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泰国晚新生代玄武岩矿物学、岩石化学特征、岩石成因及其地质意义

泰国晚新生代玄武岩矿物学、岩石化学特征、岩石成因及其地质意义

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作者：袁龙自然资源部第一海洋研究所

学位级别：硕士

南海新生代扩张停止后发生了一期广泛的板内岩浆活动,其影响范围不仅限于南海海盆,而且还包括南海北缘的雷琼半岛和北部湾以及南海西缘的中南半岛。尽管前人对于这一期的岩浆活动开展了较多的研究,但是对于它们的岩石成因、地幔源区性... 详细信息

南海新生代扩张停止后发生了一期广泛的板内岩浆活动,其影响范围不仅限于南海海盆,而且还包括南海北缘的雷琼半岛和北部湾以及南海西缘的中南半岛。尽管前人对于这一期的岩浆活动开展了较多的研究,但是对于它们的岩石成因、地幔源区性质还是存在争论。目前有关其地球动力学背景有相对较为一致的认识,即它们可能是与海南地幔柱紧密联系的。然而,海南地幔柱在地壳或近地表的影响范围还不甚清楚。位于中南半岛的泰国境内也分布有数量可观的扩张期后的玄武岩,对这些火山岩进行矿物学和岩石地球化学研究,充分发挥“岩石探针”手段,不仅可为揭示这些玄武岩的岩浆过程、岩石成因和地幔源区性质提供重要资料,而且对理解包括中南半岛在内的南海地区海底扩张期后的岩浆活动的规律及深部动力学背景具有重要意义。泰国及周边区域可分为三个构造地层单元:西部的滇缅泰马(Sibumasu)板块,中部的素可泰(Sukhothai)地体和东部的印支板块,这三个构造地层单元被两个古特提斯缝合带(清迈-尖竹汶缝合带和难-程逸沙缴府弧后缝合带)分开。本次研究的泰国晚新生代玄武岩样品主要来自素可泰地体北部和呵叻高原及其周边区域,对其开展了详细的岩相学、矿物原位主微量分析以及全岩主微量元素分析研究。研究显示,这些玄武岩具斑状结构和气孔状构造,斑晶矿物主要为橄榄石、斜长石及少量单斜辉石,基质的微晶为斜长石、橄榄石和单斜辉石,副矿物主要为磁铁矿。(1)橄榄石种属主要为贵橄榄石,透铁橄榄石及少量镁铁橄榄石,橄榄石斑晶的Ca O含量较高,斑晶粒径较小,未出现环带裂隙和扭折带,表明橄榄石斑晶为岩浆成因。(2)单斜辉石主要为透辉石和普通辉石,亏损大离子亲石元素(Ba、Sr),富集轻稀土,具有相对较高的轻稀土/重稀土(LREE/HREE)比值和(La/Yb)N比值(1.93-4.27)。(3)斜长石主要为拉长石及少量中长石和培长石,富集轻稀土及Ba、Sr、Pb元素,具有明显的Eu正异常,具有较高的(La/Yb)N比值(11.17-69.33)。需要指出的是,样品WCB-3中含有橄榄石-辉石捕虏晶集合体,其中橄榄石的Ca O含量较低(平均为0.08%),粒径较大(1.00-1.60mm),单斜辉石具有相对平坦的稀土配分模式,表明橄榄石-辉石集合体中的橄榄石和辉石皆为捕虏晶。泰国晚新生代玄武岩的母岩浆在上升至地表的过程中经历了多期的矿物结晶和分离作用。单斜辉石结晶温度和压力分别为1145-1214℃(平均温度为1190℃)和0.4-0.9Gpa(平均为0.7Gpa),对应的岩浆房深度约20km,位于大陆地壳上部,这与南海海盆和海南岛北部地区类似。斜长石的结晶温度和压力分别为994-1192℃(平均为1102℃)和0.3-0.9Gpa(平均为0.6Gpa),与南海地区类似,结合其具有较高的An值,表明斜长石形成于快速上涌的岩浆环境。本研究区玄武岩样品中矿物的结晶顺序为:橄榄石、单斜辉石、斜长石及钛铁氧化物。全岩主量元素特征表明,本区域岩石主要为粗面玄武岩和玄武粗安岩,有少量的碱玄岩和玄武岩,属于碱性系列。微量元素方面,富集大离子亲石元素(Rb、Sr、Ba、K)和高场强元素(Nb、Ta、Zr),无明显的Eu异常,其特征与中南半岛及南海地区同期玄武岩一致,类似于洋岛玄武岩。构造环境判别图解(基于单斜辉石组分构建的)表明,本区域玄武岩为板内构造环境。经模拟计算,本区域玄武岩源区岩性可能是石榴石辉石岩,而这些玄武岩可能是石榴石辉石岩经5%-20%部分熔融形成的。本研究利用PRIMELT软件模拟计算了泰国晚新生的元素岩浆组分,利用反演的原始岩浆组分计算出本区域的地幔潜在温度为1448-1467℃,与越南南部类似,稍低于海南岛北部,结合全岩地球化学特征,表明泰国晚新生代玄武岩的形成与海南地幔柱有关。泰国地区玄武岩的稍低地幔潜在温度(与海南及越南相比),可能反映了地幔柱物质流在沿着岩石圈流变学边界层往中南半岛之下运移时消耗了部分能量,具体表现在靠近地幔柱中心位置的海南岛地幔潜在温度较高,而在远离地幔柱中心的中南半岛稍低。综上所述,我们认为泰国晚新生代玄武岩的深部动力学背景类似于南海地区,海南地幔柱在泰国晚新生代玄武岩的形成过程中起了重要作用。

关键词：南海泰国源区岩性原始岩浆组分地幔潜在温度晚新生代玄武岩岩石成因矿物学海南地幔柱

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