沂沭斷裂帶中西段鉀質(zhì)火山巖地球化學特征及其成因

沂沭斷裂帶中西段鉀質(zhì)火山巖地球化學特征及其成因

堿性火山巖是一套具有地殼雙重地球化學特征的特殊巖漿巖組合。它們通常來自較深的地方，并包含地球下地幔性質(zhì)和地殼幔相互作用過程的豐富信息。因此，它是探索地球深部物質(zhì)組成、發(fā)展和動力學機制的重要研究對象（foleyandpercilo，1992；coto等人，2010；gao等人，2010；薛懷民等，2010；chen等人，2012；kuritni等人，2013）。山東沂沭斷裂帶及其兩側(cè)地區(qū)廣泛發(fā)育晚中生代火山巖,這套火山巖普遍具有偏堿富鉀的特征,總體可歸為鉀玄巖系(或橄欖安粗巖系,Wangetal.,1996)。已有的研究表明,這些巖石主要起源于富集地幔的部分熔融,是華北克拉通于晚中生代期間發(fā)生巨量巖石圈減薄的直接響應(Fanetal.,2001;Qiuetal.,2002;Zhangetal.,2002;張宏福等,2005;Yingetal.,2006;Lingetal.,2009;吳齊等,2013),但目前對這類巖石的成因認識尚存在分歧,特別是對源區(qū)地幔的富集機制存在不同觀點。為此,本次以山東沂沭斷裂帶中南段莒南—大店一帶的鉀質(zhì)火山巖為對象,進行了元素與Sr-Nd-Hf同位素組成的系統(tǒng)研究,旨在進一步探討區(qū)內(nèi)鉀質(zhì)火山巖的源區(qū)富集機制與成巖過程,進而全面揭示巖石的成因。1白堊系綠色創(chuàng)造的火山主體沂沭斷裂帶縱貫山東中部,由一系列NNE向斷裂組成,其中主干斷裂主要有4條,自西向東依次為!郚-葛溝斷裂、沂水-湯頭斷裂、安丘-莒縣斷裂和昌邑-大店斷裂。斷裂帶內(nèi)廣泛分布晚中生代火山巖,它們多產(chǎn)于斷陷型火山盆地中,空間上主要沿斷裂帶呈線型展布(圖1a),指示斷裂帶對火山巖的產(chǎn)出具有明顯的控制作用。這些火山巖主體可歸為白堊系青山群(圖1a),自下而上可進一步區(qū)分為4個旋回,分別對應4個地層組,即后夼組、八畝地組、石前莊組和方戈莊組(劉明渭等,2003),其中以八畝地組分布最為廣泛,巖性主要為偏堿性的粗安質(zhì)/安粗質(zhì)或粗面質(zhì)火山巖,而其余3組地層多發(fā)育于魯東的膠萊盆地。莒南—大店一帶的鉀質(zhì)火山巖在層序上歸屬于早白堊青山群八畝地組,其中莒南鉀質(zhì)火山巖位于沂沭斷裂帶東側(cè)主干斷裂———昌邑-大店斷裂的東側(cè),火山盆地緊鄰斷裂帶,總體呈NW向展布,盆地內(nèi)火山巖巖性主要為安粗質(zhì)—粗面質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r或凝灰熔巖,潛火山巖廣泛發(fā)育,巖性主要為安粗斑巖,它們呈巖株狀侵入火山巖中,構(gòu)成火山-潛火山巖雜巖體。大店一帶的鉀質(zhì)火山巖沿主干斷裂呈NNE向線性展布,主要為安粗質(zhì)—粗面質(zhì)火山熔巖與火山碎屑巖。這些鉀質(zhì)火山巖的西側(cè)主要為大盛群或王氏群陸源碎屑沉積巖所超覆,東側(cè)廣泛發(fā)育晚中生代二長質(zhì)或正長質(zhì)中偏堿性侵入巖(圖1b)。2樣品選取及樣品采集按李兆鼐等(1989)基于我國實際資料出發(fā)提出的火山巖SiO2-(K2O+Na2O)分類方案(圖2),莒南一帶的鉀質(zhì)火山巖主要為安粗巖和少量粗面巖,其潛火山巖相巖石富含呈弱定向排列的鉀長石斑晶(圖3a),具典型的斑狀結(jié)構(gòu),因而定名為安粗斑巖;大店一帶的火山巖主要為粗面巖?？紤]到噴出相的火山碎屑巖巖性較混雜,本次研究主要選擇巖性較均一的潛火山巖相或熔巖相樣品。莒南安粗質(zhì)火山巖呈紫紅—褐灰色,斑狀結(jié)構(gòu),斑晶以板條狀斜長石居多(圖3b,c),此外尚有堿性長石、角閃石和黑云母,斑晶角閃石多呈粒狀并保留六邊形邊緣輪廓(圖3b),黑云母呈片狀,斑晶角閃石和黑云母多不同程度暗化?；|(zhì)呈微晶結(jié)構(gòu),主要由斜長石、堿性長石和鐵質(zhì)不透明礦物組成,斜長石微晶間常充填堿性長石填隙物(圖3c)。潛火山巖相的安粗斑巖與噴出相的安粗巖在礦物組成上基本相似,但在斑晶含量、大小和含水鐵鎂礦物的暗化程度等方面略有差異。從宏觀上看,由于潛火山巖相含有許多(15%~20%)呈弱定向排列的鉀長石斑晶(圖3a),因此與熔巖很容易區(qū)分,二者應為同期異相的產(chǎn)物。大店粗面巖呈灰紅—褐紅色,斑狀結(jié)構(gòu),斑晶主要為堿性長石和黑云母,黑云母多暗化,基質(zhì)為粗面結(jié)構(gòu),主要由柱狀堿性長石微晶呈弱定向排列構(gòu)成(圖3d)。3分析3.1分析方法及流程在嚴格避免污染的條件下,對全巖樣品進行破碎、淘洗和磁選以及重液分離,分離出鋯石精樣。然后在雙目鏡下觀察所分離鋯石的特征(如顏色、透明度、晶型等),挑選出表面平整光潔,具不同長寬比例、不同錐面特征和顏色的鋯石顆粒。將挑選的鋯石顆粒用環(huán)氧樹脂膠結(jié),待固結(jié)后細磨至鋯石顆粒中心露出,并拋光制成樣品靶。對拋光后的鋯石樣品,先在西北大學大陸動力學國家重點實驗室采用安裝有MonoCL3+型(Gatan,U.S.A.)陰極熒光探頭的掃描電鏡(Quanta400FEG)進行陰極發(fā)光(CL)圖像拍攝,以了解被測鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu),并作為鋯石年齡測定選取分析點位的依據(jù)。除CL圖像外,本次研究的其它測試項目(鋯石U-Pb年齡和Hf同位素,以及全巖主量-微量-稀土元素和Sr-Nd同位素)均在南京大學內(nèi)生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室完成。鋯石U-Pb年齡測定采用與Aglient7500aICP-MS連接來的NewWave213nm激光取樣系統(tǒng),激光束斑直徑為30μm,頻率為5Hz。樣品經(jīng)剝蝕后,由He氣作為載體,再與Ar氣混合后進入ICP-MS進行分析。U-Pb分餾根據(jù)澳大利亞鋯石標樣GEMOC/GJ-1(207Pb/206Pb年齡608.5±1.5Ma,Jacksonetal.,2004)來校正,采用鋯石標樣MudTank(732±5Ma,BlackandGulson,1978)作為內(nèi)標以控制分析精度。每個測試的流程約分析15個樣品,開始和結(jié)束前分別分析2次GJ標樣,另外測試1個MT標樣,期間一般測10個待測樣品點。U-Pb年齡和U、Th、Pb的計數(shù)由Glitter(ver.4.4)獲得。詳細的分析方法和流程類似于Griffin等(2004)。由于204Pb的信號極低,以及載氣中204Hg的干擾,該方法不能直接精確測得其含量,因此,使用嵌入Excel的ComPbCorr#3-15G程序(Andersen,2002)來進行鉛校正,年齡諧和圖用Isoplot程序(ver2.49,Ludwig,2001)獲得。鋯石原位Lu-Hf同位素組成分析是在LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年的基礎(chǔ)上,參照鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像,選擇在原年齡測定點位置或附近進行,所用儀器為NewWaveUP193激光剝蝕系統(tǒng)及與其相連接的ThermoNeptunePlus多接收等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS),以He作為載氣,分析中使用的激光束斑直徑為35μm,剝蝕頻率為8Hz,剝蝕時間為26s,采用鋯石MT和Penglai作為外部標樣,本次實驗獲得的上述2個標樣的176Hf/177Hf比值分別為0.282485±0.000009(n=13,2σ)和0.282898±0.000019(n=11,2σ),詳細分析方法見侯可軍等(2007)。3.2稀土元素和微量元素全巖元素地球化學組成分析首先經(jīng)詳細的巖相學觀察與鑒定,選出新鮮均勻具代表性的樣品,然后對樣品進行破碎、研磨至200目以上以待測試。主量元素采用ThermoScientificARL9900型X射線熒光光譜儀測定,測試電壓為50kV,電流為50mA,每個元素掃描時間為20s。相對于標準樣品的測定值,相對誤差在元素豐度>1.0%時為±1%,元素豐度<1.0%時為±10%。微量和稀土元素采用FinniganElementⅡ型電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)測定,樣品用1mL濃HF+0.5mL濃HNO3在190℃溶解48h,以保證樣品完全溶解,同時在測試的過程中采用F-基體匹配分析技術(shù),有效地解決了Nb、Ta、Zr、Hf等元素在稀硝酸介質(zhì)中不穩(wěn)定問題。對USGS國際標準樣品(BHVO-2)的測定結(jié)果表明,樣品測定值和推薦值的相對誤差小于10%,且絕大多數(shù)值在5%以內(nèi)(高劍峰等,2003)。Sr-Nd同位素組成采用TritonTI表面熱電離質(zhì)譜(TIMS)測定,將樣品烘干后稱取50mg,完全溶解于HF+HNO3的混合酸中,采用BioRad50WX8陽離子交換樹脂分離提純出Sr和Nd,詳細的分析流程參考濮巍等(2005)。Sr、Nd同位素比值分別采用86Sr/88Sr=0.1194、146Nd/144Nd=0.7219進行質(zhì)量分餾校正,實驗過程測定的標樣NISTSRM987的87Sr/86Sr=0.710248±0.000004(2σ),標樣JNdi-1的143Nd/144Nd=0.512096±0.000008(2σ),與這兩個標樣的推薦值十分吻合。4結(jié)果4.1測試點th/u比本次研究選取莒南安粗斑巖(11SD-19)和大店粗面巖(11SD-17)二件樣品進行鋯石U-Pb年齡測定,被測樣品的詳細經(jīng)緯度坐標及LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果列于表1,代表性被測鋯石顆粒的陰極發(fā)光(CL)圖像及測定點位和相應的206Pb/238U視年齡示于圖4,圖5為年齡諧和圖。莒南安粗斑巖被測鋯石多為淺黃色或無色,透明—半透明,多數(shù)呈棱柱狀自形晶,長徑主要變化于100~250μm,長寬比多為1.5∶1~3∶1,陰極發(fā)光圖像均顯示出較清晰的震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖4a),且所測鋯石的Th/U比值均較高,變化于1.99~3.00(表1),表明它們均為典型的巖漿結(jié)晶鋯石(Corfuetal.,2003;WuandZheng,2004),且沒有發(fā)生顯著的Pb丟失(Connelly,2000)。對該樣品本次共獲得18個有效測試點數(shù)據(jù),在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖上,這些數(shù)據(jù)點基本均投影在諧和線上(圖5a),表明被測鋯石未遭受明顯的后期熱事件的影響。它們的206Pb/238U年齡介于117~121Ma,經(jīng)計算獲得的206Pb/238U年齡統(tǒng)計權(quán)重平均值為118.7±0.7Ma(MSWD=1.8,2σ),代表安粗斑巖的形成年齡。大店粗面巖被測鋯石多呈褐色或褐紅色,半透明,其晶形呈棱柱狀,但多數(shù)發(fā)育不完好,粒度較莒南安粗斑巖中的鋯石小,長徑多變化于100~150μm,長寬比多為1∶1~2∶1,這可能與其賦存于噴出相,而后者賦存于潛火山巖相有關(guān)。被測鋯石的Th/U比值很高(=2.61~6.33,表1),應為寄主巖具偏堿性的特點所致,陰極發(fā)光圖像發(fā)育不明顯的韻律環(huán)帶,未觀察到核-邊結(jié)構(gòu)(圖4b),指示它們應為巖漿結(jié)晶鋯石。本次對該樣品共獲得17個有效測試點數(shù)據(jù),在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖上,這些數(shù)據(jù)點也均投影在諧和線上,17個測試點的206Pb/238U年齡變化于116~120Ma,經(jīng)計算獲得的206Pb/238U年齡統(tǒng)計權(quán)重平均值為118.3±0.6Ma(MSWD=0.85,2σ),代表粗面巖的形成年齡。由上述定年結(jié)果可以看出,潛火山巖與火山巖的成巖年齡在測試誤差范圍內(nèi)基本一致,足見二者為同期異相巖漿活動的產(chǎn)物。4.2里特曼指數(shù)表2列出了莒南—大店一帶鉀質(zhì)火山巖代表性樣品的主量、微量和稀土元素測定結(jié)果。主量元素組成上,區(qū)內(nèi)鉀質(zhì)火山巖主要為一套中性火山巖組合,其SiO2介于59.97%~67.32%;火山巖顯著富堿,K2O+Na2O=8.95%~10.57%,里特曼指數(shù)(σ)為4.10~5.48,并普遍富鉀,按TAS分類建議的(Na2O-2)<K2O為鉀質(zhì)類型的方案(LeBasetal.,1986),所有樣品均屬于鉀質(zhì)類型,且多數(shù)樣品K2O>Na2O。在SiO2-K2O和K2O-Na2O關(guān)系圖上,樣品點均投影于橄欖安粗巖系區(qū)(圖6)。這套火山巖Al2O3含量較高(=14.27%~16.74%)、TiO2含量較低(=0.36%~0.88%),也與橄欖安粗巖系火山巖富鋁貧鈦的化學組成特征(Al2O3>14%,TiO2<1.3%,Morrison,1980)一致。隨著SiO2含量的增加,火山巖的CaO、MgO、Fet2O3、TiO2、P2O5含量減低,而全堿(K2O+Na2O)含量升高,說明成巖過程中存在分離結(jié)晶作用。4.3礦物形成與ndt的關(guān)系表3列出了莒南—大店一帶鉀質(zhì)火山巖的SrNd同位素組成測定結(jié)果及根據(jù)年齡計算的有關(guān)參數(shù)。由表中數(shù)據(jù)可看出,區(qū)內(nèi)火山巖具有富集的Sr、Nd同位素組成特征,且變化范圍相對較小,其ISr=0.7086~0.7091,εNd(t)=-16.9~-18.2。這一Sr-Nd同位素組成與吳齊等(2013)最近對莒縣—大店—莒南一帶粗安質(zhì)—粗面質(zhì)火山巖研究所獲得的結(jié)果基本一致(ISr=0.7082~0.7095,εNd(t)=-16.4~-19.8),也與鄰近的相關(guān)巖石十分接近(圖8),如莒南石英二長巖(ISr=0.7083~0.7088,εNd(t)=-16.7~-17.3,Liuetal.,2008)、莒南晚中生代鎂鐵質(zhì)巖脈(ISr=0.7079~0.7086,εNd(t)=-15.3~-17.0,Liuetal.,2008)、大店正長質(zhì)侵入巖(ISr=0.7085~0.7088,εNd(t)=-16.5~-17.9,Lanetal.,2011)等,說明它們應有相似的巖漿源區(qū)。這些巖石的Sr-Nd同位素組成與沂沭斷裂帶含幔源捕擄體和捕擄晶的典型幔源巖石———方城玄武巖(ISr=0.7096~0.7101,εNd(t)=-13.1~-14.4,Zhangetal.,2002)也具相似性,指示它們在成因上應具緊密聯(lián)系。莒南—大店一帶鉀質(zhì)火山巖的鋯石Hf同位素組成普遍具有顯著偏低的εHf(t)值,其中莒南安粗質(zhì)火山巖為-22.3~-24.3,大店粗面巖為-19.7~-23.6,它們的變化范圍均很小(表4,圖9a,c)。鉀質(zhì)火山巖的鋯石εHf(t)值同樣可與區(qū)內(nèi)相關(guān)巖石相對比,如莒南安粗質(zhì)火山巖與莒南—莒縣一帶晚中生代鎂鐵質(zhì)巖脈(εHf(t)=-21.1~-23.5,Liuetal.,2008)及莒南石英二長質(zhì)侵入體(εHf(t)=-21.8~-22.9,Liuetal.,2008)基本一致,大店粗面巖與大店正長巖(εHf(t)=-16.4~-21.2,Lanetal.,2011)十分接近。在t-εHf(t)關(guān)系圖上,樣品點落在或靠近中—新太古代地殼演化域(圖10),鋯石二階段Hf模式年齡(安粗質(zhì)火山巖:2.57~2.69Ga;粗面巖:2.41~2.65Ga,表4,圖9b,d)落在華北克拉通基底二階段Nd模式年齡峰值范圍內(nèi)(2.4~3.0Ga,Wuetal.,2005),指示基底地殼組分參與這些巖石的形成。5討論5.1礦物及成巖過程對火山巖形成的積極影響由于鉀質(zhì)火山巖的Sr-Nd-Hf同位素組成與區(qū)內(nèi)同時代的鎂鐵質(zhì)巖脈相似,也可與鄰近方城盆地含輝石巖捕虜體及橄欖石和輝石捕虜晶的玄武巖相對比,因此,它們應主要起源于地幔。但如前所述,區(qū)內(nèi)鉀質(zhì)火山巖均富集大離子親石元素、貧高場強元素,且均具有富集的Sr-Nd-Hf同位素組成特征,指示成巖過程中有明顯的地殼組分參與,這一地球化學特征是源區(qū)富集(地殼物質(zhì)在地幔源區(qū)發(fā)生混染與交代)所致,還是淺部地殼物質(zhì)混染的結(jié)果,抑或是二者的疊加,這是首先需要討論的問題。前人對沂沭斷裂帶及其兩側(cè)地區(qū)晚中生代中基性火山巖的研究均表明,這些火山巖的巖漿在上升過程中未受到顯著的淺部地殼物質(zhì)的混染,如方城玄武巖含有輝石巖捕虜體和橄欖石捕虜晶,說明其巖漿上升速度快,不具備與陸殼物質(zhì)發(fā)生強烈相互作用的地質(zhì)前提(Zhangetal.,2002)。蒙陰鉀玄質(zhì)火山巖的K2O/P2O5、K2O/TiO2比值相對穩(wěn)定,全巖Sr、Nd同位素組成與從全巖中分離出的單斜輝石單礦物十分接近(Qiuetal.,2002),這些均指示區(qū)域范圍內(nèi)中生代火山巖成巖過程中未遭受顯著的地殼物質(zhì)的混染作用。莒南—大店一帶鉀質(zhì)火山巖的Sr-Nd同位素組成較均一,它們的ISr和εNd(t)值不隨SiO2含量的變化而發(fā)生顯著變化(圖11),安粗質(zhì)火山巖的La/Sm、La/Yb、Tb/Yb、Zr/Hf等分配系數(shù)相近的不相容元素比值變化范圍均很小,這些特征排除了巖漿上升過程中存在強烈的淺部地殼物質(zhì)的混染作用。因此,區(qū)內(nèi)鉀質(zhì)火山巖富輕稀土和大離子親石元素、貧高場強元素,以及所表現(xiàn)出的富集Sr-Nd-Hf同位素組成特征應主要為陸殼物質(zhì)在源區(qū)混染和交代所致,即它們應起源于富集地幔的部分熔融。Liu等(2008)對蘇魯造山帶偏堿性侵入體和鎂鐵質(zhì)巖脈的研究也認為,這些巖石未遭受顯著的淺部地殼混染作用,地殼組分主要通過在地幔源區(qū)發(fā)生混染和交代參與成巖。5.2地潭源區(qū)的演變對陸殼物質(zhì)進入華北地塊陸下地幔的方式主要存在二種主流觀點,一種觀點認為是由于晚中生代時期大規(guī)模的拆沉作用,導致華北陸塊太古代地殼物質(zhì)重循環(huán)進入地幔(Lietal.,2002;Gaoetal.,2004;Xuetal.,2008;Liuetal.,2008;Lingetal.,2009;周群君等,2013);另一種觀點則主張是由于三疊紀時期的大陸深俯沖作用,將揚子陸殼物質(zhì)帶至地幔(Zhangetal.,2002;Xuetal.,2004;周新華等,2005;Lanetal.,2011;Yangetal.,2012;Huangetal.,2012)。莒南—大店一帶鉀質(zhì)火山巖的鋯石二階段Hf模式年齡介于2.4~2.7Ga之間,與華北地塊基底變質(zhì)巖的Nd模式年齡(主要為2.4~3.0Ga,陸松年等,1996)基本一致,該區(qū)南側(cè)湯頭盆地鉀質(zhì)火山巖中存在2.43~2.56Ga的古老繼承鋯石(邱檢生等,2012),這些特征說明它們的源區(qū)組成中應存在因拆沉而進入地幔的華北克拉通的古老地殼物質(zhì)。眾多學者也從不同角度探討了華北中生代大規(guī)模拆沉作用形成的可能機制,如張旗等(2001)指出燕山中晚期中國東部(主要為華北地塊)可能是一個高原,其下地殼在分熔出埃達克質(zhì)巖石后,殘余物轉(zhuǎn)變成密度大的榴輝巖,同時加厚的巖石圈地幔比軟流圈地幔冷,導致其密度也大,因此,巖石圈地幔和下地殼可以發(fā)生拆沉作用而進入軟流圈地幔,并促使軟流圈地幔上涌。Gao等(2004)報道了華北北部侏羅紀火山巖起源于榴輝巖相下地殼拆沉進入上地幔后發(fā)生部分熔融的直接地球化學證據(jù),并認為發(fā)生于中國東部中—新生代克拉通內(nèi)部的大陸巖石圈減薄及強烈的構(gòu)造-巖漿作用,均與巖石圈下部的拆沉作用和軟流圈物質(zhì)上涌作用有關(guān)。近年來,對蘇魯造山帶鎂鐵質(zhì)巖脈及偏堿性侵入體(Liuetal.,2008),以及對山東中生代高鎂與低鎂安山質(zhì)火山巖(Lingetal.,2009)的研究均表明,它們的地幔源區(qū)遭受過華北克拉通太古代榴輝巖質(zhì)下地殼拆沉析出熔體的交代作用。盡管華北中生代普遍遭受過因大規(guī)模拆沉作用而進入地幔的榴輝巖質(zhì)下地殼析出熔體的改造,但其東南緣明顯疊加有因深俯沖而進入地幔的揚子陸殼的印記,這已為大量的研究資料所證實,其中最具說服力的首推對方城玄武巖的研究,元素-同位素的綜合示蹤顯示其源區(qū)遭受過因深俯沖而進入地幔的揚子陸殼析出熔體的改造(Zhangetal.,2002)。根據(jù)對魯西地塊中生代鎂鐵質(zhì)巖石Sr-Nd-Hf同位素組成的區(qū)域變化,發(fā)現(xiàn)其源區(qū)地幔具有明顯的分區(qū)性,北部鎂鐵質(zhì)巖石的源區(qū)具EMI型特征,而南部幔源巖石則主要起源于EMII型地幔,這一源區(qū)地幔的區(qū)域性演變被認為主要與三疊紀時期揚子向華北的深俯沖過程有關(guān)(Xuetal.,2004;Zhangetal.,2004;Yingetal.,2006;Huangetal.,2012;Yangetal.,2012),特別是華北東南緣的魯西南和膠南地區(qū)以及北淮陽地區(qū)的中生代巖石圈地幔曾受到過揚子陸殼俯沖-碰撞作用的強烈改造,揚子俯沖陸殼物質(zhì)熔融形成的熔體和地幔橄欖巖相互作用形成富集的巖石圈地幔,這一富集地幔的部分熔融是導致中生代火山巖具有島弧型地球化學特征的主要原因(Zhangetal.,2004;張宏福等,2005)。最近,Yang等(2012)進一步指出揚子陸殼深俯沖對華北東南緣陸下地幔影響的波及范圍大致為200km。莒南—大店地處華北東南緣,其鉀質(zhì)火山巖的地球化學特征除顯示源區(qū)地幔遭受過拆沉華北陸殼析出熔體的改造外,也顯示受到過深俯沖揚子陸殼的影響,如其ISr值(=0.7086~0.7091,表3)與魯西地塊南部費縣-蒙陰一帶源區(qū)地幔受到過揚子陸殼混染與交代的中生代鎂鐵質(zhì)巖石(ISr=0.7084~0.7125,邱檢生等,2005)十分接近,而明顯高于魯西地塊北部濟南-鄒平一帶鎂鐵質(zhì)巖(ISr=0.7040~0.7060,邱檢生等,2005)。選擇虧損地幔(DMM)分別與華北克拉通上殼(NCCUC)、華北克拉通下殼(NCCLC)及揚子克拉通下殼(YCLC)進行二端元混合模擬計算,可以看出,鉀質(zhì)火山巖的Sr、Nd同位素組成靠近虧損地幔(DMM)與揚子克拉通下殼(YCLC)的混合線(圖8),說明火山巖的源區(qū)中應存在因深俯沖進入地幔的揚子陸殼組分。鉀質(zhì)火山巖顯著虧損高場強元素(Nb、Ta、Ti,圖7a),La/Nb比值(=2.06~3.75,表2)相似于島弧火山巖,在(Ta/La)N-(Hf/Sm)N關(guān)系圖上,樣品點接近遭受俯沖流體/熔體交代作用的地幔源區(qū)(圖12),這些特征均說明它們的巖漿源區(qū)存在有深俯沖的揚子陸殼物質(zhì)。因此,莒南—大店一帶鉀質(zhì)火山巖的源區(qū)地幔極可能遭受了因揚子板塊深俯沖和華北克拉通巖石圈拆沉等多次富集事件的影響。由于地幔巖石的部分熔融一般只能形成玄武巖漿,而鉀質(zhì)火山巖的SiO2、K2O+Na2O含量明顯偏高,MgO及Cr、Ni、Co等相容元素含量偏低,說明鉀質(zhì)火山巖應為富集地幔部分熔融形成的母巖漿經(jīng)進一步結(jié)晶分異演化的產(chǎn)物。Liu等(2008)對區(qū)內(nèi)相關(guān)巖石的研究表明,鎂鐵質(zhì)脈巖是由原始巖漿經(jīng)進一步的單斜輝石分離結(jié)晶形成,而偏堿性長英質(zhì)巖石則為原始巖漿經(jīng)鉀長石、斜長石、鈦鐵礦或金紅石分離結(jié)晶的產(chǎn)物。大店粗面質(zhì)火山巖的分異指數(shù)(D.I)較莒南安粗質(zhì)火山巖高(分別為93.9和76.5~85.8,表2),說明其經(jīng)歷了更高程度的分異演化,吳齊等(2013)對莒縣一帶粗安質(zhì)-粗面質(zhì)火山巖的研究也認為它們是同源巖漿經(jīng)分異演化的產(chǎn)物。從Harker圖解可看出,火山巖的SiO2含量與MgO、TiO2、P2O5含量及(La/Yb)N和δEu值之間存在不同程度的負相關(guān),與Rb/Sr比值之間則具較明顯正相關(guān)(圖13),這些成分變異趨勢指示成巖過程中存在鐵鎂礦物、斜長石、鉀長石,以及富輕稀土礦物(如磷灰石、獨居石等)和鈦鐵礦等的分離結(jié)晶。粗面質(zhì)火山巖Nb、Ta、Zr、Hf等高場強元素含量較安粗質(zhì)火山巖高,與這些元素趨向于巖漿演化晚期偏堿性熔體中富集的特點一致。莒南—大店一帶的鉀質(zhì)火山巖在構(gòu)造位置上緊鄰沂沭東側(cè)主干斷裂產(chǎn)出。研究表明,沂沭斷裂帶深截大陸地殼可至殼幔邊界,穿越該斷裂帶的一系列地學斷面顯示,斷裂帶之下的巖石圈比兩側(cè)薄20~40km(朱光等,2002),因此是軟流圈物質(zhì)上涌及地幔改造與置換作用的良好通道。該斷裂左旋走滑的初始時間約143~125Ma,此后引張程度不斷增強(Zhuetal.,2005)。據(jù)此我們可以設(shè)想鉀