotofthevolcanicrocks forthe Qingshangroupin Xidongarea (after Middlemost, 1994) 化配分模式图 ( 图 5a) 上, 青山群火山岩均表现出一致的右倾型分布模式, 即 LREE 相对 HREE 富集, 无明显的 Eu 异常 (δeu=0.9~1.02), 表明岩浆结晶时没有经历明显的斜长石分离结晶作用 西董地区火山岩具有一致的原始地幔标准化蛛网图 ( 图 5b), 均显示出大离子亲石元素 (LILE) 相对富集和高场强元素 (HFSE) 亏损的总体一致特征, 明显富 对西董青山群 12 个火山岩样品进行了 Sr Nd 同位素测试, 根据前人的年代学研究结果统计 ( 表 1), 山东西部地区火山岩样品年龄集中的 130Ma 左右, 因此所有样品的初始同位素比值均按 130 Ma 进行计算 西董火山岩的初始 87 Sr/ 86 Sr 比值为 ~ 初始 143 Nd/ 144 Nd 比值范围 ~ , 相应的 εnd( 狋 ) 值为 -16.5~ -14.2,Sr Nd 同位素比值变化很小, 暗示了岩浆源区组分的均一性 在 ( 87 Sr/ 86 Sr) t εnd( 狋 ) 关系图 ( 图 6) 上位于地幔端元 EMI 附近 4 讨论 4 1 地壳混染 西董青山群火山岩产于大陆地区, 与大洋地区相比, 大陆内部喷发的岩浆在向地表运移过程中, 经历较厚的地壳, 可能会受到地壳物质不同程度的混染而具有更为复杂的地球化学特征 因此, 对岩石源区性质和成因的研究, 需要对原始岩浆在地壳的

5 第 12 期 张永清等 : 山东西部中生代青山群火山岩的地球化学特征及其岩石成因 2701 表 3 西董青山群火山岩微量元素 ( 10-6 ) 组成 犜犪犫犾犲 3 犜狉犪犮犲犲犾犲犿犲狀狋犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀 ( 10-6 ) 狅犳狋犺犲狏狅犾犮犪狀犻犮狉狅犮犽狊犳狅狉狋犺犲犙犻狀犵狊犺犪狀犵狉狅狌狆犻狀犡犻犱狅狀犵犪狉犲犪 样品号 XD01 XD03 XD06 XD11 XD12 XD17 XD18 XD20 XD21 XD22 XD23 XD25 Be Cr Co Ni Ga Rb Sr Y Zr Nb Cs Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta Pb Th U 表 4 西董青山群火山岩犛狉 犖犱同位素组成 犜犪犫犾犲 4 犛狉 犖犱犻狊狅狋狅狆犻犮犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀狅犳狋犺犲狏狅犾犮犪狀犻犮狉狅犮犽狊犳狅狉狋犺犲犙犻狀犵狊犺犪狀犵狉狅狌狆犻狀犡犻犱狅狀犵犪狉犲犪 样号 87 Rb/ 86 Sr 87 Sr/ 86 Sr 2σ ( 87 Sr/ 86 Sr) t 147 Sm/ 144 Nd 143 Nd/ 144 Nd 2σ ( 143 Nd/ 144 Nd) t ε Nd ( 狋 ) 狋 2DM(Ga) XD ± ± XD ± ± XD ± ± XD ± ± XD ± ± XD ± ± XD ± ± XD ± ± XD ± ± XD ± ± XD ± ± XD ± ± 注 : 87 Rb/ 86 Sr 147 Sm/ 144 Nd 比值由 Rb Sr Sm Nd 的 ICP MS 含量计算获得 ;( 87 Sr/ 86 Sr) t 和 ε Nd ( 狋 ) 的计算参数采用 ( 147 Sm/ 144 Nd) CHUR = ,( 143 Nd/ 144 Nd) CHUR= , 其中狋 =130Ma 运移过程是否受到过地壳物质的混染进行判别 由于岩浆作用过程中, 若无地壳物质的混染, 岩浆的同位素比值 ( 组成 ) 将不受部分熔融程度和结晶 分异作用的影响, 因此岩浆应与其源岩物质具有相同的同位素比值 若岩浆迁移和演化的过程中受到了地壳围岩物质的加入, 则其同位素比值将随受地

6 2702 地质学报 htp:// 年 图 3 西董青山群火山岩 Hark 图解 Fig.3 HarkerplotsofthevolcanicrocksfortheQingshangroupinXidongarea 壳混染的程度而发生相应的改变, 与地壳富集元素, 如 Rb Sr Nd K Th SiO 2 等形成一定的相关关系 由图可见, 西董青山群火山岩的 Nd Sr 同位素组成与 SiO 2 缺乏明显负 ( 图 7a) 或正相关 ( 图 7b), 说明地壳混染作用对青山群火山岩同位素组成的影响并不显著 同时上地壳以富集 Th 为特征, 而在原始地幔标准化图解上这些火山岩的 Th 相对于 Ba 具有的负异常说明 ( 图 5b), 上地壳混染对于岩浆化学组成的影响有限 (Tayoretal.,1985);Nb/Ta 与 La/Nb 之间不具有负相关关系 ( 图 7c) 以及 Nb 与 Th 之间具有正相关关系 ( 图 7d), 指示岩浆在上升和演化过程中地壳混染作用对青山群火山岩岩浆化学组成的影响并不显著 (Rudnick etal.,1995; Münker, 1998) 4 2 岩浆源区及岩石成因 对于中基性火山岩, 其可能的源区主要有两种 : 上地幔发生部分熔融或下地壳基性岩石重熔 西董青山群火山岩富集大离子亲石元素和轻稀土元素, 亏损高场强元素, 高初始 87 Sr/ 86 Sr 比值 负的 εnd 值, 这些特征表明西董青山群火山岩具有明显的壳源的地球化学性质, 可能的源区组成包括被交代过的富集地幔或下地壳古基性岩类 岩石学实验显示, 玄武岩或变玄武岩在 0.8~ 3.2GPa 压力下部分熔融可形成具高钾钙碱性特征的中酸性熔体 (Rappetal.,1995,1999), 但熔体 MgO Cr Ni 含量及 Mg # 普遍较低 (<45); 如果源区中存在地幔橄榄岩, 熔体 Mg # MgO 含量会明显

7 第 12 期 张永清等 : 山东西部中生代青山群火山岩的地球化学特征及其岩石成因 2703 图 4 西董青山群火山岩 SiO2 K2O 关系图解 ( 据 LeMaitreetal.,1989) Fig.4 SiO2 K2Oplotofthevolcanicrocksforthe QingshangroupinXidongarea(afterLeMaitreetal.,1989) 增加 (Rappetal.,1999) 西董火山岩( 除了一个样品点 ) 其 MgO 含量明显高于玄武岩部分熔融形成的熔体 ( 图 8), 这一特征说明, 若西董青山群火山岩来源于下地壳基性岩的重熔作用, 则其化学组成中的 MgO 显得相对过剩, 由于整个山东地区青山群火山岩均明显缺乏典型的玄武质岩石, 这一现象难以用单纯的地幔岩石部分熔融作用来解释 因此, 青山群中基性火山岩其岩浆的形成过程可能与大陆地壳和地幔岩系之间的相互作用有关 图 9 中 A/ CNK[(Al 2O 3 /(CaO+Na 2O+K 2O) 分子比 ] 表现出随着 Mg # 的增加而下降的趋势, 也是下地壳与地幔岩石发生交代作用的一个指示 (Rappetal.,1995, 1999) 大陆地壳与上地幔间的相互作用可经由不同的 图 6 西董青山群火山岩 ( 87 Sr/ 86 Sr) t ε Nd ( 狋 ) 图解 ( 据 Zindler,1986) Fig.6 ( 87 Sr/ 86 Sr) t ε Nd ( 狋 )plotofthevolcanicrocksfor theqingshangroupinxidongarea(afterzindler,1986) 途径发生, 其中较典型的方式包括 : 大陆下地壳物质经拆沉作用于地幔环境中发生部分熔融作用, 与上地幔岩石发生交代作用后进入地表形成火山岩系 (LiShuguangetal.,2002;GaoShanetal.,2004; Liushenetal.,2003;LingWenlietal.,2009;Zhou Qunjunetal.,2013); 早期亏损的岩石圈地幔受到后期流体的交代作用, 所形成的富集地幔发生部分熔融后, 形成中基性火山岩 (Zhang Hongfuetal., 2002;XuYigangetal.,2004;ZhouXinhuaetal., 2005;YangDebinetal.,2012) 虽然陆缘岛弧火山岩的地球化学性质与青山群火山岩十分相似 (Gil,1981), 但研究区位于华北克拉通内部, 远离周缘的造山带, 晚中生代以来属于典型的大陆板内环境, 排除了其成因与板块俯冲作用 图 5 西董青山群火山岩稀土元素球粒陨石标准化和微量元素原始地幔标准化图解 ( 标准化数据据 Sunetal.,1989) Fig.5 ChondritenormalizedREEandprimitivemantlenormalizedmulti elementdiagramsofthevolcanicrocksforthe QingshangroupinXidongarea(normalizationvaluesfromSunetal.,1989)

8 2704 地质学报 htp:// 年 图 7 西董青山群火山岩的 SiO2 εnd( 狋 ),SiO2 ( 87 Sr/ 86 Sr) t,la/nb Nb/Ta 和 Th Nb 关系图解 Fig.7 SiO2 εnd( 狋 ),SiO2 ( 87 Sr/ 86 Sr) t,la/nb Nb/Ta 和 Th Nbplotsofthevolcanicrocks fortheqingshangroupinxidongarea 图 8 西董青山群火山岩 SiO2 MgO 图解 ( 玄武岩熔体区域据 Rappetal.,1995) Fig.8 SiO2 MgO plotofthe volcanicrocksforthe QingshangroupinXidongarea (basalt derivedmeltfield from Rappetal.,1995) 之间的联系 (GuoFengetal.,2001), 西董青山群火山岩的地球化学特征并不符合类似于俯冲环境条件下壳源物质对地幔楔交代后形成的岩浆岩性质 因此, 影响青山群火山岩的源岩具富集端元地球化学 图 9 西董青山群火山岩 Mg # A/CNK 关系图解 Fig.9 Mg # A/CNKplotofthevolcanicrocks fortheqingshangroupinxidongarea 特征的主要因素应不是富水流体与地幔岩石交代作用, 而应主要来自于大陆下地壳物质经拆沉作用于地幔环境中发生部分熔融与上地幔岩石间交代作用的结果 近年来, 对邹平盆地中生代火山岩 (Li Haiyongetal.,2008), 以及对蒙阴盆地的高镁及低镁安山质火山岩 (Ling Wenlietal.,2009) 研究均表

9 第 12 期 张永清等 : 山东西部中生代青山群火山岩的地球化学特征及其岩石成因 2705 明, 其火山岩源于拆沉的大陆地壳物质部分熔融形成的熔体与地幔岩石间交代作用的结果 西董青山群火山岩二阶段 Nd 模式年龄为 1.88 ~2.01Ga, 这些年龄信息与华北克拉通陆壳演化的时间较吻合, 而与扬子克拉通陆壳增生期主要为新元古 (~0.7Ga) 的年龄明显不同, 也指示源区组成中存在因拆沉而进入地幔的华北克拉通的古老地壳物质 为对西董中生代青山群火山岩原始岩浆的形成与下地壳熔体及其与上地幔交代之间的关系提出进一步的地球化学约束, 图 10 将华北和扬子陆块下地壳及华北克拉通古生代岩石圈地幔平均组成作为物质端元, 在 Sr Nd 同位素图解上, 对下地壳岩石发生部分熔融后形成的熔体与华北克拉通岩石圈地幔发生交代作用进行了计算拟合 结果表明, 西董中生代青山群火山岩岩浆约 75% 来自下地壳物质重熔 约 25% 来自交代的岩石圈地幔 ; 西董青山群火 山岩显示靠近华北下地壳, 远离扬子下地壳, 同样说明华北克拉通的古老地壳物质对岩浆源区的贡献 5 结论 (1) 西董青山群火山岩 SiO 2 含量变化于 52.8% ~59.8% 之间, 主要为钙碱性系列岩石, 岩性主要为安山岩, 岩石组合为玄武质粗面安山岩 - 玄武质安山岩 - 粗面安山岩 (2) 西董青山群火山岩在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图上均表现出一致的右倾型分布模式, 无明显的 Eu 异常 ; 样品均显示出大离子亲石元素 (LILE) 相对富集和高场强元素 (HFSE) 亏损的一致特征 ;Sr Nd 同位素特征显示高初始 87 Sr/ 86 Sr 比值 (0.7047~0.7050) 负的 εnd( 狋 ) 值 (-16.5~- 14.2),Sr Nd 同位素比值变化很小, 暗示了岩浆源区组分的均一性 (3) 西董青山群火山岩为大陆下地壳物质经拆沉作用于地幔环境中发生部分熔融作用, 与上地幔岩石发生交代作用后进入地表形成 犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊 Chi Jishang, Lu Fengxiang.1996.Kimberlite and paleozoic lithosphericmantleofnorthchinaplatform.beijing:scipress( inchinesewithenglishabstract). ChenLihui,ZhouXinhua.2005.Subduction relatedmetasomatismin thethinninglithosphere:evidencefrom acompositedunite orthopyroxenitexenolithentrainedin MesozoicLaiwuhigh Mg 图 10 华北和扬子下地壳与古老岩石圈地幔同位素混合图解 ( 数据均校正到 130Ma. 华北古老岩石圈地幔数据来源 (ZhengJianpingetal.,1999):Sr= ,Nd= , 87 Sr/ 86 Sr=0.7039, 143 Nd/ 144 Nd=0.5128; 华北下地壳数据来源 (LiuYongshengetal.,2004):Sr= , Nd= , 87 Sr/ 86 Sr=0.7066, 143 Nd/ 144 Nd=0.5116; 扬子下地壳数据来源 (GaoShanetal.,1999):Sr= ,Nd= , 87 Sr/ 86 Sr= Nd/ 144 Nd= ; 西董地区青山群火山岩约 75% 来自下地壳物质重熔 约 25% 来自交代的岩石圈地幔 ) Fig.10 TheisotopicmixedgraphicoftheNorthChinaand theyangtzecrustwiththeancientlithospheric mantlethe ancientlithospheric mantlefrom Zheng Jianping etal., 1999;the North Chinacrustfrom Liu Yongshengetal., 2004;the Yangtzecrustfrom GaoShanetal.,1999;The Qingshangroupvolcanicrocksabout75% fromthelower crust remelting, about 25% from the metasomatic lithospheremantle) diorite,northchinacraton.g3,6(6):1~20. Fan Weiming,ZhangHongfu,BakerJ,JarvisKE,MasonPR D, MenziesM A.2000.Onandofthe North China Craton : whereisthearcheankeel?jpetrology,41:933~950. GilJ B.1981.Oroginic andesites and plate tectonics.berlin: Springer Verlag. Geology and Mineral Resources Bureau of Shandong Province. ShandongProvinceRegionalGeology1991.Beijing:Geological PublishingHouse(inChinesewithEnglishabstract). GaoShan,LingWenli,QiuYumin,ZhouLian,GeraldH,KlausS ContrastinggeochemicalandSr Ndisotopiccompositons of Archean metasediments from the Kongling high grade terrainofthe Yangtzecraton:ecidenceforcratonicecolution andredistributionofreeduringcrustalanatexis.geochimica etcosmochimicaacta,63:2071~208. Guo Feng,Fan Weiming, Wang Yuejun.2001.Later Mesozoic intrusivecomplexesinnorthchinablock: Constraintsonthe nature ofsubcontinentallithospheric mantle. Phys.Chem.Earth (A),26 (9 10):759~771. Gao Shan, Rudnick R L, Yuan Honglin, Liu Xiaoming, Liu Yongsheng, Xu Wenliang, Ling Wenli, Ayers J, Wang

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13 第 12 期 张永清等 : 山东西部中生代青山群火山岩的地球化学特征及其岩石成因 2709 犌犲狅犮犺犲犿犻狊狋狉狔犪狀犱犘犲狋狉狅犵犲狀犲狊犻狊狅犳狋犺犲犕犲狊狅狕狅犻犮犞狅犾犮犪狀犻犮犚狅犮犽狊犳狉狅犿狋犺犲犙犻狀犵狊犺犪狀犌狉狅狌狆犻狀犠犲狊狋犲狉狀犛犺犪狀犱狅狀犵犘狉狅狏犻狀犮犲 ZHANG Yongqing 1),LING Wenli 2),ZHANGJunbo 2),DUAN Ruichun 3), RENBangfang 1),YANG Hongmei 3) 1) 犜犻犪狀犼犻狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犌犲狅犾狅犵狔犪狀犱犕犻狀犲狉犪犾犚犲狊狅狌狉犮犲狊, 犆犌犛, 犜犻犪狀犼犻狀,300170; 2) 犉犪犮狌犾狋狔狅犳犈犪狉狋犺犛犮犻犲狀犮犲, 犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犌犲狅狊犮犻犲狀犮犲狊, 犠狌犺犪狀,430074; 3) 犠狌犺犪狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犌犲狅犾狅犵狔犪狀犱犕犻狀犲狉犪犾犚犲狊狅狌狉犮犲狊, 犆犌犛, 犠狌犺犪狀, 犃犫狊狋狉犪犮狋 With volcanicrocksofthe Mesozoic Qingshan Groupinthe Xidongareain western Shangdong provinceasstudyobjective,wecarriedoutsystematicalanalysisofelement isotopegeochemicalanalysison thevolcanicrockstounderstandsourceareaofmagmaticrocksandtheirpetrogenesis.thisstudy wil expandthegeochemicalfeaturesofrocksequencesinthisarea.sio 2contentofQingshanGroupvolcanic rocksrangesfrom52.8%to59.8%,suggestingtheybelongtocalc alkalineseries.therockassemblage consistsofbasaltictrachyandesitetotrachyandesite.sio 2showsnegativerelationtoMgO,TFe 2O 3,MnO andtio2,butpositivetoal 2O 3andNa 2O.LargeionlithophileelementssuchasRb,Ba,Th,UandK areenrichedwhilehighfieldstrengthelementssuchasnb,taandtiaredepleted.thetotalreeranges from to ,with (La/Yb) N =8.2~11.1andnosignificantEuanomaly (Eu=0.9~ 1.02).ThevolcanicrockshavehomogeneousandenrichedSr Ndisotopiccompositionswith ( 87 Sr/ 86 Sr) t ratiosof0.7047~0.7050and Nd(t)valuesof -16.5~ NdandSrisotopiccompositionsof QingshanGroupvolcanicrocksintheXidongareashownodistinctnegativerelationtoSiO 2,Nb/Taand La/Nbhasnonegativerelation,and NbandThshowspositiverelation.Althesefeaturesindicatethat crustcontaminationhad muchinfluenceonchemicalcompositionsofmagmaofqingshan Groupvolcanic rocksduringtheuprisingandevolutionprocessofmagma.thefactthatthevolcanicrockshavehigher MgO content than melt resulted from partial melting of basaltindicates that forming process of intermediate maficvolcanicrocksofthe Qingshan Group wasprobablyrelatedtointeraction between continentalcrustandmantlerockseries.integratedanalysisindicatesthatthevolocanicrocksofmesozoic QingshanGroupinthe Xidongarea weretheemplacementofpartialy meltingcontinentallowercurst materialsontotheearthsurface,whichwerefirstlymetasomatizedwithuppermantlerocksinthemantle environmentduetodelamination. 犓犲狔狑狅狉犱狊 :WesternShandongProvince;Mesozoic;QingshanGroup;geochemistry;petrogenesis