福建新生代玄武岩岩浆演化特征及动力学意义
作者单位：长安大学
学位级别：硕士
导师姓名：张贵山
授予年度：2023年
学科分类：070903[理学-古生物学与地层学(含：古人类学)] 0709[理学-地质学] 07[理学] 070901[理学-矿物学、岩石学、矿床学]
摘 要：中国东南部新生代玄武岩是环太平洋火山岩带的重要组成部分,关于玄武岩的岩石成因、大地构造背景、岩浆演化过程等仍存在分歧。福建省是中国东南部新生代玄武岩的重要分布地区,位于闽东北白琳镇的新生代玄武岩中发育具有独特反应边结构的辉石斑晶,且辉石和橄榄石中发育有大量的原生熔融包裹体。因此,本文以白琳镇新生代玄武岩中的辉石、橄榄石及其中发育的熔融包裹体为研究对象,采用岩相学、电子探针分析、LA-ICP-MS、高温热台实验、激光拉曼等分析测试方法,对福建新生代玄武岩的地幔源区性质、岩浆演化过程、玄武岩的产出动力学背景等进行探究。辉石的岩相学和主量元素分析结果显示,辉石为岩浆成因,多达巨晶尺寸,紫红色反应边内无夹杂物与斑晶消光特征一致,且边部与核部均与玄武岩熔体平衡,不同于中国东部斑晶(巨晶)周围常见的白色反应边结构。核部和边部化学组分存在差异,核部至边部,SiO、MgO以及Mg~#明显降低,CaO、AlO、FeO、TiO增加,总体呈富MgO、CaO、TiO、贫铁FeO的特征,均指示裂谷相关的板内环境,并显示出岩石系列由亚碱性向碱性系列过渡的趋势。辉石结晶温度、压力的计算结果表明,核部结晶温度为1270.7～857.3℃,压力变化为24.1～10.5 kbar,边部的结晶温度和压力分别变化于1194.9～752.8℃和12.1～1.7 kbar,由核部至边部结晶压力和温度降低,压力的降低强度明显大于温度,辉石的Al/Al值则表明边部可能遭受了强烈的减压熔融作用。熔融包裹体的岩相学和激光拉曼分析结果显示,辉石和橄榄石中的挥发分组分均为CH、CO和其它烃类,少量的HO,呈斑晶产出的橄榄石(Ⅱ型橄榄石)中熔融包裹体的数量和挥发分含量高于为辉石所包裹的橄榄石(Ⅰ型橄榄石),辉石中熔融包裹体的数量和挥发分含量远高于橄榄石中的,且核部至幔部熔融包裹体数量和挥发份含量呈增加趋势,挥发分特征表现出与矿物种类和部位具有密切联系的趋势性变化。推测矿物斑晶在结晶过程中经历了岩浆中挥发分出溶的过程。熔融包裹体的主量元素分析结果显示,橄榄石中高MgO含量熔融包裹体和辉石中的熔融包裹体在TAS图中分布于亚碱性岩石系列区域,且橄榄石中高MgO含量熔融包裹指示寄主岩石类型为玄武岩,不同于全岩为碱性玄武岩的成分特征,呈现出由亚碱性向碱性岩浆系列过渡的趋势。熔融包裹体及全岩的SiO-全碱图中,也显示出由亚碱性玄武岩浆向碱性玄武岩浆过渡的特征。这与辉石核部至边部显示出岩石系列由亚碱性向碱性系列过渡的趋势相符。辉石的微量元素分析显示,边部比核部更富集微量元素,但二者的稀土和微量元素配分曲线相似,说明形成核部和边部的熔体应为同一或相似源区;辉石边部的SiO含量低于核部,Zr/Y值则明显高于核部,这些特征表明形成辉石边部熔体部分熔融程度低于核部,熔融深度大于核部。同时,辉石边部较核部Rb、Ba、K等流体活动性元素亏损,表明边部可能遭受了交代作用。熔融包裹体、橄榄石和全岩的分析结果显示,白琳镇玄武岩的原始岩浆MgO含量大于13.96%,为高镁拉斑质岩浆,源区母岩由碳酸盐化橄榄岩和石榴石辉石岩组成,表明其源区存在再循环洋壳组分,源区岩石可能经历过来自洋壳的含碳地质流体的交代作用。基于以上研究成果并结合区域地质背景认为,在伸展的大地裂谷构造背景下,45 Ma以来太平洋板片的回卷、后撤,使软流圈地幔的上涌方式发生改变,将受滞留太平洋板块俯冲物质交代所形成的碳酸盐化橄榄岩和石榴石辉石岩携带至浅部发生广泛的减压熔融,形成初始的拉斑玄武质岩浆,随着岩石圈地幔的持续性减薄和部分熔融程度的降低,产生碱性玄武质岩浆。白琳镇玄武岩源于同一或相似源区,不同熔融程度、熔融深度的混合岩浆。白琳镇玄武岩的原始岩浆挥发分贫瘠,随着岩浆体系的演化,发生了挥发分出溶作用,温度和压力的变化使辉石斑晶发生自交代反应形成了辉石的边部,边部为斑晶重结晶的产物。
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