闽北建瓯上水南地区新元古代前弧玄武岩的发现及地质意义.pdf

第2 期福建地质Geology of Fujian81闽北建瓯上水南地区新元古代前弧玄武岩的发现及地质意义徐立明（福建省地质调查研究院，福州，350 0 13）摘要建瓯上水南地区出露的马面山岩（群）绿片岩中的（绿帘）阳起片岩具明显的“变余枕状构造”，其岩石化学Si02含量为40.7 2%45.49%，Mg0含量为16.16%17.6 3%，Ti0,含量为0.32%1.0 5%，Naz0/K,0比值为4.2 510，具大离子亲石元素（LILE）Cs、Ba、Sr相对富集，高场强元素（HFSE）Ce、Z r、H f、Sm、Y、Y b 分异较弱等特征。显示其兼有洋中脊与岛弧双重特性，与马里亚纳前弧玄武岩（FAB）相似，是新元古时期存在洋内初始俯冲和洋陆转化岩浆作用的证据。关键词同前弧玄武岩洋内俯冲洋陆转换中图分类号：P588.14+5文献标识码：A文章编号：10 0 1-397 0(2 0 2 3)0 2-0 0 8 1-0 8闽北建瓯Discovery and Geological Significance of Neoproterozoic Forward Arc Basaltsin Jianou Shangshuinan Area,Northean Fujian ProvinceXu Liming(Fujian Institute of Geology Survey and Research,Fuzhou,350013)Abstract The actinolite schist outcrop of the green schist in the Mamianshan Group in JianouShangshuinan area has an obvious redundant pillow structure.The content of SiO,is 40.72%45.49%,the content of MgO is 16.16%17.63%,the low content of Ti0,is 0.32%1.05%,and the ratio ofNa,O/K,O is 4.25 10.T h e r e a r e c h a r a c t e r i s t i c s t h a t t h e l a r g e i o n s l i t h o p h i l i c e l e m e n t s (L IL E)a r erelatively enriched in Cs,Ba and Sr,and the high field strength elements(HFSE)are weakly differentiatedin Ce,Zr,Hf,Sm,Y and Yb.It shows that it has the dual characteristics of mid-oceanic ridge and islandarc,and is similar to Mariana front arc basalt(FAB),which is the evidence of the initial intra-oceansubduction and the occurrence of oceanic-magmatism in the Neoproterozoic.资助项目：福建省自然资源厅“福建省建瓯地区构造混杂岩专题研究”和“福建政和一尤溪关键基础地质问题专项区域地质调查”。收稿日期：2 0 2 3-0 2-15作者简介：徐立明（198 2-），男，高级工程师，地质矿产专业。82northern Fujian自美籍地质学家格利普提出“华夏古陆”以来，福建北部的变质岩一直是研究热点，早期郭令智等 1I认为闽北地区变质岩是震旦纪一早古生代优地槽沉积物构成的加里东褶皱带；天津地质矿产研究所、黄泉祯等 2 、王鹤年等3、Li-Wuxian etal.张达等 5 认为是裂谷环境；许靖华 6 、汪新等 7 、聂涂波等 8 、张福勤等 9、任胜利等 10 、李霞 、南京地质调查中心认为是构造混杂岩；潘桂棠 12 认为是俯冲增生杂岩带。近年来，建瓯地区1：5万区域地质调查研究，发现前人划分的新元古代马面山（岩）群为一套俯冲增生杂岩体系，福建地质GeologyofFujianKeywordsfront arc basalt,intraoceanic subduction,oceanic-continental transition,Jianou in第42 卷并命名为“马面山俯冲增生杂岩”13。通过岩石地球化学分析在建瓯一政和一带识别出洋中脊、洋岛海山、洋内弧、陆缘弧等不同构造环境的变玄武岩残片，在建瓯等地发现前弧玄武岩的分布。根据前弧玄武岩其分布特征，分析其野外地质、岩石学、地球化学等特征，并探讨其地质意义。1地质背景研究区在欧亚大陆东南缘的华南大陆东部，濒临西太平洋。大地构造分区属华南新元古代一早古生代造山带，在华夏地块之北武夷隆起区内（图1）。江普明寺浙江省西IV-5建瓯市省南平市三明市IV-52福州童IV-512)龙岩市东省K25QhPz/M4mK2sPz/MmQhPz/M-Fig.1 Geological map and geological structur location map in the research areaQh绿桥Ks宁德市泉州IV-5）北武夷隆起区南武夷院市古生代搬陷区1V-5闽东火山断捞带研究区位盟N-5尊切构造带平潭一东山PzM20Pz/M-55建瓯市善见情40FAB81511MQPz,MEOIBPz/MOIG铁狮山QhPz-MscPz/Mca新城Pz/MmQh太保庙PZ.M-FAB上水南QhPz/M0图1研究区地质及地质构造位置图Pz/M。桐源Pz/Mcch。苦芦东安村Pz/MOT。弓鱼PAMFABQh4%东岳店Qh第四系2K25晚白垩世沙县组3J早侏罗世梨山组4Pz/Mcch片岩组合5变粒岩组合PzM.碳酸盐岩6透辉石岩、石英透辉石岩玄武岩（未分）：斜长角7PzM.闪岩、斜长角闪片岩等8Pz.MS玄武岩（洋岛型）：钠长绿OIB泥片岩、钠长阳起片岩等P.M.5-玄武岩（前弧型）：9FAR阳起片岩10洋岛型中酸性岩钠变OIG粒岩、白会钠长变粒岩11花岗岩脉301230片理产状13地质界线。香雄坪角度不整合界线14平行不整合界线JI1516石壁1718岩石化学样取样位置O-1km质早古生代马面山混杂岩层理产状断层混杂岩内构造接触界线同位素年龄采集点天津地质矿产研究所，闽北前寒纪变质岩层序的划分和构造演化，1991。中国地质调查局南京地质调查中心，武夷地区俯冲增生杂岩与洋陆转换过程研究成果报告，2 0 15。第2 期区域性主干断裂政和一大埔断裂带呈北北东北东向贯穿研究区东南侧，呈面状、带状展布。马面山俯冲增生杂岩呈北东向展布于研究区中部，其两侧为中生代沉积岩。增生杂岩由“基质”和“岩块”组成，据岩性组合基质进一步划分为“变粒岩组合”和“片岩组合”；岩块有“碳酸盐岩岩块”“洋岛型玄武岩岩块（OIB）”“洋岛型中酸性火山岩岩块（OIG）”和“前弧型玄武岩岩块（FAB）”。由于后期的变质作用，这些岩石都已变质成大理岩（碳酸盐岩）、绿片岩（玄武岩）、钠长变粒岩（中酸性岩）等。本地区开展的年代学研究显示，上述岩块多为新元古代。2野外地质及岩石学特征研究区发现的前弧型玄武岩，为基岩露头，岩石新鲜。岩石整体呈块状产出，可见“变余枕状体”发育（照片1A，1C），变余枕状体，长多为0.51.5m，宽多为0.30.8 m，呈枕状、块状发育在基质中，片理较发育，且片理与胶结物协调产出，产状基本一致，二者局部的塑性变形界面连续。胶结物鉴定主要为阳起片岩，矿物几乎全为阳起石A徐立明：闽北建瓯上水南地区新元古代前弧玄武岩的发现及地质意义样品采集与测试样品采集于上水南北侧河边，共6 件，新鲜，基本无后期细脉穿插。每件样品都送薄片鉴定，进行岩石地球化学分析，岩石全岩主、微量元素及稀土元素配分的测试分析在福建省地质测试研究中心完成。其中，主量元素用X射线荧光光谱仪测定(XRF），并用等离子光谱法进行验证，微量元素和B83（97%）（照片1B），含少量绿帘石矿物（3%）。其长柱状（针柱状）矿物阳起石平行定向排列，构成岩石之片理构造。阳起石呈柱状变晶结构，针柱状或长柱状外形，矿物粒径为0.1mmX0.04mm0.6mm0.15mm。绿帘石呈柱粒状，矿物粒度为0.05 0.5 mm。枕状体主要为绿帘阳起片岩，矿物主要为阳起石（7 3%），次要矿物有绿帘石（2 5%），含少量石英、长石矿物（照片1D）。其长柱状（针柱状）矿物阳起石平行定向排列，构成岩石之片理构造。阳起石呈针柱状或长柱状外形，矿物粒径为0.1mm0.04 mm0.8 m m 0.15m m。绿帘石呈柱粒状，矿物粒度为0.0 50.8 mm。3桂胶结物阳起石0.5mmCD胶结物阳起片岩阳起石绿带石变余枕状体0.5mm照片1研究区上水南前弧型玄武岩野外露头及镜下特征Photo.1 Outcrop and microscopic characteristics of Shangshuinan FAB in the research area绿帘阳起片岩84稀土元素采用等离子质谱仪（XseriesII）测定。4分析结果4.1主量元素从研究区前弧玄武岩主量元素含量参数特征（表1）可以看出，样品主量元素变质范围较小，Si02含量为40.7 2%45.7 0%，平均为43.30%；A120：含量为10.8 0%13.6 7%，平均为12.32%；Ca0含量为8%10.6 9%，平均为9.0 8%；Mg0含量为16.16%17.6 3%，平均为16.6 5%，Mg含量为7 37 6，平均为7 4.33，接近于原生岩浆范围（6 8 7 5），表明该处岩浆可能未经历明显的结晶分异、同化混染或AFC等过程。TiO2含量为0.32%0.7 2%，平均为0.51%，远低于碱性洋岛玄武岩的平均值（2.90%）；Na,0含量为0.7 8%1.13%，平均为0.91%；K,0含量为0.0 8%0.2 4%，平均为0.13%；Naz0/K,0比值为4.2 510，显示富钠贫钾的特征；P20s含量较低，比值为0.0 3%0.0 7%，平均为0.0 42%。4.2利稀土元素及微量元素根据研究区前弧玄武岩微量特征和稀土元表1研究区前弧玄武岩主量元素含量（%）及特征参数Table 1 Main element content(%)and characteristic parameters of FAB in the research area样品号cghb-1-1Si0,45.49Ti020.34A120311.15Fe2032.97Feo7.14Mno0.18MgO17.63Cao8Na.01.02K.00.24P200.03LOI4.59Total99.68Mg760.37TFe20310.91TFeO10.29Na,0/K,04.25福建地质GeologyofFujiancghb-1-2cghb-1-344.8245.70.360.3211.410.82.913.217.166.420.160.1616.416.169.5410.691.130.950.160.120.030.044.764.3699.7699.7775760.450.2610.8710.3510.279.747.067.92第42 卷素含量参数特征（表2）显示，样品稀土含量较低，主要为16.6 510 53.1910 ，平均为31.27X10，L R EE/H R EE比值为0.7 7 3.2 3，平均为1.7 4；（La/Yb）比值为0.42 1.7 2，平均值为1.0 1。低的LREE/HREE和（La/Yb）比值，表明该类岩石的稀土分馏程度低。8 Eu值为0.911.2 6，平均为1.0 1，不具有Eu异常，表明原岩在岩浆形成和演化过程中没有发生明显的斜长石的分离结晶作用。在球粒陨石标准化REE配分模式图上（图2），大部分样品表现出轻稀土弱亏损的缓“左倾”形态，与马里亚纳前弧玄武岩（FAB）比较接近。在上水南前弧玄武岩微量元素原始地慢蛛网图上（图3），呈现出一定的选择性富集隆凹曲线的特征。大离子亲石元素（LILE）Cs、Ba、Sr 等相对富集，且变化波动大；高场强元素（HFSE）Ce、Zr、H f、Sm、Y、Y b 等分异较弱。所有样品的高场强元素（HFSE）和稀土元素（REE）均表现出较好的一致性。变化曲线处于马里亚纳FAB中间，整体与大洋中脊玄武岩（MORB）类似，但是具有一定的差异。cghb-2-141.690.6313.383.717.280.216.39.060.780.080.045.2699.55730.8111.811.219.75cghb-2-240.720.6813.673.477.720.1916.778.550.80.080.045.6699.59734.712.0511.510cghb-2-341.40.7213.523.597.560.216.648.630.790.080.075.3299.69731.1511.9911.49.88第2 期Table 2 Trace elements countent、r a r e e a r t h e l e m e n t s c o u n t e n t a n d c h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r s o f Sh a n g s h u i n a nFAB in Jianou city(10-)样品号CsCrCoNiRbSrBaPbThUNbTaZrHfTiVLaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuYZREELREE/HREE(La/Yb)N6Eu徐立明：闽北建瓯上水南地区新元古代前弧玄武岩的发现及地质意义表2 建瓯上水南前弧玄武岩微量元素、稀土元素含量及特征参数（10）cghb-1-1cghb-1-20.500.411.326.91305.382.0876.74663.556297.424.69124.05137.2149.9568.849.65.550.540.560.080.1222.310.350.823.522.51.331.0821601920191.35211.52.61.354.914.930.650.422.842.151.041.030.420.521.831.930.390.432.753.070.60.642.032.160.280.292.092.10.30.320.952222.7221.341.210.950.890.460.911.1285cghb-1-3cghb-2-10.280.271 212.53446.773.268.89579.1377.63.363.13173.2110.956.1976.224.47.580.340.290.050.081.41.090.420.3420.538.51.172.713.7804080200.15251.051.152.732.764.540.340.851.744.510.841.720.380.881.582.660.350.52.53.310.550.681.912.150.270.291.972.040.30.282024.116.6527.140.771.280.420.9611.26cghb-2-20.26379271.32397.42.61108.9776.750.590.133.580.5246.51.584320249.24.5620.111.286.361.810.812.570.513.260.662.130.281.990.2823.646.62.991.641.14cghb-2-30.393500.373.72393.753.09108.6584.466.710.680.173.790.746.51.554564.2242.155.124.531.436.612.050.92.890.543.470.72.250.292.130.292353.193.231.721.13861000.0100.0福建地质GeologyofFujian第42 卷1000.0-马里亚纳FAB*一研究区FAB100.0-N-typeMORB,Sun&McDon,1989响岩10.01.00.1La图2 研究区上水南前弧玄武岩稀土元素球粒陨石标准化配分图（马里亚纳FAB数据【14）Fig.2 Standardized partition diagram of rare earth el-ement chondrites of Shangshuinan FAB in theresearch area5原岩恢复及构造环境分析5.1原岩恢复样品岩性为阳起片岩或绿帘阳起片岩，从野外出露特征来看，具有明显的“变余枕状构造”，是水底喷发或从陆地流入海中的基性熔岩所形成的一种特殊构造，具有较高的指示性。从地球化学特征来看，在岩浆岩的分类传统全钙碱硅TAS图（图4）上，投在苦橄玄武岩和玄Ph1412108610.0-马里亚纳FAB一研究区FAB-N-typeMORB,Sun&McDon.,1989cePrFU1S11.0Nd5mEuGdTbDyHoErTmYbLuU3TU2S3S20.1Cs RbBaThUNbTa图3研究区上水南前弧玄武岩微量元素蛛网图Fig.3 Spider web diagram of the trace elements ofShangshuinan front arc basalt in the researcharea武岩区。鉴于K、Na、Si 等在交代和变质过程活动性较强，对原岩分类可能有较大的误差。因此对岩石分类、岩石系列划分、岩石成因和构造环境分析等尽可能选择在变质作用中受影响较小的稀土元素（R EE）、高场强元素（HFSE）或较稳定元素的地球化学特征进行判别。在上水南地区的不活动元素Nb/Y-Zr/Ti分类图解（图5）中，该类玄武岩全部投影在玄武岩区内，因此可推断出该类岩石原岩为玄武岩。1-R0.1LaCePbPr英安流纹岩安山岩玄武安山岩NdZrHf SmEuTiGdTbDyYHoErTmYbLu流纹岩粗面岩碱玄质响岩粗安岩似长石岩420353943 4751555963677175Sio2图4研究区“变基性岩”TAS图解15Pc一苦橄玄武岩；B一玄武岩；0 1一玄武安山岩Fig.4 TAS diagram of Metamorphic basic rocks in theresearcharea0.01PcB碱性，玄武岩玄武岩0102030.002+0.01图5研究区“变基性岩”Nb/Y-Zr/Ti图解 16 Fig.5Nb/Y-Zr/Ti diagram of Metamorphic basic rocksin the research area0.110Nb/Y第2 期5.2构造环境分析前人对玄武岩构造环境做了较多的分类研究，主要有洋中脊、大陆裂谷、俯冲带、大陆边缘、洋岛、大陆高原、弧后盆地等。前弧玄武岩（FAB）又称MORB-1ike玄武岩，是俯冲带岛弧的前弧地区发育的，洋盆开始转化形成大陆时与初始俯冲作用有关，具有特殊地球化学特征的拉斑玄武岩前弧玄武岩兼有洋中脊与岛弧双重特性，但是更像洋中脊。玄武岩的稀土配分曲线总体具轻稀土略显亏损的向左缓倾特征，配分模式与N-MORB型玄武岩类似；微量元素原始地慢标准化蛛网图表现为Nb、Z r、T i等高场强元素弱亏损，Cs、Ba、K等大离子亲石元素弱富集的特点，又显示经历了俯冲消减作用影响弧玄武岩的特征。Nb/Yb-Th/Yb图解可作为判别与俯冲有关洋内弧、与洋内非俯冲构造环境有关的重要方法 2 0 。变玄武岩在Nb/Yb-Th/Yb图解（图6）中，4个样品投在洋内弧区，2 个样品投影在洋内弧与大洋中徐立明：闽北建瓯上水南地区新元古代前弧玄武岩的发现及地质意义又有洋中脊玄武岩的特征。在俯冲带熔融过程中Ti是亏损的，V在岩浆中变得富集，来源于熔融过程的水从俯冲板片被释放而变得更氧化，因而在高氧化状态下V的比例增加。在最高氧化状态下V比最低氧化状态下更不相17-19容，因此，俯冲影响明显的的源区有较高的V/Ti比值 2 1。将上述样品进一步投影在Ti/1000-V图解上（图7），样品的Ti/V比值为10 2 0，均处于岛弧拉斑玄武岩区（IAT），3个样品投影在马里亚纳前弧玄武岩，3个样品投在特鲁多斯上部枕状熔岩区，佐证了该类玄武岩为形成于前弧环境的洋壳俯冲过程中地慢因俯冲流体诱发的熔融作用形成的前弧玄武岩。Ti/V=10500小笨原前弧宏武岩马黑亚纳400前弧玄武岩87表明该类的玄武岩的原岩既表现出弧玄武岩的特征imnalXoId-88Ti/y=20MORBBABB and FAB)脊之间的弱俯冲区，且靠近洋内弧一侧，说明这些岩石形成与俯冲作用有关。因此认为该类玄武岩的原岩应为洋内前弧环境下洋壳发生俯冲过程中形成的前弧玄武岩。在其他构造环境图解中，玄武岩显示出了双重的特征。在La/Nb-La图解 2 1 中2 件样品投在岛弧玄武岩区内，2 件在洋中脊玄武岩区，剩下2 件投在二者的交界区内；在2 Nb-Zr/4-Y图解 2 2】中，3件样品投在正常洋脊玄武岩和火山弧玄武岩共同区内，3件样品在上述区域附近。综上10Site1149太平洋地壳300父岛玻安装200-100-00图7 研究区前弧玄武岩Ti/1000-V图解 2 3Fig.7 Ti/1000-V diagram of FAB in the research area大陆弧6结论arcs(ca)洋中脊玄武光岩杰平洋洋中春玄武岩特鲁多斯下部桩获洛岩岩5洋岛及碱性玄武岩母岛（44Ma)10Ti(x10)/100015201二qX/0.10.010.1图6 研究区前弧玄武岩Nb/Yb-Th/Yb 图解 2 0 Fig.6 Nb/Yb-Th/Yb diagram of FAB in the researchareaOIBjointoa/caXWeak subduction ignal大洋弧Oceanic（1）建瓯上水南地区出露的（绿帘）阳起片岩野外可见明显的“变余枕状构造”，据岩石学、岩石地球化学等特征判断，原岩为玄武岩。MORB-OIBarrayXE-MORBN-MORB1Nb/Yb（2）岩石具高Mg低Ti贫K特征，大离子亲石元素（LILE）CS、Ba、Sr 相对富集，高场强元素（HFSE）Ce、Z r、H f、Sm、Y、Y b 等分异较弱；稀土总量较低，分馏不明显，8 Eu基本无异常，稀土分配模式和10100微量元素蛛网图显示兼有洋中脊与岛弧双重特性。表明其为前弧玄武岩。（3）前弧玄武岩的发现是发生了洋内初始俯冲作用的证据，说明新元古时期该地区发生了洋陆转88化岩浆作用。本文是项目组成员共同努力的结晶，在此表示感谢，同时感谢两位审稿专家提供的宝贵意见。参考文献1郭令智，施央申，马瑞士，等。华南大地构造格架和地壳演化.第2 6 届国际地质大会国际交流学术论文集北京：地质出版社，1980.2黄泉祯，庄建民，郑声俭，等.福建省地质图（1：50 0 0 0 0）说明书.福州：福建省地图出版社，1998.3王鹤年，孙承辕，闽中地区绿片岩的痕量元素地球化学及其形成的构造背景高校地质学报，1998，4（4).4 Li Wuxian,Li Xianhua,Li Zhengxiang.NeoproterozoicBimodal Magmatism in the Cathaysia Block of South Chinaand its 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