辽西义县组玄武岩中环带状单斜辉石的成因及其对岩浆演化的约束

摘要

辽西四合屯地区早白垩世义县组玄武岩包含大量具环带结构单斜辉石。本文对这些单斜辉石进行了系统的矿物学、主微量元素和原位Sr同位素分析,并探讨了义县组玄武岩的岩浆成因和演化历史。四合屯义县组玄武岩中的单斜辉石主要发育正环带结构,少量为反环带结构。反环带单斜辉石核部主要为透辉石,并具有低的Mg^(#)(65.5~79.7)和Cr_(2)O_(3)(<0.48%),以及高的Na_(2)O(0.34%~1.33%)和Al_(2)O_(3)(1.02%~3.20%)。它们具有轻稀土元素富集的配分型式,具有明显的Eu和Sr负异常,说明其与斜长石平衡过。在Mg^(#)-Na_(2)O/Al_(2)O_(3)相关图中,反环带单斜辉石核部总体落入华北古老下地壳麻粒岩中单斜辉石的成分范围,因此其可能是来自下地壳麻粒岩的捕虏晶。反环带单斜辉石幔部和正环带单斜辉石核部主要为普通辉石,它们具有高度一致且变化范围相对窄的化学组成,包括高的Mg^(#)(84.7~89.2)和Cr_(2)O_(3)(0.13%~1.41%),以及低的Na_(2)O(0.17%~0.48%)和Al_(2)O_(3)(1.44%~2.57%)。它们的轻重稀土元素强分馏,与玄武岩全岩组成吻合。利用单斜辉石和基性岩浆之间Fe-Mg及微量元素的分配系数,我们计算了与反环带单斜辉石幔部和正环带单斜辉石核部平衡的岩浆组成,结果表明它们与剔除橄榄石捕虏晶的全岩组成达到平衡,因此这部分单斜辉石是岩浆成因的斑晶。它们相比全岩具有变化范围较宽和整体略高的原位^(87)Sr/^(86)Sr比值(0.7058~0.7085)。岩浆成因单斜辉石结晶温压计算结果(1171~1221℃、0.54~1.08GPa)表明义县组玄武岩的岩浆演化主要发生在下地壳浅部(18~36km)。四合屯义县组玄武岩具有壳幔双重属性,捕虏晶矿物的同化混染和下地壳榴辉岩的拆沉作用并不能合理解释其大陆下地壳属性。本次研究中反环带单斜辉石核部捕虏晶具有较高的HREE含量,它们可能作为源区残留相记录了华北东部古老下地壳在中生代的部分熔融过程,该过程中对应的熔体相则可以解释义县组玄武岩的下地壳属性。因此,我们认为四合屯义县组玄武岩是壳幔相互作用(岩浆混合)的结果。义县组玄武岩的主体来自受俯冲洋壳改造的岩石圈地幔,在下地壳岩浆房或幔源岩浆上升过程中存在少量下地壳来源酸性熔体的混合作用。