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云平,华南地质与矿产,2003,海南岛晚中生代壳幔岩浆混合作用

来源：一二三四网

华南地质与矿产

　2003年　　　　　　　　　　　GeologyandMineralResourcesofSouthChina　　　　　　　　　　　　第2期　

　　文章编号:1007-

3701(2003)02-0030-06

海南岛晚中生代壳幔岩浆混合作用

——来自闪长质淬冷包体的证据

云　平,范　渊,莫位任,周进波

(海南省地质调查院,海南海口570206)

摘要:对海南岛屯昌花岗闪长岩中的闪长质淬冷包体进行了较详细的研究。岩石和岩石地球化学特征均显示包体是由来自地幔的高温镁铁质岩浆注入地壳长英质岩浆混合而成,是深部壳幔岩浆混合作用的岩石学记录。它表明海南岛自中晚侏罗世以来发生的岩石圈伸展-减薄-双峰式构造岩浆作用于白垩纪达到了鼎盛阶段。关　键　词:闪长质淬冷包体;岩浆混合作用;海南岛中图分类号:P588.11;P596

文献标识码:A

　　海南岛晚中生代构造岩浆活动十分强烈,具代表性的有屯昌岩体、千家岩体和保城岩体等,这些岩体主要分布在海南岛中部或中南部,大地构造位置属华南褶皱系五指山隆起区,北与雷琼断陷为

①

邻,南为南海地台三亚台缘坳陷带(图1)。地质特征及同位素年龄(锆石U-Pb年龄88～108Ma)

②③

均显示它们形成于晚中生代。这些岩体一个显著的特征是均以环带状杂岩体出现,岩石类型较多,从早期的石英闪长岩→花岗闪长岩→二长花岗岩到晚期的钾长花岗岩,每一个岩体内部都具有非常明显的成分演化趋势,而花岗闪长岩则是这些岩体中分布最广的岩石类型。自20世纪60年代以来,前人曾从不同侧面对它们做过研究,但由于条件,这些研究多集中在为矿产服务方面,而对广泛发育的花岗闪长岩及其包体则缺少系统的综合研究工作,对区内深部地幔源区的地球化学性质和深部岩石圈信息了解不多,从而了对整个海

　　收稿日期:2003-01-28

　　基金项目:中国地调局区域地质调查项目(200113000041).　　作者简介:云平(1965—),男(汉族),从事区域地质调查工作1　　①黄香定等,海南省矿床成矿系列及成矿预测,20011

②海南省地质调查院,1∶5万黎母岭幅、枫木市幅、琼中县幅、白马岭幅区域地质调查报告,20001③宜昌地质矿产研究所,1∶25万乐东县幅、陵水县幅区域地质调查报告,20021

南岛白垩纪岩石圈伸展-减薄构造岩浆作用的认识。本文以出露在海南岛中部的屯昌岩体花岗闪长岩为例,对包体及其寄主岩石花岗闪长岩的岩石学和岩石地球化学进行分析研究,就包体的成因及其所反映的岩浆混合作用做初步探讨。

1　岩石学特征

111　寄主岩石的基本特征

屯昌花岗闪长岩分布于海南岛中部琼中县至

图1　海南岛晚中生代代表性岩体分布略图

Fig.1　SketchmapshowingdistributionofLateMeso2

zoicmajorintrusionsinHainanisland

第2期　　　　　　　　　　　　　云　平等:海南岛晚中生代壳幔岩浆混合作用31

屯昌县一带,平面上呈近NNE向展布,面积约250成分主要为斜长石、角闪石、黑云母和极少量石英。2

角闪石(20%～km。岩体围岩主要为早中生代花岗岩及少量古生基质矿物为斜长石(50%～60%)、

黑云母(5%～15%)、石英(3%～5%)和少代变沉积岩。主体岩石类型为中细—细中粒角闪黑30%)、

～2%)。其中斜长石可见发云花岗闪长岩,局部可过渡为角闪黑云二长花岗岩量钾长石,偶见辉石(0

或角闪黑云石英闪长岩。岩石呈深灰色,半自形粒育正环带和反环带两种结构,后者可能捕获自较酸

榍石和磷灰状结构,块状构造。矿物粒径以2～5mm为主,少性的寄主岩浆。副矿物主要为磁铁矿、

量018～2mm。矿物组成为斜长石(45%～55%)石等,其中磷灰石有短柱状和细针状两种结构,后(An=29∶10～1∶30之间,反映出包体岩浆～45)、钾长石(10%～20%)、石英(15%者长宽比多在1～24%)、黑云母(5%～10%)、角闪石(3%～8%)经历了较高氧逸度和较大温度梯度下快速冷却淬及偶见辉石(<115%)。其中角闪石多呈自形长柱火的结晶过程。

另外,宏观上有时尚可见到一些棱角状或不规状,黑云母常以自形的六边形与角闪石共生,表明

岩浆早期富水。斜长石灰白色,半自形板状或他形则状产出的变沉积岩包体,大小从10cm到015粒状,正、反环带均发育,部分具韵律环带。岩石中各种环带结构长石的存在以及寄主岩和包体中不平衡的矿物组合(寄主岩中偶见细粒辉石,闪长质包体中出现少量石英、钾长石等),反映岩浆结晶过程中经历了动荡的物理化学环境,这些现象通常为岩浆混合作用的标志。

112　闪长质包体的基本特征

分布于屯昌花岗闪长岩中的各种闪长质包体形态多样,主要有椭圆状、次圆状、纺锤状和长条状等,少量棱角状或不规则状。包体大小比较悬殊,一般3cm×8cm～5cm×10cm,最大者可达25cm×45cm,小的仅2cm×3cm或更小。大多数个体较小的包体与寄主岩石呈迷雾状渐变过渡关系,而大包体与寄主岩石的接触边界则多表现为凹凸不平。上述现象表明包体与寄主岩石两者混合时均处

[1]

于塑性流变的岩浆状态。此外,大包体有时尚可见到冷凝边,冷凝边中的镁铁质矿物含量经常比包体中心部位高,表现出较明显的因温度变化而引起成分变化的Soret扩散现象,说明包体是混入寄主岩浆中的更高温度的富镁铁质岩浆团。而包体展布的无定向性以及缺少透镜状和扁豆状包体,说明岩浆侵位过程中基本没有受到挤压应力的作用。

包体在寄主岩体中的分布不均匀,总体上在岩

体中心较多,边缘较少,平均2～3个󰃗m。多数情况下包体含量与寄主岩石的SiO2含量呈负相关,与镁铁质矿物含量呈正相关。包体岩性主要为石英闪长岩或闪长(玢)岩,呈深灰黑色,色率在34～50之间,外观上比寄主岩石暗,呈细粒状结构或斑状结构,块状构造,包体结构(矿物粒径018～115mm)比寄主岩石细,具典型的岩浆结晶结构。斑晶

km不等,这些变沉积岩包体显然是来自围岩的浅

源捕虏体。

2　岩石化学特征

　　将寄主岩石和闪长质包体的岩石化学分析结果(表1)投影到哈克图解上(图2),显示全岩各氧化物对SiO2的变异总体上呈线性关系,特别是全铁、镁、钙随SiO2的增加而降低,而钾、钠、磷这种变化不明显,呈现出典型的钙碱性岩系特征。所有样品的里特曼指数(Ρ=116～215)也表明它们均属

图2　哈克图解

Fig.2　Harkerdiagram

32华南地质与矿产　　　　　　　　　　　　　　　　　2003年　

表1　常量元素和微量元素分析结果

Table1　Analysisresultsofmajorandtraceelements

样品

12345678

SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOw

CaONa2OK2OP2O5CO2H2O

灼失

󰃗10-

50.1955.3953.5361.9561.2665.0562.0768.28Rb

1.740.861.010.780.790.　60.760.49Sr

18.6615.6815.0115.8716.1416.4416.6514.　8Ba

3.511.　32.170.971.150.981.281.36Nb

6.456.057.　14.　44.　42.　44.222.06Ta

0.140.150.230.　10.　10.050.090.06Hf

4.925.396.063.243.331.982.821.59Co

8.257.947.725.525.754.　75.123.53Ni

2.992.82.992.772.813.093.413.37Ce

1.272.691.983.062.2.812.063.45Pr

0.390.230.　40.210.220.250.210.16Nd

0.040.070.060.020.060.020.080.16Sm

1.230.　91.540.0.861.331.090.　9Gd

0.360.230.620.220.210.940　0.51Tb

样品

12345678

󰃗10-295029261113

451051391361249373160Dy

5914330435443790448530

3446593117036839765271047Ho

171153179194192157147159Er

1817151718111512Tmw

1.10.60.51.10.70.50.40.6

3.83.24　4.24.33.50　41　Yb

26262719191300Lu

25.152.329.661.525.967.830.660.631.060.830.550.529.657.4

6.67.88.97.67.26.56.26.4

26.426.334.825.625.825.023.521.7

5.35.86.85.14.84..53.7

1.41.41.51.21.21.51.10.9Mg#47.758.454.452.252.251.848.346.3

5.15.45.24.14.24.03.82.8

0.80.90.80.70.60.60.60.4

　7.725.954　

样品

12345678

2REE

󰃗10

-6

∆Eu

0.810.730.730.770.821.050.80.84

La󰃗Yb11.112.713.917.517.420.623.726.5

2.52.42.31.81.81.61.61.8

4.24.54.13.33.43.12.92.0

0.80.90.70.60.60.60.50.4

2.42.52.01.91.81.61.41.0

0.40.40.30.30.30.20.20.1

2.22.31.91.71.81.51.21.0

0.30.30.30.30.30.20.20.2

23.023.920.317.718.016.315.610.6

156.6176.4181.3161.3162　146.8148.7131.1

　　注:1～3为闪长质包体,4～8为寄主岩石(花岗闪长岩)。

典型的太平洋型钙碱性岩系。同时从图上我们还

可看出,寄主岩和包体并不是连续的结晶演化系列,它们之间有一个明显的间断(戴里空挡),说明寄主岩不是包体同源岩浆演化的产物,而可能有相对的岩浆来源。这个判断从稀土方面也能得到佐证:从闪长质包体到花岗闪长岩,随着SiO2含量增加,稀土总量(2REE)降低,稀土分馏程度(La󰃗

[2]

Yb)增大,负铕异常(∆Eu)减弱,说明较酸性的花

岗闪长岩并不是较基性的包体岩浆分离结晶形成的,因为分离结晶过程中,轻稀土等易浓集于酸性

[3]

岩浆中。

判别岩浆混合作用,除了哈克图解上各氧化物对SiO2呈明显的线性关系外,在其他多种元素共分母比值图上,如CaO󰃗Al2O3-MgO󰃗Al2O3图上

第2期　　　　　　　　　　　　　云　平等:海南岛晚中生代壳幔岩浆混合作用33

(图3)亦表现为明显的线性关系,而在非共分母比花岗闪长岩和闪长岩区,而淬冷包体的投影点则分

值图上,如CaO󰃗Al2O3-K2O󰃗MgO图上(图4)则可略看出闪长质包体和花岗闪长岩具有不同的演化趋势(前者向右上方演化,后者则向右下方演化),表现出双曲线的变异关系,这些现象均是岩浆

[1]

混合作用的标志。

在Middlemost(1994)提出的侵入岩全碱-[4]

SiO2分类图上(图5),寄主岩的投影点主要落在

散落在辉长闪长岩区。不同成分包体的出现可能是岩浆混合程度不同引起的,也可能是岩浆几次混合作用的结果。

将寄主岩和包体的岩石化学成分投影在判别岩浆作用方式的MgO-TFeO图解中(图6),可以看出它们明显偏离结晶分异趋势线而在混合作用趋势线上。

图3　CaO󰃗Al2O3-MgO󰃗Al2O3图解Fig.3　CaO󰃗Al2O32MgO󰃗Al2O3diagram

(图例说明同图2)

图4　CaO󰃗Al2O3-K2O󰃗MgO图解

Fig.4　CaO󰃗Al2O32K2O󰃗MgOdiagram

(图例说明同图2)

图5　SiO2-(Na2O+K2O)图解

Fig.5　SiO22(Na2O+K2O)diagram

(图例说明同图2)

图6　MgO-TFeO图解

Fig.6　MgO2TFeOdiagram

(图例说明同图2)

3　岩浆来源

为了更直观地对上述岩浆混合作用进行量化

估算并判别它们的岩浆来源,我们将寄主岩和包体

[5]

投影在R1-R2图解上(图7)。从图中可看出,区内闪长质包体投影点落在中国东南沿海新生代橄

榄玄武岩和海南岛新生代橄榄玄武岩附近,而后两包体47～58,橄榄玄武岩61～71),稍低于Frey等

者均为地幔部分熔融的产物。结合区内闪长质包

体仅有微弱的负铕异常、球粒陨石标准化模式为向右倾斜的曲线、原始地幔不相容元素标准化蛛网图上呈现明显的Ba,Sr,Ta和Ni波峰而亏损Rb和Y元素等,特别是这些闪长质包体具有非常高的、

接近于琼北新生代橄榄玄武岩的Mg值(闪长质

[6]

34华南地质与矿产　　　　　　　　　　　　　　　　　2003年　

遭受地壳长英质岩浆不同程度的混合改造,则这个比值可能会更大一些。

4　结论

　　海南岛屯昌花岗闪长岩及其闪长质淬冷包体,是由来自地幔的高温基性岩浆注入下地壳较酸性的长英质岩浆并经历了岩浆混合作用形成的。闪长质淬冷包体是地幔源区物质部分熔融的产物,可近似地代表混合岩浆中的基性端元,而花岗闪长岩则以下地壳火成源岩的衍生物为主。因而,寄主岩浆和包体岩浆在成分上是相对的岩浆。屯昌花岗闪长岩在岩石和地球化学特征上与中国东南浙闽粤沿海晚中生代高钾钙碱性岩系相似,而后者被认为是岩石圈消减作用、玄武岩底侵作用与地壳深熔

[8]

作用相结合的结果。结合这一时期海南岛双峰式火山岩的出现以及断陷盆地的产生,可以推论,海南岛晚中生代时期已相对稳定地处于与中国东南浙闽粤沿海现今的位置,共同遭受古太平洋板块俯冲消减作用的影响,区内广泛出露的花岗闪长岩及其淬冷包体正是这一时期广泛作用于中国东南边缘的岩石圈消减作用、玄武岩浆底侵作用与地壳深熔作用三者共同作用的结果,是深部壳幔岩浆混合作用的岩石学记录,它表明海南岛自中晚侏罗世以来发生的岩石圈伸展-减薄-双峰式构造岩

[9]

浆作用于白垩纪达到了鼎盛阶段,随后将逐渐衰

图7　R1-R2图解Fig.7　R12R2diagram

　1.中国东南沿海新生代橄榄玄武岩;2.海南岛新生代橄榄玄武

岩,3.闪长质包体,4.花岗闪长岩

(1978)提出的幔源原生玄武岩浆的Mg#值(68～75)和邓晋福(1983)提出的Mg值(65～75),表明

这些闪长质包体可能来自与琼北新生代橄榄玄武岩相类似的地幔源区。而且海南岛晚中生代双峰式火山岩的研究成果也充分说明这一时期岩浆活动确实有地幔物质的参与,双峰式火山岩就是地幔基

①

性岩浆与下地壳酸性岩浆相互作用的产物。根据马大铨等的研究,包括屯昌岩体在内的海南岛燕山晚期花岗岩为深源高温火山型岩浆在浅部结晶形成,它们都是火成源岩的衍生物,岩浆源区可能深

[6]

达20或25km以上,即已达下地壳。然而,这一源区深度仍然大大小于海南岛燕山晚期的地壳厚度。研究表明,海南岛燕山期地壳虽有所减薄,但仍退,直至新生代以强烈的裂谷基性岩浆活动为是一个具有山根的加厚陆壳,地壳厚度为57～61主的另一构造岩浆旋回的产生。[7]km。

综上所述,屯昌岩体中的闪长质包体岩浆无疑参考文献:

是地幔源区物质部分熔融的产物,可近似地代表混[1]马昌前,杨坤光,唐仲华,等1花岗岩类岩浆动力学[M]1

武汉:中国地质大学出版社,1994124—531合岩浆中的基性端元。而花岗闪长岩则是地幔基性

岩浆与下地壳酸性岩浆(长英质岩浆)混合作用的[2]邱家骧,林景仟1岩石化学[M]1北京:地质出版社,

1991165—671

产物。从闪长质包体和花岗闪长岩两者具有极为相

[3]马昌前,王人镜,邱家骧1花岗质岩浆起源和多次岩浆混

似的稀土元素和微量元素特征来看,来自地幔的基

合的标志:包体[J]1地质论评,1992138(2):109—1191

性岩浆在进入寄主岩浆之后发生了较高程度的化[4]范洪海,王德滋,刘昌实,等1江西相山潜火山岩中淬冷包学混合。因此,从R1-R2图上,根据花岗闪长岩投体的发现及其成因机制探讨[J]1地质学报,2001,75(1):影在混合线上的位置,可以判断屯昌花岗闪长岩壳—691幔组分的混合比约为3∶2,若考虑闪长质包体均已[5]曲晓明,王鹤年1郭家岭岩体壳幔岩浆混合作用与侵位机

制的动力学研究[J]1地质科学,1997,32(4):445—4531

　　①王中兴等,海南岛暨五指山地区中生代火山地质与成矿关

系,19961

[6]汪啸风,马大铨,蒋大海1海南岛地质(二)岩浆岩[M]1

北京:地质出版社,19911146—157,257—2581

第2期　　　　　　　　　　　　　云　平等:海南岛晚中生代壳幔岩浆混合作用

[7]邹和平1海南岛后地台造山—造盆模型:火成岩地球化学

20021273—21

制约[J]1大地构造与成矿学,1997,21(2):117—1231

[8]王德滋,周新民,等1中国东南部晚中生代花岗质火山-

[9]云平,莫位任,李孙雄,等1海南岛中部侏罗纪基性小岩体

岩石地球化学特征及其构造意义[J]1广东地质,2002,17

(4):9—161

侵入杂岩成因与地壳演化[M]1北京:科学出版社,

MixingofLateMesozoiccrust-mantle-derived

magmainHainanisland:Evidencefromquencheddioriticenclaves

YUNPing,FANYuan,MOWei2ren,ZHOUJin2bo

(GeologicalSurveyofHainanProvince,Haikou570206,China)

　　Abstract:PetrologicalandpetrochemicalstudyshowsthatthequencheddioriticenclaveswithingranodioritefromTunchang,Hainanislandareproductofmixingofcrust2derivedfelsicmagmawiththemantle2derivedhigh2temperaturefemicmagma,andarepetrologicalrecordofdeepcrust2mantlemagmamixing.Theyindicatethatlithosphericextensionandthinningaswellasbimodalmagmatismbeganat.Midle2LateJurassicandreachedpeakinCretaceous

　　Keywords:quencheddioriticenclave;crust2mantlemixing;Hainanisland

《华南地质与矿产》

2003年　第3期　要目预告

赣北前震旦纪构造变形特征及其动力学意义……………………………………………………西秦岭温泉花岗岩体的新认识…………………………………………………………………长江源雀莫错基性-超基性岩带的基本特征及构造意义………………………………………湖北秭归泄滩沙镇溪组底部轮藻化石的发现……………………………………………………青藏高原北部银石山地区古近纪盆-岭构造及形成机制………………………………………海南琼海烟塘梅岭铜钼矿床地质特征……………………………………………………………初论湘南地区中酸性花岗岩类与有色金属矿产的关系…………………………………………章泽军等李永军等白云山等陈辉明等柏道远等龙文国等刘阳生等

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