ABSTRACT

The tectonic background of potassium basalt series of volcanic rocks has been a hot topic in geoscience. To further explore the formation period and tectonic evolution process of volcanic rocks in Dongxiang volcanic basin, this paper studies the lithologic, LA-MC-ICP-MS zircon U-Pb chronology and geochemistry of trachydacite in Dongxiang volcanic basin. The zircon U-Pb dating results showed that the crystallization age of the trachydacite was 135.5 ± 2.1 Ma and 137.3 ± 2.3 Ma, responding to the early Cretaceous volcanic-magmatic events in South China. The trachydacite is characterized by high potassium, calcium and alkaline aluminum, enrichment of large ionophilic elements, loss of high field strength elements, relative enrichment of light rare earth elements (LREE), relative loss of heavy rare earth elements (HREE), weak Eu negative anomaly and other characteristics. Accordingly, we attribute the formation of the Dongxiang volcanic basin to the deep subduction of the ancient Pacific plate to the Eurasian plate. The crust shortens and thickens, and the mantle magma rises, which causes partial melting by heating the crust. The basaltic magma produced in the lower part was assimilated and mixed to form dacite magma.

Keywords:Dongxiang Volcanic Basin, Trachydacite, Zircon U-Pb Chronology, Geochemical Characteristics, Tectonic Evolution

北武夷东乡火山盆地粗面英安岩的地球化学特征及构造背景

田梦宇¹，狄永军¹，杨秋^1,2，杨明建¹，王世伟¹，王帅¹

¹中国地质大学地球科学与资源学院，北京

²山东正元地球物理信息技术有限公司，山东 济南

收稿日期：2020年4月8日；录用日期：2020年4月22日；发布日期：2020年4月30日

摘 要

钾玄质系列火山岩的构造背景一直是地学界讨论的热点。为进一步探明东乡火山盆地火山岩的形成时代及构造演化过程，本文对东乡火山盆地的粗面英安岩进行了岩石学、LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年代学及地球化学研究。锆石U-Pb测年结果显示粗面英安岩的结晶年龄在135.5 ± 2.1 Ma和137.3 ± 2.3 Ma，属于早白垩世，对应于华南早白垩世的火山岩浆活动。粗面英安岩具有高钾钙碱性过铝质的特征，富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，相对富集轻稀土元素(LREE)，相对较亏损重稀土元素(HREE)，较弱的Eu负异常等特征。据此，本文提出北武夷东乡火山盆地的形成与古太平洋板块向欧亚板块的深俯冲作用有关。地壳缩短加厚，地幔岩浆上升，使地壳受热而引起部分熔融，下部产生的玄武质岩浆经同化混染作用形成英安质岩浆。

关键词 :东乡火山盆地，粗面英安岩，锆石U-Pb年代学，地球化学特征，构造演化

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1. 引言

自20世纪80年代以来，华南地区中生代火山岩一直是我国地质学领域的研究热点之一，主要得出3种成因观点：1) 扭断层系活动导致地壳重熔形成大量的中生代长英质岩浆 [1] [2]，2) 活动大陆边缘观点，认为古太平洋板块俯冲作用导致广泛的俯冲带地幔楔和地壳广泛熔融 [3] - [8]。3) 认为中生代火山岩带是岩石圈伸展背景下软流圈–岩石圈相互作用的产物 [9] [10] [11] [12]。华南大陆构造演化经历了扬子–华夏板块递进式汇聚拼合、大规模伸展、构造–岩浆–成矿、江南持续隆升，华南强烈热隆等几个重要阶段。华南大陆燕山晚期区域性伸展构造广泛发育，存在“华南热隆”构造，震旦系地层内发育典型的滑覆构造，同期大规模岩浆活动、火山活动和大规模的热液成矿。燕山期岩浆活动在华南地区分布最为广泛(图1)，岩石类型丰富多样，从中性–中酸性–酸性岩均有分布演化时间长，为180~90 Ma [13]。在这时期产生矿床中，大多与中生代岩浆岩密切共生 [14] - [19]。北武夷地区位于华南板块东部怀玉山构造带上，在古生代断陷盆地的基础上形成了一系列中生代火山盆地，自西向东依次为东乡火山盆地、天华山火山盆地、黄岗山火山盆地、梨子坑火山盆地及仙霞岭火山盆地(图2) [20] [21]。前人对区内火山岩做了一系列的研究，获得其成岩年龄从148.9 ± 0.1 Ma到120 ± 4 Ma，主要形成于晚侏罗世和早白垩世，总结起来有以下一些数据：蔡家桥打鼓顶组流纹质熔结凝灰岩K-Ar年龄为141 ± 1.9 Ma [22]；上饶县鹅湖岭组流纹英安岩Ar⁴⁰/Ar³⁹年龄148.9 ± 0.1 Ma [23]；断裂带内长英质脉体钾长石Ar⁴⁰/Ar³⁹年龄主要成矿年龄集中于120 ± 4 Ma之间 [24]；研究区附近岩体以冷水坑、生米坑–篁碧、灵山–三清山、鹅湖–卧龙岗岩体为代表，岩性以碱性花岗岩为主，锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为144~121 Ma [25] [26] [27] [28]。由于前人对该地区使用的传统定年方法(如Rb-Sr法、K-Ar法)容易受到后期热液等地质作用的影响，导致测年结果误差较大，所获得的年龄往往不能代表准确的形成年龄。因此，东乡火山盆地火山岩的形成时代仍需要进一步确定。

华南地区自古生代以来一直属于陆内构造演化环境。其岩石圈发生了明显的伸展作用主要形成于早侏罗世、晚侏罗世和早白垩世3个时期，尽管每个时期华南不同地区岩石圈伸展的程度可能不同 [29]。本文在前人对该区域研究的岩石学、年代学、地球化学及构造演化的成果基础上 [20] - [28] [31] [32] [33] [34]，通过对东乡火山盆地晚中生代区域构造演化中的粗面英安岩使用更精确的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年方法，测得较为准确的成岩结晶年龄，为东乡盆地火山活动的时限提供了重要约束，并进一步探讨了东乡火山盆地中粗面英安岩的物质来源、岩浆演化过程及构造环境。

图1. 华南板块中生代岩浆岩分布简图(底图据Guo，2010) [30]

2. 地质背景与岩石特征

北武夷地区的火山活动主要发生在侏罗纪晚期和白垩纪早期 [31]，东乡火山盆地位于东西向广丰才萍乡深大断裂带与北东向赣东北深断裂交汇处，两者控制了区内的构造基本格局，制约着构造层分布及岩浆作用。受其影响，断裂构造十分发育，大者多在火山喷发前就已经产生，火山期后再次活动，具有继承性和多期次的特点 [32]。东乡火山岩盆地系以中元古界双桥山群浅变质岩为基底，在中生代断陷基础上产生的上叠式火山岩盆地，形成次火山岩(石英闪长玢岩、英安玢岩、粗安山玢岩)和火山岩(凝灰岩、流纹岩–英安岩–粗面英安岩)的同源岩浆演化组合 [33]。东乡火山岩盆地经历了加里东期、印支期、燕山期及喜马拉雅山期地壳运动，断裂非常发育，在近东西和近南北向断陷带的共同作用下形成了似“心脏”的火山构造盆地(如图2)，这两个方向的断裂及其蚀变破碎带也成为了该区主要的控岩、控矿构造 [33]。

图2. 北武夷地区中生代火山–次火山岩分布图 [22]

本文样品采自当东乡区南部约20 km，区域火山岩及相关层序为北东向延长的不规则椭圆形分布，长宽分别约为35 km和15 km。区内除奥陶系、志留系及泥盆系外，从中新元古界–新生界各地质历史时期的地层皆有分布。据地层的岩石组合、岩相、时代、建造类型、变质程度、构造属性等特征等差异，可划分为中元古界的浅变质岩，石炭系、侏罗系、白垩系以及第四系分散沉积物。本文沿着火山岩盆地间隔约1 km等距离采集样品，采集的样品中选择9件完成初步测试分析，岩石类型都是为红色粗面英安岩。手标本为红褐色，斑状结构，致密块状。镜下为斑状结构，斑晶主要为钠长石为主，钠长石，呈片状、宽板状，有聚片双晶，粒径大小不一，约1 mm × 2.5 mm，含量为约15% (如图3(a)、图3(b))，并可观察到表面高岭土化和少量有绢云母化(有铁质) (如图3(a)~(d))；其中，斑晶也含有少量钾长石，钾长石，呈板状，有卡氏双晶，多发生高岭土化，粒径大小约1 mm × 2 mm，含量为约5% (如图3(c)、图3(f))，基质为隐晶质(如图3(e))；所有样品镜下均可观察到有明显的多条石英细脉(如图3(a)、图3(c))；还有一些存在交错的石英细脉(如图3(f))，这样使得岩石中SiO₂含量普遍相对增高。根据岩石薄片鉴定结果，岩石具斑状结构，斑晶以钠长石为主，含少量钾长石，表面较脏，表明该地区经历了较强风化能力，岩石主要发生了高岭土化和少量绢云母化(有铁质矿化)等次生变化现象。

图3. 东乡火山盆地粗面英安岩样品照片和显微照片：(a) 石英呈脉状(Q)，钠长石呈宽板状(Ab)，表面高岭土化；(b)钠长石呈长条状(Ab)，聚片双晶，表面高岭土化，少量绢云母化，有铁质；(c) 钠长石呈宽板状(Ab)聚片双晶，钾长石呈宽板状(Kfs)，卡式双晶，表面高岭土化；(d) 石英细脉(Q)，钾长石呈宽板状(Kfs)，卡式双晶，表面高岭土化；(e) 隐晶质结构；(f) 交错的石英细脉(Q)

3. 分析方法

3.1. 主量和微量元素分析方法

在东乡火山盆地采集了9件相对新鲜的粗面英安岩样品进行主量、微量和稀土元素测试，样品编号分别是(DXO68-Q1、DXO69-Q1、DXO79-Q1、DXO79-Q2、DXO85-Q1、DXO85-Q2、DXO85-Q3、DXO85-Q4和DXO85-Q5) (见表1)。主微量分析均是在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成，主量元素在RigakuRIX型荧光光谱仪(XRF)上进行，微量、稀土元素的分析采用PEElan6000型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)完成。PEElan 6000型ICP-MS质谱仪具有自动聚焦及同时接收脉冲信号和模拟信号的技术，用10 × 10⁻⁹多元索标定溶液(含有低、中、高质量元素)调整透镜，使其对每一质量数均达到最佳动态状态，用500 × 10⁻⁹标定溶液通过自动拟合使脉冲检测和模拟检测处于最佳线性状态。在分析流程中，根据待测样品和标准溶液中内标元素计数的差异计算出校正系数、以此对待测样品的各元素浓度进行校正。由于存在基体效应的影响，岩石样品中各元素的实际测定限一般略高于理论测定限 [35]。

其中主量元素分析方法为X射线荧光分析法(XRF)，分析精度优于0.1%~1%，其中FeO含量用湿化学法测定，分析精度优于0.5%~1%。烧失量(LOI)为样品在1000℃恒温下烘烤1个小时后的样品重量损失量。微量元素的分析方法为ICP-MS，实验过程中温度20℃，相对湿度30% [36]。采用X射线荧光光谱法(XRF)测试全岩主量元素，用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)法测试全岩微量和稀土元素，分析误差均优于5%。

表1. 粗面英安岩主量元素的质量百分含量(%)和微量元素(×10⁻⁶)分析结果表

数据测定：测试单位为核工业北京地质研究院，主量元素含量单位为%，微量、稀土元素为10⁻⁶。

3.2. LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年

选取2件新鲜的粗面英安岩样品进行锆石测年。锆石的分选是在河北廊坊市地科勘探技术服务有限公司进行，反复粉碎，在经过手工淘洗、磁选、重液分选，在双目镜下进行挑选。锆石的U-Pb同位素测试是在天津地质矿产研究所利用激光剥蚀多接收器电感耦合等离子质谱仪(LA-MC-ICP-MS)完成。该激光器为美国ESI公司生产的UP193-FXArF准分子激光器，激光的波长为193 nm，脉冲宽度为5 ns，束斑直径可调节，脉冲频率范围在1~200 Hz，可调节。多接收器电感耦合等离子体质谱仪为Thermo Fisher公司制造的Neptune其离子光学通路采用能量聚焦和质量聚焦的双聚焦设计，并采用动态变焦(ZOOM)使质量色散达到17%；仪器配有9个法拉第杯接收器和4个离子计数器接收器，除了中心杯和离子计数器外，其余8个法拉第杯配置在中心杯的两侧，并以马达驱动进行精确的位置调节，4个离子计数器捆绑在14法拉第杯上 [37]。

根据锆石的阴极发光、反射光和透射光照片选择合适的锆石进行打点，利用193 nm激光器对锆石进行剥蚀，通常采用的激光剥蚀的斑束直径为35 μm，激光能量密度为13~14 J/cm²，频率为8~10 Hz，激光剥蚀物质以He为载气送入Neptune，利用动态变焦扩大色散，同时接收质量数相差很大的U-Pb同位素从而进行锆石U-Pb同位素原位测定。采用TEMORA作为外部锆石年龄标准。采用标准锆石GJ-1作为年龄外标进行仪器U、Pb同位素分馏校正，以NISTSRM610玻璃标样作为元素外标计算锆石样品中的U、Th、Pb含量，采用ICPMSDataCal8.3程序 [38] 和Kenneth R. Ludwig的Isoplot (Version3.76)程序进行数据处理、谐和图的绘制以及岩石结晶年龄的计算。

4. 分析结果

4.1. 地球化学特征

4.1.1. 主量元素

根据岩浆岩主量元素分析结果(见表1)，东乡粗面英安岩的SiO₂含量较高为68.53%~70.34%。岩石贫镁钛(TiO₂的含量为0.25%~0.31%、MgO的含量为2.07%~3.73%)，高铁铝钾(Al₂O₃的含量为13.85%~15.58%、Fe₂O₃的含量为1.1%~1.49%、FeO的含量为2.07%~2.73%、K₂O含量为6.6%~7.99%)。该岩石样品投全碱SiO₂-K₂O图解显示(如图4(a))，样品数据落在钾玄岩系列区域，全碱Na₂O + K₂O含量为9.26%~10.49%，属于钙碱性。在Al₂O₃/(Na₂O + K₂O) − Al₂O₃/(CaO + Na₂O + K₂O)图解中A/NK > 1和A/CNK > 1，属于过铝质(如图4(b))，结合岩石主量元素分析，表明该地区粗面英安岩属于钙碱性系列，具有高硅、富钾和过铝质的特征。

4.1.2. 微量元素

东乡火山盆地粗面英安岩微量元素分析结果见表1。其标准化蜘网图(如图5(a))显示，粗面英安岩富集大离子亲石元素Rb (196 × 10⁻⁶~264 × 10⁻⁶、Ba (1302 × 10⁻⁶~2247 × 10⁻⁶)、K (K₂O6.6%~7.99%)、Pb (15.9 × 10⁻⁶~37.7 × 10⁻⁶)，明显亏损Sr (53.3 × 10⁻⁶~186 × 10⁻⁶)，亏损高场强元素Nb (18.1 × 10⁻⁶~19.10 × 10⁻⁶)、Ta (1.12 × 10⁻⁶~1.4 × 10⁻⁶)、Ti (TiO₂ 0.25%~0.31%)、P (P₂O₅ 0.04%~0.83%) (见表1)。表明粗面英安岩可能为地壳部分熔融形成，大离子亲石元素优先进入岩体，而高场强元素因其不活泼性，被保留在残余固相中。Jahn提出Nb的负异常的标志一般是典型地壳熔融后形成岩石 [42]，Sr主要在富钙斜长石、磷灰石等矿物中赋存，Sr的明显亏损，表明斜长石的分离结晶作用明显，这也符合稀土元素揭示的负Eu异常的结果 [34]。东乡粗面英安岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式呈右倾型(如图5(b))，粗面英安岩稀土元素总量403.31 × 10⁻⁶~580.02 × 10⁻⁶，平均441.53 × 10⁻⁶，样品的LREE/HREE值为9.00~14.66，平均12.93，(La/Yb)_N值11.42~23.99，平均20.38，表明样品相对较富集轻稀土元素(LREE)，相对较亏损重稀土元素(HREE)，轻稀土元素分馏较明显，重稀土元素分馏不明显。δEu值为0.62~0.75，平均0.70，所有样品都具有负Eu异常，表明可能都发生了斜长石的分离结晶作用。

图4. 粗面英安岩岩石判别图解 [39] [40] [41]

4.2. 锆石测年结果

本文对东乡火山岩体中的粗面英安岩(DX079-Q1)和(DX085-Q4) 2件样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析数据(见表2)结果。这2个样品中的大多数锆石显示较好的生长纹带，部分呈不完整的不规则棱角状或浑圆状，有利于LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析。锆石的阴极发光图像显示(如图6)，锆石

表2. 粗面英安岩的锆石LA-ICPMS U-Pb定年结果

无色透明，多呈短柱状，碎片状，大小差异较明显，长约30~150 um，宽约30~50 um不等，多数锆石具有较为清晰的韵律环带结构，具有岩浆锆石的特征。

上述2个样品共获得了53颗LA-ICP-MS锆石U-Pb年代数据结果(见表2)和锆石U-Pb年龄谐和图，粗面英安岩样品DX079-Q1中，25颗锆石的Th/U比值为0.3~1.2，全部测点的²⁰⁶Pb/²³⁸U下交点结晶年龄为135.5 ± 2.1 Ma (MSWD = 3.6) (如图7(a))。粗面英安岩样品DX085-Q4中，28颗锆石的Th/U比值为0.24~1.3，全部测点的²⁰⁶Pb/²³⁸U下交点结晶年龄为137.3 ± 2.3 Ma (MSWD = 7.8) (如图7(b))。该2件样品的结晶年龄代表了东乡火山盆地粗面英安岩的形成时代属于白垩世早期。

5. 讨论

5.1. 成岩时代

研究区域在构造上在近东西向萍乡–广丰深断裂和北东向赣东北深大断裂的交汇部位，燕山期发生

图5. 粗面英安岩稀土元素配分图和微量元素蛛网图 [43]。(a) 微量元素原始地幔蛛网图；(b) 稀土元素化配分图

图6. 粗面英安岩样品(DX079-Q1)和(DX085-Q4)的锆石点位图

了大规模的岩浆活动，燕山期岩浆活动为该区域成矿带来了大量的成矿物质，成矿作用与早白垩世岩浆活动密切相关。例如，天华山火山盆地火山–侵入岩密切相关的冷水坑超大型Ag-Pb-Zn矿床，其中三个侵入岩体(石英正长斑岩、碱长花岗斑岩、流纹斑岩)的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为(144 ± 1) Ma，(140 ± 1) Ma和(140 ± 1) Ma，均于早白垩世 [31] 成于132 Ma ± 0.4 Ma [44]。样品LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明，锆石年龄集中分布于130~180 Ma区间(见表2)，在协和图上，粗面英安岩样品DX079-Q1中，25颗锆石的Th/U比值为0.3~1.2，全部测点的²⁰⁶Pb/²³⁸U下交点结晶年龄为135.5 ± 2.1 Ma (MSWD = 3.6)。粗面英安岩样品DX085-Q4中，28颗锆石的Th/U比值为0.24~1.3，全部测点的²⁰⁶Pb/²³⁸U下交点结晶年龄为137.3 ± 2.3 Ma (MSWD = 7.8)。锆石的阴极发光图像显示(图4)，锆石无色透明，多呈短柱状，碎片状，大小差异较明显，长约30~150 um，宽约30~50 um不等，多数锆石具有较为清晰的韵律环带结构，具有典型的岩浆锆石的特征，且有可能被后期流体改造。结合测试点都分布在协和图上的特点，说明样品LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄代表了粗面英安岩的结晶年龄，证明了成岩时代与燕山期东乡火山盆的岩浆活动时间基本一致。另外，Hui-Min Su等 [45] 研究的江西梨子坑火山岩盆地辉长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为129 ± 2 Ma (成岩年龄)和花岗斑岩形成于132 ± 1 Ma (成岩年龄)；Long Chen等 [46] 提出华南庐纵地区安山岩–玄武岩火山喷发在127 ± 2~137 ± 1 Ma间；江南东段九岭尖矿集区与莲花山矿田钨锡矿床成矿花岗岩与成矿年龄主要在146~136 Ma间 [47]。表明与华南地区早白垩世的火山活动相契合。

图7. 粗面英安岩DXO79-Q1和DXO85-Q4的锆石U-Pb年龄Tera-wasserburg谐和图

5.2. 岩石成因

东乡火山岩盆地粗面英安岩属于钾玄岩系列，相对富铁铝，贫镁钛，且有多条细石英脉，使得SiO₂含量偏高。在镜下观察斑晶表面较脏，而且该地区风化蚀变作用较强烈，岩石主要发生了高岭土化和少量绢云母化(有铁质矿化)。粗面英安岩在化学成分上富碱(Na₂O + K₂O)含量9.26%~10.49%，富钾(Na₂O/K₂O)的含量为0.28%~0.44%，贫钛TiO₂的含量0.25%~0.31%，铝含量高但变化范围大(w(Al₂O₃) = 13.85%~15.58%)，w(Fe₂O₃/FeO)值高0.51%~0.55%，富轻稀土和大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、Pb)，贫高场强元素(Nb、Sr)。所以，这完全符合Morrison [48] 对钾玄质火山岩的地球化学的总结特征：化学成分上富碱(w (Na₂O + K₂O) > 5%)、富钾(w(Na₂O/K₂O) < 0.6)、贫钛(w(Ti₂O) < 1.3%)、铝含量高但变化范围大(w(Al₂O₃) = 14%~19%)，w(Fe₂O₃)/FeO)值高(>0.5)，富轻稀土和大离子亲石元素(如Rb、Ba、Th、Pb等)，贫高场强元素(如Nb、Zr等)。大离子亲石元素优先进入粗面英安岩中，而不活泼的高场强元素被保留在残余固相中。粗面英安岩显示Ta、Nb和Ti具有“TNT”负异常，表明在岩浆分异过程中，继承了原始岩浆中微量元素的特征，并伴有铁钛氧化物的分离结晶作用 [49]。粗面英安岩中K和Pb具有正异常的特征，反映了钾族元素的富集且不随岩浆分异程度而变化；也存在相容元素十分贫化的现象，这一特点又反应了它可能较强烈的分离结晶参与的特点，因为纯粹的同化混染作用也不可能造成相容元素的强烈贫化 [50]。

从岩石地球化学特征可以看出：在K-Na-Ca图解(如图8(a))上可以看出，花岗样品的投点主要落在具有钙碱性趋势的岛弧岩石范围内，样品没有显示出与奥长花岗岩趋势和Adakite岩范围。表明该岩石在岛弧环境特征下的粗面英安岩。Taylor [51] 认为，地球演化过程中K和Rb不断向上迁移进入硅铝层，而上地幔越来越亏损K和Rb，Rb富集于成熟度高的地壳中，而Sr和Ca在成熟度低、演化不充分的地壳中富集，因此，Rb/Sr值能较好地记录源区物质的性质，可利用Rb/Sr和Rb/Ba的关系来确定源区成分。在Rb/Ba-Rb/Sr图解(如图8(b))中，岩体样品点基本全部分布在贫粘土源岩区的砂质岩区，表明其源区成分为砂质岩类，也就是说明源区岩石可能是以砂岩的部分熔融为主，也暗示岩浆的演化程度较高。另外，稀土元素球粒陨石标准化分布曲线分配模式呈右倾型，相对富集轻稀土元素(LREE)，相对较亏损重稀土元素(HREE)，轻稀土元素分馏较明显，重稀土元素分馏不明显。一般认为，岩浆的熔融程度越高，其熔浆中的稀土元素含量越低，轻重稀土分馏的程度也就越弱，岩浆中稀土元素的含量也就越高，轻重稀土的分馏就越强，La更容易进入液相中，导致La/Yb的比值就越大。因此，负Eu异常是因为地壳源区在部分熔融过程中，很有可能是斜长石难熔而呈残留固相造成的。

图8. (a) K-Na-Ca图解 [52]；(b) Rb/Ba-Rb/Sr图解 [53]

钾玄岩系列(组分)主要分布在岛弧和活动大陆边缘、远离俯冲带，它在造山带火山岩中具有重要地位，造山带火山岩的成分以TiO₂含量低为基本特征 [50]。发育高钾钙碱性系列火成岩的造山带具正常→加厚的陆壳，而以钾玄系列为主的造山带一定具有山根 [54]。Müller and Groves [55] 将其形成的大陆动力学背景进行了归纳总结：大陆弧(Continental Arc)、碰撞后弧(Post-collisional Arc)、初始洋弧(Initial Oceanic Arc)、晚期洋弧(Late Oceanic Arc)和板内(Within-plate)五种环境。产出于弧构造背景下的钾质火成岩与俯冲板块析出流体交代地幔岩密切相关 [56]。富钾火山岩主要发育于岛弧环境，是形成时间较晚并远离海沟的岛弧火山岩系列之一，也见于活动大陆边缘和地缝合线两侧少数出现于裂谷带 [57] [58]。对富钾火山岩的成因认识最主要是与俯冲作用有关的构造背景，更大程度上还受到了俯冲陆壳及其析出流体的混染和交代作用 [59]。斐济Tavua钾玄质火山岩富Rb、Ba、K和Pb等元素的特征被认为是俯冲大洋岩石圈析出流体产生的源区富集事件所致 [60]。Allcl等 [61] 对土耳其西南部Goilcuk地区钾质火山岩和Chung等 [62] 对台湾新生代的高钾质火山岩的研究表明，钾质火山岩具特殊地球化学特征的主要原因是俯冲沉积物和俯冲板块析出流体在地幔源区的混染与交代作用。Massonne [63] 通过K₂O-MgO-Al₂O₃-SiO₂-H₂O(KMASH)体系的实验研究表明作为俯冲洋壳中少量的富钾变沉积物在t = 300℃~600℃，P = 15~30 kbar的条件下能产生超钾质流体。因此，高钾钙碱性岩浆单独通过地壳深熔作用形成的可能性不大，如果没有地幔物质的参与也难以为下地壳深熔作用产生高钾钙碱性岩浆提供足够的热能 [64] [65]。

5.3. 构造环境

燕山期中国东部地区大地构造总体上分为两种认识：① 与太平洋俯冲有关 [66] - [71]；② 与太平洋俯冲无关的陆内造山与伸展裂谷 [72] [73] [74] [75]。华南地区Pt₁以来，发生过两次重要的洋陆分布格局的重组，三叠纪之前为沟–弧–盆发育的构造模式，侏罗纪–白垩纪是东部大陆边缘弧与西部陆内俯冲的洋陆会聚发育的构造模式，新生代则是西太平洋沟–弧–盆发育的构造模式 [76]。华南中生代挤压向拉张构造转换的重要时间是150~140 Ma；燕山晚期(140~120 Ma)岩浆大爆发是华南地区最重要的构造热事件，也是伸展构造活动的重要标志 [13]。燕山晚期，华南地区构造背景逐渐由挤压转换为伸展，大量的软流圈物质上涌，板片脱水所引起地幔楔熔融形成底侵的玄武质岩浆，激发地壳大规模重熔 [77] [78]。狄永军等 [79] 提出中国东南部地区火成岩在燕山期受Izanagi板块向欧亚板块之下俯冲，导致地壳缩短加厚，发生拆沉作用，岩石圈减薄，玄武岩岩浆底侵，直接加热中下地壳，使之部分熔融形成酸性岩浆。在logτ-logσ图解显示(如图9(a))，该组数据落入造山带(岛弧及大陆边缘区)火山岩附近，表明粗面英安岩主要形成造山带环境。在Hf-Rb/30-Ta × 3图解显示(如图9(b))，该组数据全部弧系统构造环境范围内，表明粗面英安岩形成于火山弧构造环境中。在(Ta + Yb)-Rb、Yb-Ta构造环境判图解中图解更明确显示(如图9(c)、图9(d))，大部分数据主要落在火山弧环境和同碰撞的界限附近。显示粗面英安岩形成于弧系统的同碰撞大地构造环境，其可能形成于板块碰撞结合带环境的陆内造山阶段，与古太平洋板块向欧亚板块大陆俯冲作用有关。

在燕山期俯冲大洋板片发生了裂解、拆沉，软流圈强烈上涌，导致了大规模的板内岩浆活动。岩浆由地幔上升，地壳大量混染受热部分熔融 [80]。晚燕山时期发生强烈的板片俯冲，随着俯冲角度的加大或板片后撤 [81]，白垩纪时期扬子板块向华北板块的俯冲作用产生的富集地幔部分熔融与玄武质熔体发生混染作用 [82]。因此，地球化学特征显示该区花岗斑岩形成于弧系统的同碰撞大地构造环境，是可信的。这也符合Xiao等 [83] 提出的在燕山期(175~140 Ma)时，太平洋板块的俯冲成为主导构造体系，古太平洋板块的低角度俯冲促进了俯冲洋壳和地幔基底的部分熔化；随着俯冲板块倾角的增大，大陆弧构造背景转变为弧后延伸，导致下地壳的强烈部分熔化。在大地构造位置上，东乡火山盆地受赣东北深断裂带和广丰–萍乡深断裂控制，而这两条断裂带切入到下地壳，因此东乡岩体的形成过程中可能存在地壳物质的参与。综上所述，笔者认为燕山晚期东乡火山盆地为俯冲造山环境，古太平洋板块向欧亚板块俯冲作用，导致地壳加厚，地幔岩浆上升，下地壳受热而引起部分熔融，下部产生的玄武岩系列岩浆经同化混染作用形成英安岩系列的岩浆。

图9. 粗面英安岩构造判别图解 [84] [85] [86]。(a) logτ-logσ图解；(b) Hf-Rb/30-Ta×3图解；(c) Ta-Yb图解；(d) Ta + Yb-Rb图解

6. 结论

1) 东乡火山盆地的粗面英安岩属于高钾钙碱性喷出岩，粗面英安岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄显示从135.5 ± 2.1 Ma到137.3 ± 2.3 Ma之间，表明东乡火山盆地粗面英安岩的形成时代属于早白垩世。

2) 燕山晚期东乡火山盆地为俯冲造山环境，与古太平洋板块向欧亚板块的俯冲作用有关。区域地质特征及岩体地球化学特征表明，地幔岩浆上升，使地壳受热而引起部分熔融，下部产生的玄武质岩浆经同化混染作用可形成英安质岩浆。

致谢

感谢本文依托《北武夷成矿带东乡浩家岭–上饶梨子坑铜多金属矿成矿规律调查》(项目编号1212011220557)项目的支持；感谢两位匿名审稿人对文稿提出的非常具有建设性的评审意见；感谢中国地质大学(北京)程素华副教授、中国地质大学(北京)崔晓亮博士和中国地质大学(北京)贺晓龙博士提出的宝贵修改意见。

文章引用

田梦宇,狄永军,杨 秋,杨明建,王世伟,王 帅. 北武夷东乡火山盆地粗面英安岩的地球化学特征及构造背景
Geochemical Characteristics and Tectonic Background of Trachydacite in the Rough Surface of North Wuyi Dongxiang Volcanic Basin[J]. 地球科学前沿, 2020, 10(04): 312-328. https://doi.org/10.12677/AG.2020.104029

参考文献