福建省新生代玄武岩40Ar/39Ar年代学及地质意义

2023-02-13 03:31严率旗张文慧王力圆聂俊韬
关键词:电子探针橄榄石闽东

严率旗,张文慧,王力圆,聂俊韬

(福州大学紫金地质与矿业学院,福建 福州 350108)

0 引言

福建省玄武岩较为发育,在中生代、 新生代均有分布. 中生代的侏罗—白垩纪和新生代的第三纪—第四纪为主要喷发时期[1]. 福建省新生代玄武岩主要分布在闽西的明溪、 柳城; 闽中的闽清、 漳平和闽东沿海的厦门、 龙海、 漳浦一带[2-3]. 自二十世纪八九十年代开始,前人即已对福建省新生代玄武岩形成时代开展研究, 主要年龄测试手段为K-Ar测年法[4-5]. 2000年以后,借助于仪器及分析技术的发展,高精度的40Ar/39Ar玄武岩的年龄测定不仅可以确定岩浆形成时代,还能够为区域构造演化提供证据. 而前人对福建省新生代玄武岩40Ar/39Ar年龄的测定主要限定在闽东沿海及闽西明溪一带,闽中基本空白,对沿海至内陆新生代玄武岩分布及动力学演化的整体认识有直接影响. 本研究对福建地区新生代玄武岩自闽东至闽西在年代学上进行深入研究,有助于探究玄武岩成因及其对福建地区壳幔相互作用在时间、 空间变化有更进一步的认识.

1 地质背景及样品描述

福建省位于欧亚大陆板块的东南缘,东临西太平洋板块,属华南褶皱系的一部分. 区内除志留系、 中下泥盆统和下第三系缺失外,从元古界至第四系地层发育比较齐全. 区内岩石类型复杂,沉积岩、 变质岩及火山岩地层出露面积各占全省陆地面积的三分之一[1].

根据前人数据[6-13]分析福建省内新生代玄武岩受到一系列北东向深断裂的影响,主要沿着3条断裂-岩浆带分布(见图1). 分别为宁化—南平构造岩浆带、 政和—大浦断裂带、 长乐—南澳断裂带[2]. 闽西的新生代玄武岩分布在宁化—南平构造岩浆带以南与政和—大浦断裂带以西之间,以碧玄岩、 碱性橄榄玄武岩为主,形成年龄为5.0~1.0 Ma[6-9]; 闽中新生代玄武岩分布在政和—大浦断裂带以东及长乐—南澳断裂带以北之间,以碱性橄榄玄武岩为主,形成年龄为14.0~11.0 Ma[10-11]; 闽东沿海的新生代玄武岩位于长乐—南澳断裂带东南部,以石英拉斑玄武岩与橄榄拉斑玄武岩为主,形成年龄为19.2~11.7 Ma[ 7-9, 11-13]. 福建新生代玄武岩K-Ar法和Ar-Ar法的测年结果统计数据如表1所示,整体显示出从沿海到内陆年龄逐渐减小的趋势.

图1 福建省新生代玄武岩年龄分布图

表1 福建省玄武岩K-Ar、 Ar-Ar年龄数据

本次样品位置见图1,详细信息见表2. 福建的石英拉斑玄武岩与橄榄拉斑玄武岩主要为中新世的产物,分布在福建龙海地区,而上新世的碧玄岩、 碱性橄榄玄武岩主要分布在闽中与闽西[14]. 玄武岩样品镜下显微照片见图2,玄武岩整体呈灰黑色、 斑状结构,块状构造. 岩石中斑晶矿物为橄揽石与单斜辉石,也可见地幔橄榄石捕虏体. 玄武岩基质呈间隐结构,由细小的橄榄石、 辉石、 斜长石,以及金属氧化物微晶和玻璃组成.

表2 福建省玄武岩野外采样信息

图2 玄武岩镜下显微镜照片

2 分析方法

2.1 40Ar/39Ar测试方法

将4件由闽东到闽西(XM-6、 YD-2、 LC-1、 MX-2)新鲜无蚀变的玄武岩样品碎样,剔除斑晶后制成粉末,送至中国核工业北京地质研究所测试研究中心. 样品辐照工作在中国核动力研究设计院HFETR反应堆中进行. 采用Ludwig的ISOPLOT 3.0软件对样品的40Ar-39Ar年龄进行计算[15].

2.2 电子探针分析

为了探究闽东到闽西玄武岩内部斑晶与捕虏晶变化,将4件玄武岩样品制成光薄片,并对其中的斑晶进行电子探针分析. 分析工作在福州大学紫金地质与矿业学院福建省矿产资源研究中心实验室完成. 使用JXA-8230型号电子探针(厂家为蓝星宇电子科技有限公司)进行测试, 检测限优于0.01%.

3 测试结果

3.1 40Ar/39Ar年龄测试结果

4件玄武岩样品(XM-6、 YD-2、 LC-1、 MX-2)的40Ar-39Ar定年结果见表3,其中MSWD是加权平均方差,是衡量等时线拟合好坏的一个重要参数. 玄武岩40Ar-39Ar定年坪年龄及反等时线年龄见图3. 4个样品的正、 反等时线年龄高度一致,反等时线年龄的误差更小,数据结果较理想.

表3 玄武岩样品激光40Ar/39Ar定年结果

图3 玄武岩40Ar-39Ar定年坪年龄及反等时线年龄结果

3.2 电子探针测试结果

4个玄武岩样品(XM-6、 YD-2、 LC-1、 MX-2)电子探针点位见图4,电子探针测试结果见表4. 橄榄石斑晶中SiO2含量37.25%~50.33%(质量分数,下同),CaO含量是判断橄榄石成因时的重要影响因素. 研究显示岩浆成因的橄榄石捕掳晶中CaO含量较高(大于0.1%),地幔橄榄岩中橄榄石斑晶CaO含量一般小于0.1%[16]. 综上所述分析,表4橄榄石斑晶核部中,只有YD-2-1、 YD-2-5、 LC-1-3,这3个点位所在橄榄石可能为捕掳晶,其余为斑晶.

图4 玄武岩薄片背散射及电子探针分析点位置图

表4 新生代玄武岩橄榄石斑晶电子探针分析结果

续表4

4 讨论

4.1 西太平洋俯冲对福建省新生代玄武岩形成的影响

福建省新生代玄武岩的形成普遍认为是受到太平洋向西俯冲的影响[17-19]. 西向俯冲的太平洋岩石圈板片可能在地幔过渡带中滞留,并由于脱水作用在该板片上方的上地幔楔中形成低速带[6, 20],低速带中富集 H2O和CO2的流体/熔体,与软流圈地幔相互作用,从而导致玄武岩浆的形成. 根据本文数据并结合前人研究资料[6-13],闽西明溪—清流一带玄武岩年龄主要分布在5.0~1.0 Ma; 闽中闽清—漳平玄武岩年龄范围在14.0~11.0 Ma; 闽东厦门—龙海—漳浦沿海玄武岩年龄分布在19.2~11.7 Ma. 综上所述,福建新生代玄武岩主要喷发时期为中新世至更新世,年龄分布总体显示出由闽东沿海到闽西内陆逐渐变年轻的趋势[21],与西太平洋板块NW向俯冲作用导致幔源基性岩浆喷发的推测相符合.

位于闽西的柳城玄武岩测得了较老的玄武岩年龄数据(17.35±0.93)Ma,与沿海地区玄武岩形成年龄相仿. 其橄榄石斑晶的SiO2、 Na2O+K2O的质量分数与明溪的数据相似,区别于闽东沿海. 地球物理资料显示[22],福建闽东沿海及闽西内陆存在NE向的软流圈地幔隆起带,该软流圈地幔隆起带可能是太平洋板块的俯冲对于上覆地幔的扰动所形成的,隆起带暗示了软流圈地幔上涌对新生代岩石圈地幔的强烈改造. 因此柳城碱性玄武岩17 Ma的喷发时间,可能揭示了西太平洋板块上覆地幔楔的一次岩浆扰动作用.

4.2 福建省新生代玄武岩橄榄石斑晶的组分变化特征

由表1可知:从闽东到闽西(沿厦门→洋底→柳城→明溪一线),玄武岩从橄榄拉斑玄武岩、 石英拉斑玄武岩逐渐演变为以碱性橄榄玄武岩为主[6-13], 指示玄武岩碱性程度逐渐增加. 探针数据显示,闽东沿海的橄榄石斑晶的SiO2质量分数最高,为50.33%; 而闽中、 闽西的橄榄石SiO2质量分数在37.25%~41.98%(表1,图5). 橄榄石斑晶NaO+K2O的质量分数最高的是闽西,为0.04%,闽东则接近于0. 因此从闽东至闽西,橄榄石斑晶呈现SiO2质量分数逐渐减小,NaO+K2O质量分数逐渐增高的趋势. 玄武岩SiO2质量分数减小、 NaO+K2O质量分数增大与源区的部分熔融程度减小有关. 太平洋西向俯冲时,越靠近俯冲带,上覆地幔楔受到越多板片脱水作用的影响而导致熔融程度增加. 同时,板片的脱水侵蚀作用可导致上覆的岩石圈减薄. 随着板片俯冲,上覆地幔楔受到脱水作用的影响减少,源区的熔融程度降低,对岩石圈的侵蚀作用降低,继而出现岩石圈从东向西厚度增大的趋势. 较大的岩石圈厚度可能又反过来导致了后续玄武岩地幔源区部分熔融程度的降低[23]. 张俊成等[24]通过计算得到闽东沿海地区新生代玄武岩岩浆形成深度为59 km; 闽西内陆地区新生代玄武岩岩浆形成深度为110 km,揭示了从闽东沿海到闽西内陆岩浆来源深度增大,岩石圈厚度增厚.

图5 新生代玄武岩橄榄石斑晶硅碱图

5 结语

1) 福建省新生代玄武岩40Ar-39Ar同位素年龄整体呈现从闽东→闽西年龄逐渐变小的趋势,与西太平洋板块NW向俯冲作用导致幔源基性岩浆喷发的推测相符合.

2) 福建省新生代玄武岩橄榄石斑晶的电子探针数据显示,由闽东→闽西,斑晶的SiO2质量分数逐渐减小,NaO+K2O质量分数逐渐增高,指示岩浆熔融程度由沿海至内陆是逐渐减少的,与前人研究的由东至西岩石圈厚度增加是一致的.

3) 最新获得的闽西柳城玄武岩40Ar-39Ar年龄((17.35±0.93)Ma)与东部沿海玄武岩相似,推测可能是太平洋板块北西向俯冲时引起的岩浆扰动作用形成的.

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