庐枞早白垩世火山岩的地球化学特征及其源区意义

高　校　地　质　学　报

Geological Journal of China Universities

2007年6月，第13卷，第2期，235-249页June 2007，Vol. 13，No. 2, p. 235-249庐枞早白垩世火山岩的地球化学特征及其源区意义

谢　智，李全忠，陈江峰，高天山

（中国科学技术大学?地球和空间科学学院，中国科学院?壳幔物质与环境重点实验室，合肥　230026）摘要：从中生代到新生代，华北东部岩石圈地幔发生了减薄以及地球化学性质置换, 而扬子地块东部中生代岩石圈地幔也表现出类似的过程，对中生代火山岩的地球化学研究有助于了解这一变化过程以及发生置换时的时空关系。庐枞火山岩出露于扬子地块东部，为一套包括粗玄岩–玄武粗安岩–粗面岩的富碱橄榄安粗岩系。研究了双庙组基性火山岩，这些岩石富集Rb，K，Sr，Th和轻稀土元素，亏损高场强元素。(87Sr/86Sr)i = 0.7060~0.7063，εNd (t )=-3.9~-6.2，(206Pb/204Pb)i =17.788~18.125，(207Pb/204Pb)i = 15.511~15.546，(208Pb/204Pb)i =37.735~38.184。在喷出地表过程中，火山岩没有受到明显的地壳物质混染，因此元素和同位素组成反映了地幔源区的地球化学特征。其地幔源区具有同位素富集特征，表明火山岩源区曾受到地壳物质的影响，是富集地幔部分熔融的产物，并经历明显的结晶分异作用。庐枞火山岩的岩浆成分和源区特征反映该地区在晚中生代岩石圈地幔的伸展和软流圈地幔上涌的演化过程。

关键词：微量元素；Sr -Nd -Pb同位素；橄榄安粗岩；岩石圈伸展；双庙组

中图分类号：P588.1 中图分类号：A 文章编号：1006-7493（2007）02-0235-15

收稿日期：2007-03-26；修回日期：2007-04-27

基金项目：自然科学基金项目（40673008）和国家自然科学基金青年基金项目（40203004）

作者简介：谢智，男，1969年生，博士，副教授，主要从事同位素地球化学和年代学研究。E -mail: zxie@https://www.360docs.net/doc/3e7567252.html,

中国东部自北向南可以划分出如华北克拉通、大别–苏鲁造山带、扬子地块和华夏地块等地质单元。这些不同的单元有不同时代形成的基底，经历了不同的演化过程。但它们的一个共同特点就是广泛发育晚中生代岩浆岩，形成从超基性–基性到中酸性、碱性等不同系列的岩浆岩。这些岩浆岩的地球化学特征对了解中国东部晚中生代壳幔演化过程有重要的制约意义。

近年来，中国东部从中生代到新生代岩石圈减薄作用和岩浆动力学机制受到国内外学者的广泛关注，特别是华北岩石圈减薄的动力学演化研究取得了很大的进展，华北克拉通性质的岩石圈地幔被大洋型的岩石圈地幔所置换，岩石圈发生了至少100 km 的减薄（Menzies et al, 1993; Menzies and Xu, 1998; Griffin et al, 1998; Fan et al, 2000; Xu, 2001; Gao et al, 2002; Zhang et al, 2002a; Wu et al, 2003; Yang et al, 2003; Deng et al, 2004; 闫峻等，2003a；徐义

刚，2003）。同位素地球化学性质也发生显著改变，晚中生代基性岩如济南、邹平辉长岩的地幔源区表现出同位素富集的性质（Zhang et al, 2002a, 2003, 2004; Guo et al, 2001, 2003, 2004）。但在100 Ma 时，位于华北克拉通北缘的阜新碱性玄武岩表现出Nd 同位素亏损的特征(Zhang et al，2003)；73 Ma 时，鲁东幔源捕虏体的源区也具有亏损特征，并与中国东部新生代地幔特征一致（闫峻等，2003a）。

另一方面，扬子地块东部中生代—新生代玄武岩地幔源区表现出类似的从同位素富集到亏损转变的特征。对中生代长江中下游基性侵入岩和玄武岩的同位素地球化学研究表明，其原始岩浆来源于富集的岩石圈地幔，并表现出以EM II 为主的特征（Chen et al, 2001；闫峻等，2003b，2005），如相邻地区的蝌蚪山玄武岩（闫峻，2005）和北淮阳玄武岩；曾受到扬子地块俯冲物质影响的华北南缘方城玄武岩源区也同样具有趋向EM II 的同

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位素组成（Zhang et al, 2002a）。然而，扬子地块东部新生代玄武岩和橄榄岩包体的地球化学研究表明其原始岩浆主要来自软流圈亏损地幔（Zou et al, 2000；Xu et al, 2000）。

由于扬子地块东部中生代玄武岩远不如新生代玄武岩发育广泛，且新鲜样品较难获得，与华北克拉通中生代岩浆岩相比，其研究程度和受关注程度都有较大差距，因此对扬子地块岩石圈地幔的研究仍需要更多的资料积累。本文拟对扬子地块东部早白垩世基性火山岩进行详细的地球化学研究，以探讨火山岩的成因，了解晚中生代岩石圈地幔的地球化学性质特征。

1　地质背景

庐枞火山盆地位于中国东部下扬子断陷带内，位于扬子地块北缘，大别造山带东部，受著名的郯庐断裂控制（图1）。邢凤鸣和徐祥（1999）将长江中下游岩浆岩分为3个带：内带、外带和A型花岗岩带，这些岩浆岩带表现出夹心饼干式分带现象。其中内带分为4个岩浆组合：高钾钙碱性中酸性侵入岩组合、高钠碱钙性中基性侵入岩组

合、橄榄安粗岩系火山岩组合和碱性火山岩组合，命名为高钾幔源AFC岩系。安徽省内橄榄安粗岩系火山岩组合主要代表是庐枞火山岩和宁芜火山岩。对庐枞火山岩的研究开始较早，于学元和白正华（1981）和任启江等（1991）先后命名为安粗岩和橄榄安粗岩，随后，也有不同研究程度的工作开展（吴利仁，1984 ；任启江等，1991 ；孙冶东等，1994；刘洪等，2002）。

庐枞火山岩按岩性和岩相特征，自下而上分为4个组：龙门院组、砖桥组、双庙组和浮山组，其中龙门院组和砖桥组以安粗岩和玄武安粗岩为主，双庙组以粗玄岩和玄武安粗岩为主，浮山组以粗面岩为主。详细的岩石及矿物学特征参考刘洪等（2002）的描述。双庙组下段为凝灰质砂、砾岩，在庐枞地区，与下部大王山组平行不整合接触；上段为疙瘩状粗面玄武岩、玄武粗安岩夹凝灰质砂岩；浮山组以平行不整合或喷发不整合覆盖在双庙组之上，由紫红、紫灰、灰、肉红色粗面岩、粗面质凝灰岩、粗面质凝灰角砾岩、粗面质熔结凝灰岩、安山岩等组成（安徽省地矿局，1997）。

Wang and McDougall（1980）用K-Ar法测

定

图1　庐枞地区火山岩分布简图

Fig.1 Sketch map of the volcanic rocks in Luzhong area

谢智等：庐枞早白垩世火山岩的地球化学特征及其源区意义

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了庐枞地区粗面岩和正长岩的年龄，其中浮山组粗面岩的年龄是123.0±1.1 Ma和127.4±1.2 Ma，砖桥组的年龄是131±1 Ma，与其中黑云母Ar-Ar年龄130.8±1.4 Ma一致。刘洪等（2002）对这4个组的火山岩进行了Ar-Ar法年代学测定和初步的地球化学研究，获得砖桥组安粗岩的坪年龄为140.1±0.8 Ma；双庙组钾玄岩的坪年龄为125.5±0.8 Ma；浮山组粗面斑岩为126.0±3.4 Ma。他们认为这些Ar-Ar年龄可以代表岩石的形成年龄。此外，岩石化学数据表明，这些火山岩具有富碱、富钾、富轻稀土及大离子亲石元素和贫高场强元素等特点；同位素结果显示这些岩石的I Sr值范围是0.7057~0.7065，εNd(t)范围是-5~-10，因此刘洪等（2002）认为在火山岩形成时，没有明显的地壳物质混染，其岩浆源区应为受俯冲板片析出流体交代作用形成的EM I型富集地幔，岩石来源于EM I型富集地幔的部分熔融。

但Chen et al (2001)根据对长江中下游基性岩的地球化学研究资料认为，该地区中生代地幔可能是亏损的软流圈地幔（DMM）和富集岩石圈地幔（EM II）的混合；闫峻等（2003b）则认为长江中下游中生代基性岩的Pb同位素研究结果表明原始岩浆来自以EM II特征为主的富集岩石圈地幔，这同样也是华南板块岩石圈地幔的特征。Zou et al (2000)对扬子地块新生代玄武岩的研究也表明，其物源区有残留的EM II的信息，是亏损地幔和EM II 混合的产物。因此，庐枞火山岩的岩浆源区的地球化学性质仍存在一定认识上的差异，需要更多的地球化学证据来澄清。

2　样品和分析方法

由于刘洪等（2002）所研究样品主要为中性火山岩，虽然他们认为这些火山岩的地球化学性质能代表地幔源区性质，但相比而言，玄武岩的地球化学性质更接近地幔源区性质，因此，本文研究样品除双庙组玄武粗安岩和浮山组粗面岩，还研究了基性的双庙组粗面玄武岩。其中双庙组岩石主要采自安徽庐江双庙、白柳和马埠山等地，粗玄岩和粗安岩以斑状结构为主，组成斑晶的主要矿物包括斜长石和单斜辉石，基质部分主要矿物有斜长石、单斜辉石、碱性长石或钾长石，副矿物有磁铁矿和磷灰石等。粗面岩采自安徽枞阳浮山，以（似）粗面结构为主，斑晶主要有钾长石、黑云母以及少量斜长石或辉石，基质主要是碱性长石和黑云母。具体岩石定名见表1。

首先选择外观未明显风化的样品，粗碎后选择无风化面和裂隙的碎块，无污染破碎至200目，测定其烧失量，选择风化程度相对较低的样品，再进行元素和同位素分析。元素分析由湖北省地质实验研究所完成，全岩主量元素分析方法为X-射线荧光熔片法，FeO采用湿化学法分析；微量元素用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）分析，分析误差除Nb为5.6%，Zr为21.5%，Hf为52.1%，其余均小于4%；稀土元素用阳离子交换分离-电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）分析，分析精度好于5%。

Rb-Sr，Sm-Nd和Pb同位素分析在中国科学技术大学地球和空间科学学院，中国科学院壳幔物质与环境重点实验室分析测定，采用阳离子交换树脂（Bio-rad AG 50×8）柱分离Rb，Sr和稀土，用HDEHP萃淋树脂分离Sm-Nd，送质谱测定。测定工作在Finnigan MAT 262固体质谱计上完成，其中Sr，Nd和Sm分别采用86Sr/88Sr=0.1194，149Sm/152Sm =0.516858，146Nd/144Nd =0.7219进行标准化，Nd同位素测定结果对La Jolla标样的143Nd/ 144Nd=0.511860进行调整。Pb同位素测定是先对样品用阴离子交换树脂分离溴化后，用MAT 262固体质谱计测定，采用硅胶发射剂，以标样SRM981的值控制质谱测定过程中的Pb同位素分馏。测定结果结合岩石中U，Th，Pb的含量以及年龄（采用125 Ma）扣除岩石形成以来的放射成因Pb的贡献，获得岩石的Pb同位素初始比值。

3　结果

3.1　主量元素和微量元素

庐枞地区双庙组和浮山组火山岩的主量元素和微量元素测定结果列于表1。因火山岩容易受到风化作用的影响，本文选择了烧失量(LOI)<3.3%的样品进行研究。其中双庙组火山岩主要表现出基性特征，在对LOI进行校正后（以下同）， SiO2含量范围是51.6%~54.2%，而浮山组火山岩则表现出中酸性特征（SiO2 >63.1%），刘洪等（2002）

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表1　庐枞火山岩的主量和微量元素组成

Table 1 The major and trace element compositions of the volcanic rocks from Luzhong

元素

主量元素（%）

SiO251.7651.9652.3250.5752.6152.4849.7961.4362.4163.64 TiO2 1.050.970.98 1.06 1.03 1.01 1.110.670.680.88 Al2O317.3716.9417.1817.5517.3317.1616.9417.6517.8218.21 Fe2O3 4.78 5.02 5.31 5.51 4.45 4.26 5.78 2.35 1.99 4.67 FeO 3.73 3.70 3.33 3.83 3.97 4.27 4.170.230.730.48 MnO0.160.160.160.520.210.180.180.130.140.61 MgO 4.46 3.31 3.41 4.51 3.52 3.20 4.490.490.560.74 CaO 5.827.37 6.84 4.64 6.39 5.618.18 2.85 2.030.68 Na2O 2.69 3.06 3.08 3.37 3.01 3.78 2.86 4.47 5.23 1.31 K2O 4.47 4.09 4.33 4.18 3.93 4.47 2.33 6.85 6.68 6.36 P2O50.550.500.500.690.570.580.580.160.160.17 LOI 2.91 2.64 2.26 3.23 2.69 2.73 3.30 2.54 1.42 2.06 total99.7599.7299.7099.6699.7199.7399.7199.8299.8599.81Ｍg#52444550464348293023稀土元素（μg/g）

La38.1742.6438.3042.8441.9641.9335.8862.1667.1855.19 Ce80.5190.8981.9188.6088.7594.2977.51124.30140.90120.30 Pr9.7210.989.9710.5311.1511.5510.1814.7116.4112.94 Nd36.6339.4437.5141.1041.4341.1437.2748.2355.1640.53 Sm7.447.887.648.078.168.377.919.209.987.95 Eu 1.99 2.06 2.14 2.32 2.23 2.24 2.32 2.04 2.06 1.66 Gd 6.13 6.42 6.16 6.27 6.83 6.68 6.537.357.90 6.42 Tb0.890.950.930.93 1.02 1.01 1.00 1.06 1.13 1.05 Dy 4.99 5.02 5.12 4.82 5.30 5.43 5.22 5.87 6.29 6.05 Ho0.900.980.950.89 1.02 1.000.97 1.22 1.30 1.23 Er 2.38 2.69 2.56 2.39 2.71 2.71 2.59 3.39 3.50 3.57 Tm0.370.410.400.360.430.420.380.530.540.57 Yb 2.19 2.46 2.48 2.14 2.58 2.51 2.33 3.32 3.15 3.52 Lu0.330.360.360.310.390.380.350.490.460.54 Y21.3623.4123.5521.1924.4024.4334.4833.7931.6130.81 La/Yb17.4317.3315.4420.0216.2616.7115.4018.7221.3315.68微量元素（μg/g）

Rb18014616416813316048224204248 Ba550571568652601583549399332606 Th10.6011.2010.108.379.8611.90 4.2917.0019.4017.60 U 2.82 3.66 3.32 1.56 2.85 3.530.94 3.84 6.34 4.18 Nb10.009.299.6211.509.8612.30 6.5835.1036.9033.00 Ta0.670.800.650.750.670.850.43 2.26 2.42 2.24 Pb8.2011.9013.9035.3014.6016.9015.5030.5018.8011.30 Sr83812661284961103091410523300274210 Zr14916316414416417797.9488487494 Hf 6.30 6.40 6.80 5.90 6.00 6.60 3.2015.4015.7015.90 Ni18.2017.2018.3020.2012.8011.9024.50 6.17 2.0019.30 Cr17.1010.5011.0015.10 6.70 4.1014.60 3.30 2.1039.10 Th/U 3.76 3.06 3.04 5.37 3.46 3.37 4.56 4.43 3.06 4.21 La/Nb 3.82 4.59 3.98 3.73 4.26 3.41 5.45 1.77 1.82 1.67 Ba/Nb5561595660478311918 Nb/U 3.55 2.54 2.907.37 3.46 3.487.009.14 5.827.89 Ce/Pb9.827.64 5.89 2.51 6.08 5.58 5.00 4.087.4910.65 U/Pb0.340.310.240.040.200.210.060.130.340.37注：ZYN为样品号。

谢智等：庐枞早白垩世火山岩的地球化学特征及其源区意义

２期239所研究样品的SiO2含量介于这两者之间。这两组

火山岩均表现出富碱富钾的特征，双庙组火山岩

K2O+Na2O的含量变化范围是5.4%~8.5%，浮山组火

山岩的是7.9%~12.1%，其中K2O/Na2O的范围主要

为1.2~1.7。

双庙组火山岩与长江中下游早白垩世富Na基

性岩石（Chen et al, 2001）及蝌蚪山玄武岩（闫峻等，

2005）的岩石类型一致，但后者有明显偏高的Na2O

含量，其Na2O/K2O值为1.4~4.3，可能反映二者间源

区的差异。浮山组中一个粗面岩样品（ZY779）给

出明显低的Na2O值，可能是形成后受到淋滤，导致

易溶的Na质成分丢失的结果，该样品中Sr组成也

会因此改变，但Pb和REE仍能反应原来特征。所

有样品的Fe2O3均高于FeO的值，反映岩石形成于

氧化环境。在TAS图解中（图2A），双庙组的火山

岩样品落在碱性玄武岩区，属于玄武粗安岩，浮山

组的火山岩主要位于粗面岩区。这些样品（包括

刘洪等，2002的样品）表现出一定的线性排列趋

势。而刘洪等（2002）所研究的样品则主要属于

粗安岩类型，有相对较高的SiO2，K2O及Na2O含量和∑REE含量，以及相对较低的MgO，CaO，FeO 等的含量。在SiO2-K2O图解中（图2B），所有样品均落在Shoshonitic岩石系列。同时，这些火山岩还明显表现出富Al2O3，高Fe2O3，低Mg，Ti的特征，在Hacker图解中（图3），MgO，FeO*（全铁），CaO，P2O5和SiO2呈明显的负相关关系，TiO2与SiO2表现出弱的负相关关系，而Al2O3和SiO2间没有明显的线性关系。这些线性排列表明，这些火山岩样品（含刘洪等，2002的样品）构成一个岩浆系列，来自同一或相似的源区，成分的变化反映源区富Al，同时橄榄石、辉石、长石以及钛铁矿和磷灰石等在源区的部分熔融和/或岩浆的结晶分异作用过程中起了一定作用。与蝌蚪山玄武岩（闫峻等，2005）及华北的方城玄武岩（Zhang et al, 2002a）相比，庐枞火山岩的SiO2含量明显偏高，但CaO的含量较低。此外，最明显的差异是庐枞火山岩的K2O/Na2O范围高于蝌蚪山玄武岩和方城玄武岩的值（0.3~0.6），与北淮阳盆地早白垩世玄武岩（谢智等，2003）类似，但Mg#值明显偏低，且MgO含量也明显低于这些玄武岩。

庐枞火山岩富集稀土元素，其中粗玄岩的

ΣREE=（214~245）×10-6，粗面岩有较高的稀土含量，ΣREE=（292~348）×10-6。在球粒陨石标准化图上（图4A），两类火山岩表现出相似的轻稀土富集的特征，其(La/Yb)N的范围在10~14，明显不同于N-MORB的特征。高于蝌蚪山玄武岩（闫峻等，2005），但低于方城玄武岩（Zhang et al, 2002）和北淮阳玄武岩的值（谢智等，2003）。庐枞火山岩的HREE分异并不明显，但基性火山岩稍大于粗面岩，前者的(Dy/Yb)N值为1.3~1.5，后者变化的范围是1.1~1.3。玄武粗安岩没有Eu负异常，而粗面岩有轻微的Eu负异常，表明后者存在斜长石的分

异结晶。这些火山岩的La/Nb值均大于>1.5，La/ Ta>22，表明它们 可能来自岩石圈地幔，而不是软流圈地幔（Thomoson and Morrison, 1988）

双庙组火山岩有相当高的Rb，Sr含量，分别是（48~180）×10-6和（838~1284）×10-6，以及远高于陆壳和地幔的Rb/Sr比值。但其Cr，Ni的含量低于原始玄武岩浆的Cr，Ni含量（分别为（300~500）×10-6和（300~400）×10-6，Frey et al, 1978）。在微量元素蛛网图（图4B）中，庐枞火山岩的大离子亲石元素（除Ba外）Th，U，K均表现出富集特征，Pb有显著的正异常；高场强元素图2 庐枞火山岩样品的TAS图解(A)和K2O与SiO2关系(B)图解Fig.2 The TAS (A) and K2O vs. SiO2 (B) diagrams of the volcanic

rocks from Luzhong

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图3 庐枞火山岩主、微量元素与SiO 2关系图解

Fig.3 The diagrams of major and trace elements vs. SiO 2

for volcanic rocks from Luzhong

Nb，Ta，Ti 有明显负异常。与蝌蚪山玄武岩表现出的Th，Pb 正异常和Nb，Ti 负异常的特征（闫峻等，2005）相似，也类似北淮阳玄武岩的特征（谢智等，2003），与岛弧火山岩或地壳岩石的特征相似。反映了可能存在的源区地壳物质信息。同时，Sr 与SiO 2之间表现出负相关关系，Nb，La，Th 与SiO 2之间表现出明显的正相关关系（图3），表明在岩浆演化过程中，没有明显的高Sr 地壳物质的加入，结晶分异是主要的控制因素。庐枞火山岩的Th/U 比范围是3.0~5.4，显著低于方城玄武岩的比值5.7~7.3 (Zhang et al, 2002a)，与蝌蚪山玄武岩的范围2.6~4.2

（闫峻等，2005）基本一致。中性火山岩和粗面岩表现出比偏基性火山岩更加亏损的Ti，Sr 和P 等元素，表明在岩浆上升过程中，有磷灰石、钛铁矿的结晶分异。此外，基性岩样品的Ba/Nb 比值普遍高于47.4，Nb/U 和Ce/Pb 的比值远低于地幔和全球平均地壳的范围。3.2　Sr，Nd 和Pb 同位素

尽管元素成分存在明显的差异，但庐枞火山

岩却给出较为均一的Sr，Nd 和Pb 同位素初始组成（表2及图5, 6）。粗安岩和粗玄岩的87Sr/86Sr 为0.70669~0.70691，143Nd/144Nd 为0.51228~0.51230；

谢智等：庐枞早白垩世火山岩的地球化学特征及其源区意义

２期241

标准化值参考McDonough et al, 1991（Normalization value from McDonough et al, 1991)

图4　庐枞火山岩稀土元素的球粒陨石标准化图解（A）和微量元素原始地幔标准化蜘蛛图（B）Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle normalized spidergrams for the volcanic rocks from Luzhong

表2　庐枞火山岩的Sr-Nd-Pb同位素组成

Table 2 Sr-Nd-Pb isotope compositions of the volcanic rocks from Luzhong

同位素 LJ696ZY705ZY707ZY765ZY770ZY771ZY773ZY714ZY777ZY779粗安岩粗安岩粗安岩粗玄岩粗玄岩粗玄岩粗玄岩粗面岩粗面岩粗面岩

Rb（×10-6）164.2130.7159.9214.1246.6 Sr（×10-6）135********.1301215.8 87Rb/86Sr0.34940.3480.4782 2.058 3.307 87Sr/86Sr0.7069080.7066930.7069120.7096550.713627 2σ1417161414

I Sr0.7062870.7060740.7060620.7059990.707752

Sm（×10-6）7.0787.6467.6879.2687.058 Nd（×10-6）37.9740.0840.8753.340.52 147Sm/144Nd0.11270.11530.11370.10510.1053 143Nd/144Nd0.5122850.5122980.5123010.5123640.512246 2σ1110101011

I Nd0.5121930.5122040.5122080.5122780.5121599εNd (125 Ma)-5.5-5.3-5.3-3.9-6.2 t DM (Ga) 1.3 1.3 1.3 1.1 1.3

206Pb/204Pb*18.38018.34318.29018.09918.25418.30218.16218.15818.27318.224±0.0010.0010.0010.0010.0010.0020.0020.0010.0020.001 207Pb/204Pb*15.48115.48515.48415.47715.48215.48415.49815.47215.46915.502±0.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0020.0010.0010.001 208Pb/204Pb*38.36438.26338.19638.04738.16838.18138.13038.11938.19438.221±0.0030.0030.0030.0030.0030.0030.0050.0030.0030.003 (206Pb/204Pb)

i

**17.97617.98718.02318.08318.04318.07418.12518.03717.87917.788

(207Pb/204Pb)

i

**15.51115.51815.52115.52615.52215.52315.54615.51615.50015.531

(208Pb/204Pb)

i

**37.98838.03738.06138.11838.05438.05538.18438.05537.93037.735 * 质谱测定结果；** 扣除放射成因Pb同位素积累后获得的初始比值；LJ696，ZYN为样品号。

高　校　地　质　学　报13卷２期

242

粗面岩有相对较高的Rb/Sr 比值和87Sr/86Sr 值（0.70966和0.71363），相似的

143

Nd/144Nd 值

（0.51225和0.51236）。以125 Ma 计算这些样品的同位素初始比值，其中I Sr 的范围除低Na 的粗面岩（ZY779）给出较高的值0.7078外，其他粗面岩为0.7060~0.7063，εNd 值为-3.9~-6.2，与刘洪等（2002）样品给出的I Sr =0.7057~0.7062和εNd =-5.0~-6.3的范围一致，均表现出同位素富集的特征。长江中下游富Na 基性岩（Chen et al, 2001）则给出更高的I Sr 和更大的εNd 值范围，分别是0.7070~0.7086和-9.9~-5.2（除阳湖塘和蒋庙外）。

庐枞火山岩的初始Pb 同位素组成是根据测定的全岩Pb 同位素组成，结合U，Th，Pb 的含量，扣除125 Ma 以来放射成因Pb 同位素的积累计算得到。玄武粗安岩和粗面岩有很一致的初始Pb 同位素组成，富集放射成因Pb 同位素，其中 (206Pb / 204Pb)i = 17.788~18.125，( 207Pb / 204Pb )i = 15.500~15.546，( 208Pb / 204Pb )i = 37.735~38.184。在( 206Pb / 204Pb )i -( 207Pb / 204Pb )i 相关图（图6a）中，

这些样品与下扬子基性岩及蝌蚪山玄武岩一样落在地球参考线（GEOCHRON）右侧，北半球参考线 （NHRL）上方，Zartman 的Pb 同位素地幔演化线和造山带之间，处于亏损地幔端元（DMM）和EM II 端元之间，也与以下扬子地区花岗岩为代表的扬子下地壳的范围（张理刚等，1995）一致。

4　讨论

最基性的火山岩代表受到地壳物质的影响最少，或结晶分异程度最低的样品。其地球化学特征也最能反映地幔源区的性质。因此在以下讨论中， 将以双庙组火山岩为主要对象。4.1　地壳物质的影响

玄武岩的形成需要经历在地幔岩浆房的演化、

穿过陆壳上升、喷发等过程。其中，地壳物质既可以通过交代作用进入地幔源区（Jahn et al, 1999；Zhang et al, 2002a），也可以在岩浆上升过程中被同化。庐枞双庙组粗玄岩给出较低的Mg #值（表1），富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，以及富集Sr -Nd -Pb 同位素的特征，均表明存在地壳物质影响。

大别造山带花岗岩和基性岩数据来自Zhang et al (2002), Chen et al (2002)和Wang et al (2005)；扬子下地壳的范围参考Jahn et al (1999)

图5　庐枞火山岩的I Sr -εNd (t )图解

Fig.5 The I Sr -εNd (t

) plot for the volcanic rocks from Luzhong

谢智等：庐枞早白垩世火山岩的地球化学特征及其源区意义２期

243

大别造山带花岗岩和基性岩数据来自Zhang et al (2002)和Wang et al (2005)；扬子下地壳的范围参考陈江峰等（1993）；华北下地壳的范围参考张理刚等（1995）；方城玄武岩参考Zhang et al (2002a)

图6　庐枞火山岩的Pb同位素组成图解

Fig.6 Pb isotopes plots for the volcanic rocks from Luzhong

但地壳物质是通过源区混合，还是在岩浆上升过程中混染必须首先澄清。由于缺乏地幔包体，难以获得玄武岩浆快速上升的直接证据，因此需要根据岩石化学数据来讨论。

扬子地块下地壳基底中最古老的岩石是太古

代崆岭群花岗质片麻岩（Chen and Jahn, 1998），其εNd(t)值约为-40左右（Ma et al, 2000）。此外，大别造山带中TTG片麻岩以及由TTG片麻岩重熔形成的白垩纪花岗岩的εNd(t)为-14~-23，I Sr>0.7073（Chen and Jahn, 1998）；与庐枞火山岩同处岩浆岩

高　校　地　质　学　报13卷２期244

内带（邢凤鸣和徐祥，1999）的铜陵地区晚中生代花岗岩的εNd(t)为-8~-17，I Sr为0.7058~0.7094（陈江峰等，1993）。这些岩石代表了可能的扬子下地壳物质（所有数据均已对125 Ma重新计算）。若所研究庐枞火山岩中有地壳物质混染，其同位素组成应介于亏损地幔端元和这些下地壳物质之间。简单的计算表明，如果庐枞火山岩是亏损的软流圈地幔和类似铜陵地区花岗岩的下地壳基底的混合，至少需要有30%~40％的地壳物质的参与，而铜陵地区花岗岩多具有Na2O>K2O，低Al2O3等特征，属于I型花岗岩。庐枞基性火山岩具有低SiO2，K2O/ Na2O>1等特点，且高不相容元素Th，U与Mg#呈负相关关系，相容性元素Cr，Ni与Mg#呈正相关关系，1/Sr-I Sr和1/Nd-εNd(t)（图7）也没有表现出明显的地壳混染信息，与蝌蚪山玄武岩极为相似。

刘洪等（2002）认为尽管下扬子地区存在富碱膏盐层，未发现K盐，这种碱质可能会使局部火山岩的碱质提高，但不能导致普遍的火山岩富K，且庐枞中性火山岩的1/Sr-I Sr表现出水平的线性关系，不支持同化混染的观点，因此这些火山岩中没有地壳物质的混染。闫峻等（2005）也认为蝌蚪山玄武岩来自于富集的中生代岩石圈地幔，玄武岩形成时没有明显的地壳物质的加入，这些玄武岩的1/Sr-I Sr和1/Nd-εNd(t)关系图上未表现出线性相关，在SiO2-εNd(t)关系图上也没有明显显示，结合其他岩石化学资料，闫峻等（2005）认为这些玄武岩没有受到明显的地壳物质的混染，其地球化学特征反映了源区地幔特征。赵子福等（2003）对大别山沙村基性岩研究也认为这些岩石来自富集的古老岩石圈地幔。

这些证据清楚表明，基性火山岩浆在上升过程中没有明显地壳物质的加入。因此，本研究认为庐枞中生代基性岩中的地壳物质信息是岩浆源区本身的地球化学特征。

4.2　地幔源区的特征

对MORB和OIB的同位素研究，区分出了不同的地幔端元，如DMM，HIMU，EMI和EMII等，其中DMM属于亏损地幔，HIMU具有较高U/Pb 比。EMI和EMII属于两种不同的富集地幔端元，其中EMI以低143Nd/144Nd，低206Pb/204Pb和中等87Sr/86Sr等为特征；EM II端元表现出高87Sr/86Sr，高206Pb/204Pb和中等143Nd/144Nd等特征。

本研究中庐枞火山岩在125 Ma时，I Sr的范围是0.7060~0.7063，εNd值是-4~-6，在I Sr-εNd(t)图解中（图6）中，介于亏损地幔和铜陵地区花岗岩之间。同时，在206Pb/204Pb-207Pb/204Pb和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb图解（图7）中，可以更清楚地看出，庐枞火山岩落在长江中下游中生代基性岩（Chen et al，2001）的范围内，介于DMM和EMII之间，接近DMM端元处，与以铜陵地区中酸性侵入岩为代表的扬子下地壳的范围一致，明显不同于大别造山带花岗岩和基性岩的Pb同位素组成。显然，庐枞火山岩的源区同位素地球化学性质与EMI端元存在相当大的差别，而与EMII端元接近。

刘洪等（2002）根据庐枞地区4个火山组岩

图7　庐枞火山岩的1/Sr-I Sr和1/Nd-ε

Nd

(t)图解

Fig.7 1/Sr-I Sr and 1/Nd-ε

Nd

(t) diagrams for the volcanic rocks

from Luzhong

谢智等：庐枞早白垩世火山岩的地球化学特征及其源区意义

２期245

石的地球化学数据认为，这些火山岩与五大连池富K火山岩相似，都具有EMI型特征，也代表了地幔源区的性质。这种论断是由于他们没有对火山岩进行Pb同位素分析的缘故。事实上，Chen et al（2001）对相邻的下扬子地区基性侵入岩的Sr-Nd同位素研究表明，其源区是EMII型富集地幔特征；闫峻等（2005）也认为蝌蚪山玄武岩的Sr-Nd-Pb同位素特征明显表现出趋向EMII端元或介于DMM和EMII之间，EMI的特征不明显。Zou et al （2000）也认为中国东部新生代玄武岩中，位于华北克拉通的残留有EMI的信息，而扬子地块的玄武岩源区中有EMII信息残留。因此，根据本文数据并结合这些研究成果就可以推测，扬子地块东部晚中生代玄武岩地幔源区具有同位素富集特征，类似于EM II型富集地幔。

与华北克拉通中生代基性岩浆岩相比，庐枞火山岩表现出与济南、邹平辉长岩（Guo et al, 2001, 2003）以及方城、胶东基性岩均不相同的地球化学性质。济南、邹平辉长岩给出较低的I Sr和较低的εNd(t)值范围，分别是0.7043~0.7060和-9~-21 (Guo et al, 2001，2003)，(206Pb/204Pb)i=16.56~16.84，(207P b/204P b)i=15.22~15.28，(208P b/204P b)i= 36.29~36.72 (Zhang et al, 2004)；而方城玄武岩的I Sr= 0.7094~0.7101，εNd(t)=-13~-14，(206Pb/ 204Pb)

i

=17.44~17.59，(207Pb/204Pb)i= 15.45~15.54，(208Pb/204Pb)i= 37.40~37.67 (Zhang et al, 2002a)；类似的胶东煌斑岩的I Sr= 0.7079~0.7093, εNd(t) =-12~-17(Guo et al, 2004)。表明晚中生代时，庐枞玄武岩地幔源区较华北（除方城等）玄武岩源区有更高的Sr同位素初始比值和低的εNd(t)值以及更富放射成因Pb同位素组成，即晚中生代华北岩石圈地幔和扬子岩石圈地幔存在明显的差别，前者以EMI特征为主，而后者以EMII特征为主。4.3　庐枞早白垩世富集地幔的可能成因

这种具有同位素富集特征的中生代岩石圈地幔在长江中下游地区是广泛存在的（Chen et al，2001；闫峻等，2003b，2005），对这种地幔源区性质的形成，存在不同的认识。

（1）刘洪等（2002）认为，中生代时俯冲古太平洋板片脱水释放流体，交代上覆地幔楔，形成富集地幔。但闫峻等（2005），范蔚茗和郭锋（2005）认为在晚中生代时，并没有明显的古太平洋板块对中国东部岩石圈地幔性质的影响；而且这些中生代碱性岩浆岩的地球化学特征与俯冲背景下形成的钙碱性岩浆作用有明显区别（范蔚茗和郭锋，2005及其所引文献）。因此本研究不倾向于受太平洋俯冲板片释放交代的富集地幔源区特征。

（2）闫峻等（2005）认为，这种岩石圈地幔性质可能是中生代以前的大洋沉积物释放的流体/熔体交代上覆地幔。但对扬子和华夏板块的碰撞对接关系并不清楚，是需要深入研究的课题，是否存在华夏向扬子地块俯冲并进入岩石圈地幔仍未可知，因此这种流体/熔体的来源也需要更多的资料来证明。

（3）Chen et al（2001）认为亏损的软流圈地幔和EMII型扬子岩石圈地幔的混合，形成中生代扬子岩石圈地幔，但没有给出可能的混合比例。庐枞双庙组粗玄岩的微量元素特征表明，其中Ni，Cr含量普遍低于25×10-6，Mg#值也在50以下，HFSEs表现出明显的亏损特征，即使考虑结晶分异的影响，这些偏低的指标也反映源区中没有亏损软流圈地幔物质的贡献，即使有也很有限。庐枞基性火山岩的Eu/Eu*的范围是0.9~1.0，与Gao et al (2004)给出的火山岩的值相当，暗示庐枞火山岩源区中有下地壳物质的贡献。

数据表明，庐枞地区玄武岩源区中有显著的地壳物质的影响。崆岭群变质岩或/和铜陵地区花岗岩是可能的扬子地块下地壳物质代表。扬子地块最古老的基底崆岭群片麻岩具有很低的的εNd值和相对较高的Ni，Cr含量（Gao et al, 1999），但缺少Pb同位素数据的制约，因此目前无法判断崆岭群片麻岩对庐枞玄武岩源区的贡献，且现有研究资料表明，这些古老变质岩的分布范围有限，主要位于湖北宜昌地区，扬子地块东部下地壳是否存在类似崆岭群物质仍处于研究中。铜陵地区花岗岩是壳幔物质混合的产物（陈江峰等，1993），以下地壳物质贡献为主，形成于约137 Ma（未发表数据），可以作为扬子地块下地壳平均同位素组成的一种近似。庐枞玄武岩的出露范围与铜陵地区花岗岩接近，后者的Sr-Nd同位素组成表现出较前者略富集的特征，而两者间Pb同位素组成范围基本一致，表明两者间存在地球化学性质的成因联系。

高　校　地　质　学　报13卷２期246

综上所述，庐枞基性火山岩的地幔源区具有明显的Sr-Nd同位素富集特征，以及较高的放射成因Pb同位素比值，反映玄武岩源区中存在地壳物质的影响。因此作者认为，与庐枞相邻地区的下地壳物质对玄武岩地幔源区的地球化学组成有明显的贡献，但这种贡献并不是发生在岩浆上升过程中，而是地幔源区混合过程。

4.4　大地构造学意义

橄榄安粗岩主要形成于岛弧环境（Morrison, 1980; Muller and Groves, 1995），少数产于板内裂谷和大陆边缘环境。岩浆来源于与俯冲作用有关的富K和LILE的交代地幔。庐枞火山岩产于长江北侧，远离扬子-华夏的分界江-绍断裂，也位于Li (1994)所给出的扬子和华北克拉通的界线南侧，郯庐断裂带东侧，属扬子地块板内环境。这种板内碱性岩浆的形成一般与软流圈地幔上涌和岩石圈伸展－减薄或板内裂谷有关。

李献华等（2001）研究了粤西中生代橄榄安粗质侵入岩的地球化学性质，其中一些岩体给出与庐枞火山岩非常类似的地球化学特征，如LREE富集，Nb，Ta，Ti负异常以及Ba，P负异常，Rb，Th，K富集明显。李献华等（2001）认为这些侵入岩的形成与桂东南-粤西燕山早期软流圈地幔上涌、岩石圈伸展和裂谷作用有关。

Fan et al（2001）对苏鲁地区中生代岩浆岩的研究认为，在晚中生代Izanagi板块向北移动和郯庐断裂的长距离位移可以产生拉分盆地，并引起盆地下的伸展、岩石圈的减薄和加厚岩石圈去根，随后软流圈地幔上涌，使晚中生代交代地幔发生广泛熔融。而对华南大面积中生代岩浆岩形成的动力学模型虽然有多种不同的模式，但对华南地区白垩纪伸展的动力学背景已为大家所接受。在这种伸展体制下，形成大量的白垩纪盆地，A型花岗岩和碱性岩，以及板内基性岩和双峰式火山岩（王强等，2003及其所引文献）。

从中生代到新生代，扬子地块东部岩石圈地幔的同位素特征由富集向亏损转变，反映了软流圈物质的显著加入。庐枞火山岩表现出的岩石化学性质中虽然没有明显的软流圈地幔的贡献，但可以推测的是，庐枞火山岩形成与扬子地块中生代—新生代岩石圈地幔性质置换与软流圈上涌有密切的联系。其形成时代可能代表软流圈地幔上涌以及岩石圈地幔置换开始的时间。

但现有地球化学数据，也不能排除下地壳拆沉模式的可能性。该模式认为，加厚的下地壳，由于密度增加，使得过厚的岩石圈根重力不稳定，岩石圈从下地壳位置拆离，进入下伏软流圈。如Wang et al（2004, 2006）对庐枞邻近地区早白垩世埃达克质和橄榄安粗质岩浆岩的地球化学研究认为，白垩纪以前，中国东部存在加厚的地壳和岩石圈地幔，在侏罗纪—白垩纪中国东部的拉张环境下，下地壳拆沉进入受到热的软流圈的影响发生熔融的岩石圈地幔，形成橄榄安粗岩浆。借鉴这一模式，可以推测，庐枞地区加厚岩石圈在早白垩世可能拆沉进入软流圈，软流圈提供的热量使得岩石圈发生熔融，并发生源区混合。

具体哪一种模式更符合实际地质情况，从现有同位素数据难以进行辨别，但这些数据表明，扬子地块东段下地壳物质对早白垩世基性岩的地幔源区有显著贡献。这对进一步探讨地幔岩浆起源有重要的制约意义。

5　结论

本文研究样品是富集岩石卷地幔部分熔融后结晶分异的产物，其微量元素表现出岛弧特征，根据元素和同位素地球化学证据，可以得到如下结论：（1）双庙组玄武粗安岩和粗玄岩在通过喷发出地表的形成过程中，没有受到明显的地壳物质混染，因此，其微量元素和同位素组成能反映其地幔源区的地球化学特征。

（2）这些火山岩来自富集地幔，受到扬子下地壳物质显著影响的，这种影响来自于壳幔物质在地幔源区的混合。

（3）Sr-Nd-Pb同位素组成与华北岩石圈地幔相比明显偏向EM II型端元，软流圈物质的影响很小。晚中生代是否存在太平洋板块向中国大陆东部俯冲以及俯冲物质带来的对岩石圈地幔的影响仍需要更多的证据来判别。

（4）庐枞火山岩属于橄榄安粗岩系，可能形成于晚中生代中国东部岩石圈地幔伸展的动力学背景下，虽然没有明显的软流圈物质信息，但结合相邻地区出现的亏损的晚中生代玄武岩，有理由推测

谢智等：庐枞早白垩世火山岩的地球化学特征及其源区意义

２期247

这些火山岩的形成时代可能反映扬子陆下岩石圈地幔伸展、软流圈地幔上涌以及随后带来的岩石圈地幔地球化学性质置换的开始时间。但不能排除下地壳拆沉的构造模式。

致谢：河北廊坊地质实验研究所李林庆及其同事帮助进行样品的破碎和薄片处理；中国科学技术大学地球和空间科学学院钱卉帮助进行同位素分析处理，在此表示衷心的感谢。南京大学周金城教授对稿件进行了审阅，并提出宝贵意见，在此表示衷心感谢。

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Abstract: The sub -continental lithospheric mantle (SCLM) under the eastern part of North China was thinned and the geochemical characteristics were replaced during Mesozoic and Cenozoic. The Mesozoic SCLM under eastern Yangtze block shows the similar procedure as that in North China craton. This paper reports the geochemical characteristics of Mesozoic volcanics, which will be helpful for understanding the characteristics of Yangtze SCLM and the time -space relationship of the replacement characteristics from Mesozoic to Cenozoic. The Luzhong volcanics, occurring in eastern part of China and belonging to Yangtze block, are a set of Late -Mesozoic alkali -rich shoshonitic rocks, which include trachybasalts -basaltic trachyandesite -trachyte. The Suangmiao group, part of the Luzhong set, was studied in detail in this paper. The volcanics were slightly contaminated by crust materials during the formation, and the elemental and isotopic compositions can well reflect their mantle source. The basaltic rocks are characterized by enriched Rb, K, Sr, Th and LREE, and depleted HFSEs. They also have enriched Sr -Nd isotopic compositions with (87Sr/86Sr)i = 0.7060~0.7063，εNd (t ) = -3.9~-6.2，(206Pb/204Pb)i = 17.788~18.125，(207Pb/204Pb)i = 15.511~5.546, (208Pb/204Pb)i = 37.735~38.184. These data suggest that the magma was partially melted from enriched mantle source, which was effected by lower crust materials within the source, and followed by crystal fractionation. The magma composition and mantle source characteristics of Luzhong volcanics imply the extension of lithospheric mantle and asthenosphere upwelling in the Late Mesozoic.

Key words : trace elements; Sr -Nd -Pb isotopes; shoshonitic rocks; extension of lithosphere; Suangmiao group

The Geochemical Characteristics of the Early -Cretaceous Volcanics in Luzhong Region and Their Source Significances

XIE Zhi, LI Quan -zhong, CHEN Jiang -feng, GAO Tian -shan

（CAS Key Laboratory of Crust -Mantle Materials and Envoirments,

School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China ）

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