辽西基性岩床年代学、地球化学特征及地质意义.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW134辽西基性岩床年代学、地球化学特征及地质意义一陈井胜1，2），李斌1，2），刘淼1，2），赵辰1，2），汪岩1，2）1）中国地质调查局沈阳地质调查中心，沈阳，110034；2）东北地质科技创新中心，沈阳，110034注：本文为中国地质调查局资助项目（编号:DD20230004）的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.053作者简介：陈井胜，男，1983 年生，博士，教授级高工，主要从事区域地质调查工作；Email：。通讯作者：李斌，男，1986 年生，硕士，高级工程师，主要从事区域地质调查及火成岩岩石学研究；Email：。关键词：关键词：辽西；中元古代；基性岩床；辉绿岩基性岩床（墙）群是克拉通内特征明显的地质构造单元，是在大陆伸展背景下，主要来自陆下软流圈或岩石圈地幔的岩浆上侵的产物。对基性岩床（墙）的研究可以获得早期大陆岩石圈演化和地球深部岩浆源区的信息，揭示重要的古大陆裂解地质事件，这对超大陆的恢复重建具有重要意义。本文对出露于辽西地区的辉绿岩床（墙）进行了年代学和岩石地球化学的详细研究，为探讨 Columbia 超大陆的聚合和裂解的响应等提供重要的参考。1地质概况及岩石学特征辽西地区大地构造位置处于华北克拉通燕辽沉降带辽西-冀北坳陷，夹于北部“内蒙地轴”和南部“山海关隆起”之间。区内在太古宙古元古代变质岩基底上沉积了巨厚的中上元古界海相碳酸盐岩夹碎屑岩地层及显生宙沉积盖层。辽西地区的基性岩主要为分布于喀左、建平和朝阳地区辉绿岩床或岩脉。辉绿岩顺层侵位于中、上元古界蓟县系和青白口系的不同层位地层中。辉绿岩发育辉绿结构，反应边结构，块状构造；岩石主要成分为 斜长石（Pl）、辉石（Px）、角闪石（Hbl）、黑云母（Bt），副矿物为磁铁矿；斜长石呈柱状，辉石呈粒状，斜长石架构状排列、中间充填细粒的辉石，呈辉绿结构，部分辉石具角闪石反应边；斜长石：半自形、柱状，聚片双晶、环带，主要粒径 0.53.0 mm，含量约 55%60%；辉石：它形、粒状，浅黄浅绿浅褐色调，辉石解理，主要为单斜辉石中的普通辉石，常具角闪石反应边，主要粒径 0.21.0 mm，含量约 25%30%；角闪石：它形、柱状，黄褐黄绿色，闪石解理，部分呈辉石的反应边，主要粒径 0.20.5 mm，含量约 8%10%；黑云母：它形、片状，褐色，粒径 0.10.2 mm，充填斜长石颗粒间，含量约 3%4%。2样品制备及分析方法由河北省区域地质调查大队地质实验室完成样品的破碎和斜锆石的挑选及重砂鉴定工作。斜锆石的制靶和显微图像的采集在中国科学院地质与地球物理研究所完成。斜锆石 Pb-Pb 年龄测试用中国科学院地质与地球物理研究所 Cameca IMS-1280多集电极二次离子质谱仪（SIMS），在不测定斜锆石标样的情况下对斜锆石进行测定。样品主量元素、微量元素和稀土元素测试在自然资源部沈阳地质调查中心检测分析中心完成。3分析结果3.1斜锆石 U-Pb 年龄4 个样品中的斜锆石晶体大部分不完整，颗粒较小，晶体短轴 2080 m，长轴方向一般长度50150 m。共进行了 79 个点的 Pb/Pb 分析。斜锆石中铀含量变化较大，一般为 13710-681810-6。测得的放射性207Pb/206Pb 值均在分析误差范围内，其207Pb/206Pb 年龄变化范围为 13001339 Ma，加权平均年龄为：1324.05.0（MSWD=0.90）、133310 Ma（MSWD=2.50）、133514 Ma（MSWD=1.90）、1326.75.3 Ma（MSWD=1.03）。3.2地球化学特征辉绿岩 SiO2含量 45.13%48.18%，属基性岩类。Al2O3含量 10.25%10.99%，均小于 15%，含量一般；TiO2、MnO、MgO 含量偏低，分别为地质论评 2023 年 69 卷 增刊 11353.43%4.98%、0.21%0.25%和 3.71%4.78%；K2O 含量相对偏低，0.37%0.80%；（Na2O+K2O）含量位于 2.49%3.64%范围内；Na2O/K2O 为2.975.72。在火山岩（TAS）分类图解中，辉绿岩样品都落在亚碱性系列里的辉长岩范围内。辉绿岩岩石固结指数（SI）较高，处于 14.1317.21 范围；A/CNK 值比较高，处于 0.520.58 之间，在 A/CNKA/NK 图解中，投影点均落入过铝质区，说明岩石属于准铝质岩石。另外，在 K2OSiO2分类图中，样品点全部落入中钾钙碱性系列。总体上看，该期角闪辉绿岩属准铝质、中钾钙碱性系列岩石。辉绿岩稀土元素总量（REE）为 110.52179.0110-6；LREE/HREE 比值和（La/Yb）N比值分别主要集中于为 4.054.77 和 2.944，属于轻稀土元素富集、重稀土元素相对亏损型。经球粒陨石标准化后的稀土元素配分模式，轻稀土元素可以看到为明显的向右倾斜。Eu 为 0.801.05，表现出 Eu 的轻微负到正异常，表明源区岩浆具有斜长石的残留或者在分离结晶过程中发生过斜长石的分离结晶，以致残余熔体有中等的 Eu 负异常。辉绿岩微量元素具有富集大离子亲石元素（LILE）Rb、Th，略亏损高场强元素（HFSE）Zr、Hf，以及 P、Sr 负异常的特征。4讨论与结论4.1辉绿岩形成时代针对发育于冀东到辽西的辉绿岩床，前人在马兰峪隆起北侧辉绿岩床中获得 13206 Ma 的年龄（李怀坤等，2009），冀东、南部地区的辉绿岩床年龄为 13255 Ma 和 13204 Ma（Zhang et al.,2012），辽西凌源年地区辉绿岩床形成时代为1325.9 4.1 Ma 到 1318.6 3.7 Ma（Wang et al.,2014）。本次工作主要在朝阳地区采集的辉绿岩床进行年代学工作，获得的年龄为 13251335 Ma。结合前人工作结果，认为出露于辽西、冀东一带的辉绿岩床形成时代为 13301320 Ma，形成时代为中元古代。4.2岩石成因及源区特征本 区 辉 绿 岩 总 体 上 表 现 为 低 SiO2含 量（43.43%48.18%），属基性岩浆系列；高的 TiO2含量（平均值为 4.06%）；较低的 MgO 含量和 Mg#；而碱含量相对较高（Na2O+K2O 为 2.49%3.64%），其常量元素组成与扬子陆块西缘晚二叠世峨眉山玄武岩中的高 Ti 系列相似。因此，总体上本区辉绿岩属于较碱性的拉斑玄武岩系列。辉绿岩的 Zr/Nb、La/Nb、Th/Nb、Th/La 和 Ba/La 等均在 EM型 OIB范围内，而Ba/Nb的参数与大陆地壳范围区间相似，显示有大陆地壳物质混染的痕迹。在微量元素和稀土元素标准化配分模式图中，可见大离子半径元素相对富集，尤其以 Rb、K 和Ba 元素为主，由于基性岩样品烧蚀量并不高，反应了后期热液蚀变作用并不强，因此其大离子半径元素的正异常，以及其 Zr/Nb、Ba/Nb 和 Ba/La 等特征参数，可能均表明辉绿岩原始岩浆演化过程中，有壳源物质的混染，但是由于 Nb、Ta 及 Zr、Hf 等高场强元素没有明显的亏损，表明区内辉绿岩原始岩浆受到壳源物质的混染程度较低。相容元素中，Cr、Ni 含量明显低于原生玄武岩浆范围。这些特征暗示研究区内辉绿岩经历了明显的橄榄石、单斜辉石等镁铁质硅酸盐矿物和铬铁矿的分离结晶。多数样品在稀土元素配分模式图中显示出弱的 Eu 负异常，反映了原始岩浆早期演化中经历过轻微的斜长石分离结晶作用。EM I 型 OIB 型玄武质岩浆的形成和演化，涉及到来自地幔柱、软流圈、岩石圈地幔和地壳等不同端员组分的贡献，在讨论源区性质的同时，也要考虑地壳物质参与。从稀土元素配分曲线特征和微量元素分配特征反映的特征来看，岩浆源区应该起源 于 上 地 幔。辉 绿 岩 中 Zr/Y=4.646.04、Y/Nb=2.032.98、（La/Yb）N=2.924.00，这些元素比值或指数对应于过渡型地幔的元素指数。ZrY图解中样品落入过渡型地幔区域，暗示岩浆来源于过渡型地幔。Th/TaLa/Yb 图解中，样品落入普通型地幔与富集型地幔之间，表明岩浆来源于过渡型地幔。综合分析表明辉绿岩原始岩浆来源不是亏损地幔，亦非富集性地幔，而是过渡型地幔或略富集型地幔。4.3构造环境及地质意义在 2NbZr/4Y 图解中，辉绿岩全部落板内拉斑玄武岩区；在 Zr/YZr 图解中，投影点也全部处于板内裂谷玄武岩区域内，由此看来，辉绿岩主要显示了与板内裂谷玄武岩类似的板内构造背景。Ta/HfTh/Hf造环境判别显示出大部分辉绿岩样品落入陆内裂谷的构造背景中，这些基性岩浆岩的地球化学研究结果充分证明本区在中元古代时期发生一次陆内裂谷拉张事件。地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1136在我国华北地区，古元古晚期至中元古代，Columbia 超大陆裂解的同时，华北地台也由东、西两大陆块的汇聚转换为陆内裂解，表现为大规模的非造山型岩浆活动，本区辉绿岩形成于板内裂谷环境，形成于陆间裂谷，其成因可以用玄武质岩浆上涌与下地壳相互作用来解释，辉绿岩为中元古代时期 Columbia 超级大陆裂解活动提供了最重要的证据（Zhang et al.,2012；Wang et al.,2014）。参 考 文 献/References李怀坤，陆松年，李惠民，孙立新，相振群，耿建珍，周红英.2009.侵入下马岭组的基性岩床的锆石和斜锆石 U-Pb 精确定年对华北中元古界地层划分方案的制约.地质通报，28(10)：13961404Wang Q H,Yang H,Yang D B,Xu W L.2014.Mid-Mesoproterozoic(1.32Ga)diabase swarms from the western Liaoning region in the northernmargin of the North China Craton:Baddeleyite PbPb geochronology,geochemistry and implications for the final breakup of the Columbiasupercontinent.Precambrian Research,254:114128.Zhang S H,Zhao Y,Santosh M.2012.Mid-Mesoproterozoic bimodalmagmatic rocks in the northern North China Craton:implications formagmatism related to breakup of the Columbia supercontinent.Precambrian Research,222223：339367.CHEN Jingsheng,LI Bin,LIU Miao,ZHAO Chen,WANGYan:Chronology,geochemical characteristics of the basicsill and its geological significance in western Liaoning.Keywords:Western Liaoning;Middle Proterozoic;basic sill;diabase sill