本文關(guān)鍵詞：松遼盆地北緣第四紀(jì)富鉀火山巖成因：橄欖石微量元素示蹤證據(jù)　出處：《中國地震局地質(zhì)研究所》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：在我國東北地區(qū)松遼盆地北緣,發(fā)育著一條“二克山 五大連池 科洛 小古里河”鉀質(zhì)火山巖帶,是該地區(qū)最主要和最年輕的鉀質(zhì)火山巖帶。由于該火山巖帶獨(dú)特的地球化學(xué)性質(zhì)(高K,低Al,不相容元素富集,輕稀土元素和大離子親石元素強(qiáng)烈富集,輕重稀土強(qiáng)烈分異,高87Sr/86Sr、207Pb/206Pb,低143Nd/144Nd、208Pb/204Pb),一直是研究的焦點(diǎn)之一。在過去幾十年里,一系列關(guān)于該火山巖帶巖石成因的模型被相繼提出,這些模型主要的爭論議題圍繞于巖漿起源溫度、巖漿源深度、部分熔融程度、交代模式、交代流體的來源及地幔含水情況,而本區(qū)原始巖漿到底起源于軟流圈地幔轉(zhuǎn)換帶的含水地幔柱還是大陸巖石圈地幔是最大的分歧�；诖�,本論文試圖在傳統(tǒng)全巖地球化學(xué)手段的基礎(chǔ)上,利用橄欖石微量元素示蹤證據(jù)探討上述問題。同時(shí),鑒于東北富鉀火山巖帶構(gòu)造位置特殊,位于巖石圈厚度存在差異的松遼盆地(中心約為80km,邊緣大于120km),是研究巖石圈厚度及成分對(duì)巖漿形成及控制作用的理想對(duì)象。因此本論文也對(duì)這一命題進(jìn)行討論。一、論文研究方法及理論依據(jù)基于高精度EMPA和LA-ICP-MS分析技術(shù)的發(fā)展和礦物微量元素測試精度的提高,利用橄欖石中的微量元素示蹤地幔部分熔融、地幔交代作用、巖漿早期結(jié)晶過程等地質(zhì)問題成為近年來一個(gè)新興的研究方向,主要涉及橄欖石中Ni、Co、Al、Cr、Zn、Ti、Li、V、Sc、Mn、Ca和P等元素的示蹤使用。本論文首先系統(tǒng)性地歸納和介紹橄欖石微量元素地球化學(xué)示蹤方法的原理、使用條件及示蹤案例,并對(duì)橄欖石微量元素示蹤的效果進(jìn)行評(píng)價(jià);綜合性闡述橄欖石微量元素示蹤的相關(guān)問題,如橄欖石微量元素賦存狀況、橄欖石微量元素測試手段、數(shù)據(jù)可靠性及測試流程要點(diǎn)、橄欖石的常規(guī)示蹤指標(biāo)及微量元素最新用途、橄欖石微量元素的使用條件及需注意的問題;然后利用橄欖石微量元素的地球化學(xué)示蹤方法體系對(duì)研究區(qū)的巖石成因進(jìn)行約束和深入探討。二、論文主要研究內(nèi)容本論文工作對(duì)整個(gè)東北富鉀火山巖帶進(jìn)行系統(tǒng)采樣,并進(jìn)行全巖主量、微量、Sr-Nd-Pb同位素分析以及橄欖石主微量元素分析。根據(jù)火山群所處位置處巖石圈厚度的不同,將巖石樣品劃分為三組:A組為二克山、南尖山及蓮花山;B組為五大連池、北尖山及科洛;C組為門魯河和小古里河。具體的分組標(biāo)準(zhǔn)為:100kmLA組120 kmLB組150 kmLC組(L指代巖石圈厚度)。依據(jù)全巖的主量、微量、Sr-Nd-Pb同位素?cái)?shù)據(jù),我們對(duì)研究區(qū)火山巖的種類、巖漿同源性、巖漿源區(qū)的交代特性、地幔端元組成等地球化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行判別和界定�；陂蠙焓⒘吭氐奶卣�,我們對(duì)巖漿過程及源區(qū)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的地球化學(xué)示蹤:(1)根據(jù)橄欖石中微量元素的賦存特性、配分行為、示蹤特征,我們將研究區(qū)橄欖石中微量元素劃分為以下幾組,i)ni、mn、co、cu、zn和li,ii)cr、al、v、sc、ca和na,iii)p、ti、li和zn;(2)利用ti、ca、zr、sc及mn元素對(duì)研究區(qū)橄欖石捕擄晶和斑晶的種類族群進(jìn)行劃分;(3)利用橄欖石斑晶的mg#和尖晶石的cr#特征和橄欖石-尖晶石地幔演化趨勢線(osma)圖解判別巖漿源區(qū)的虧損程度;(4)利用橄欖石中p、li、ti元素對(duì)巖漿源區(qū)是否受殼源物質(zhì)交代進(jìn)行判別;(5)利用橄欖石al-溫度計(jì)計(jì)算巖漿源區(qū)的潛能溫度;(6)利用橄欖石斑晶的al、cr特征判別巖漿源區(qū)的巖石組合;(7)通過橄欖石中ni含量特征判別巖漿源區(qū)交代作用、巖漿混合作用;(8)利用橄欖石微量元素特征判別研究區(qū)em-1端元組分的起源等等。對(duì)于巖石圈厚度及成分對(duì)巖漿形成控制作用的研究,我們采取以下方法:通過全巖的特定主、微量、同位素元素與巖石圈厚度變化的協(xié)變關(guān)系,判別巖石圈“蓋效應(yīng)(lideffect)”的作用;利用研究區(qū)富鉀火山巖中橄欖石的一些元素特征(如ni、ni/mg、ni/(mg/fe)、mn/fe和ca/fe)判別巖石圈“蓋效應(yīng)(lideffect)”和組分效應(yīng)對(duì)巖漿中礦物成分的影響。三、論文主要研究結(jié)果(1)研究區(qū)富鉀火山巖中橄欖石可劃分為四個(gè)族群,其中三個(gè)族群為巖漿成因斑晶,另一族群為地幔橄欖石捕擄晶,它們依次為:正常的巖漿結(jié)晶斑晶;巖漿演化后結(jié)晶斑晶;低-ni橄欖石斑晶;橄欖石捕擄晶。(2)橄欖石微量元素證據(jù)表明:研究區(qū)富鉀火山巖巖漿來自虧損程度較高的石榴石橄欖巖深度的源區(qū)(為方輝橄欖巖而非二輝橄欖巖),源區(qū)早期的熔體抽取程度和部分熔融程度差異導(dǎo)致了三個(gè)組火山巖中橄欖石斑晶成分的不同,同時(shí)揭示松遼盆地下巖石圈地幔的分層性;具有典型em-1端元特征的巖漿起源于大陸巖石圈地幔,它的源區(qū)往往經(jīng)歷過高程度的虧損和后期的交代作用;低ni橄欖石的研究指示巖石圈局部發(fā)生過碳酸巖化作用,由異剝橄欖巖和巖石圈地幔混合而成的源區(qū)發(fā)生部分熔融,形成小古里河所特有的高鉀巖漿。(3)三組火山巖中橄欖石最高結(jié)晶溫度平均值分別為1258℃(a組)、1224℃(b組)和1203℃(c組),它們的地幔源區(qū)熱狀態(tài)均較為接近(溫度差在20°左右),彼此間沒有特別明顯的熱異常。三個(gè)組橄欖石最大結(jié)晶溫度皆小于1300℃,明顯低于地幔柱的熱異常。因此,研究區(qū)下部不存在前人提出的“熱的”地幔柱。(4)綜合火山巖全巖地球化學(xué)和橄欖石主、微量成分特征,本文認(rèn)為“二克山-五大連池-科洛-小古里河”富鉀火山巖的形成過程包括:軟流圈物質(zhì)經(jīng)過一定程度的上涌和熔融,底侵于巖石圈地幔的底部,并且與被交代的上覆巖石圈地幔發(fā)生相互作用導(dǎo)致不同巖石圈厚度位置上軟流圈和巖石圈物質(zhì)不同比例的混合,形成成分不同的三組火山群。(5)研究區(qū)富鉀火山巖全巖主量元素(如Si72、Al72、Mg72、Fe72、Ti72和P72)、微量元素(如Sm/Yb、La/Sm)含量及橄欖石的一些元素特征(如Ni、Ni/Mg、Ni/(Mg/Fe)、Mn/Fe和Ca/Fe)與巖石圈厚度的線性協(xié)變關(guān)系表明了巖石圈厚度變化(Lid effect)與松遼盆地富鉀火山巖成分之間存在響應(yīng)關(guān)系。四、論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)(1)系統(tǒng)性歸納介紹了橄欖石微量元素示蹤這一新方法體系。(2)首次將橄欖石微量元素示蹤方法用于東北鉀質(zhì)巖的巖石成因研究,對(duì)巖石成因信息(巖石源區(qū)組合、源區(qū)虧損程度、部分熔融程度等)提供了有效的約束。(3)探討了大陸巖石圈在玄武質(zhì)巖漿形成過程中對(duì)巖漿及其礦物(橄欖石)成分的控制作用。
【學(xué)位授予單位】：中國地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P588.14;P595
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本文編號(hào)：1310854