鲁西地区早白垩世煌斑岩的Sr-Nd-Hf同位素组成:对华北克拉通东部岩石圈地幔性质的制约

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本文以鲁西地区煌斑岩——费县下崖煌斑岩和枣庄井子峪煌斑岩为研究对象,对它们进行了系统的矿物学、岩石学、锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学、全岩地球化学、Sr-Nd同位素以及锆石原位Hf同位素分析,确定了鲁西地区早白垩世煌斑岩的形成时代,阐明了早白垩世煌斑岩的源区性质和岩石成因,探讨了早白垩世煌斑岩形成的构造背景,进而揭示了华北克拉通东部早白垩世岩石圈地幔的属性和深部地球动力学过程。1、鲁西地区早白垩世煌斑岩的形成时代对鲁西地区费县下崖云煌岩以及枣庄井子峪云煌岩和井子峪辉石煌斑岩进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学分析。结果表明,具条痕状吸收的岩浆锆石的定年结果分别介于127 Ma123 Ma、135 Ma129 Ma和134 Ma128 Ma之间,其206Pb/238U加权平均年龄分别为126±2 Ma、132±1 Ma和130±1 Ma,即鲁西地区煌斑岩形成于早白垩世。2、鲁西地区早白垩世煌斑岩的岩石地球化学鲁西地区早白垩世煌斑岩具有不同的地球化学特征。基于主量元素TiO2的含量,将鲁西地区早白垩世煌斑岩分为两类:即TiO2<1.1%,Ti/Y<270的下崖和井子峪云煌岩定义为低钛煌斑岩(11SF01、11SF02、SF1-1和11SZ05),将TiO2>2.0%,Ti/Y>370的井子峪辉石煌斑岩划分为高钛煌斑岩(11SZ02)。低钛煌斑岩具低SiO2(40.2246.04%)、富MgO(1.716.11%)、TFe2O3(5.196.03%)以及高的Mg#(4270)值特征。它们整体表现为轻稀土元素(LREEs)相对富集,重稀土元素(HREEs)相对亏损的右倾型特征,富集大离子亲石元素(LILEs)(Cs、Rb和Ba),强烈亏损高场强元素(HFSEs,Nb、Ta和Zr、Hf)等特征,具有明显的Ti负异常和Pb正异常。高钛煌斑岩具更低的SiO2(34.3934.74%)含量以及高MgO(13.7613.92%)和TFe2O3含量(10.9711.03%)、富TiO2(2.25%)以及高的Mg#值(7074)。相对富集LREEs和亏损HREEs,高场强元素Nb、Ta、Zr、Hf亏损不明显。3、鲁西地区早白垩世煌斑岩的Sr-Nd-Hf同位素组成鲁西地区低钛煌斑岩的(87Sr/86Sr)i比值为0.7120830.712260,εNd(t)值为-18.8-18.6;高钛煌斑岩的(87Sr/86Sr)i比值介于0.7066290.706787之间,εNd(t)值变化于-5.01-4.64之间。低钛煌斑岩中锆石的176Hf/177Hf比值为0.2811510.282612,εHf(t)值介于-9.975.46之间;高钛煌斑岩176Hf/177Hf比值为0.2812090.282453之间,εHf(t)值介于-11.775.61之间。其中,低钛煌斑岩中岩浆锆石的εHf(t)值变化于-9.94-3.36之间,高钛煌斑岩中岩浆锆石的εHf(t)值介于-11.77-8.50之间。4、鲁西地区早白垩世煌斑岩的岩石成因及其形成的构造背景鲁西地区低钛煌斑岩具有低Si O2(40.2246.04%)、富TFe2O3(5.196.03%)、MgO(1.716.1%)和TiO2(0.500.78%)以及高的Mg#值(4270)特征,结合相对高的Cr、Co和Ni含量(104×10-6535×10-6、19.6×10-627.8×10-6和106×10-6269×10-6)和相对高的87Sr/86Sr初始比值(0.7120830.712260)和低的εNd(t)值(-18.81-18.6)及相对低的锆石εHf(t)值(-9.94-3.36),暗示它们的原始岩浆应起源于富集岩石圈地幔的部分熔融。然而,鲁西地区低钛煌斑岩富集轻稀土元素和大离子亲石元素、亏损重稀土元素和高场强元素,具明显的Pb正异常,结合新太古代-古元古代和新元古代岩浆锆石及晚三叠世变质锆石的存在,表明鲁西地区低钛煌斑岩的原始岩浆起源于源区受拆沉华北克拉通下地壳和俯冲扬子陆壳物质强烈改造的富集岩石圈地幔的部分熔融。鲁西地区高钛煌斑岩具有更低的SiO2(34.3934.74%)和高的TFe2O3(10.9711.03%)、MgO(13.7613.92%)和TiO2(2.25%)含量以及高的Mg#值(7374)特征;结合相对高的Cr、Co和Ni含量(322×10-6629×10-6、55.4×10-658.1×10-6和311×10-6325×10-6)和相对低的87Sr/86Sr初始比值(0.7066290.706787)、相对高的εNd(t)值(-5.01-4.64)及锆石εHf(t)值(-11.77-8.50),暗示高钛煌斑岩的岩浆源区具有富集岩石圈地幔的性质。但是,高场强元素(Nb、Ta和Zr、Hf)亏损不明显,具弱的Pb正异常,表明鲁西地区高钛煌斑岩起源于源区受少量华北克拉通下地壳物质改造的富集岩石圈地幔的部分熔融。鲁西地区低钛和高钛煌斑岩的形成时代分别为126 Ma、132 Ma和130 Ma,即早白垩世,这与华北克拉通东部岩石圈强烈减薄的时间相一致,同时与华北克拉通东部乃至中国东部中生代最重要的一次岩浆事件的时间相一致,结合华北克拉通东部早白垩世时期双峰式岩浆作用的存在,暗示鲁西地区高钛和低钛煌斑岩形成于华北克拉通东部早白垩世时期岩石圈强烈伸展的构造背景。
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