济南辉长岩体rbrs同位素不平衡成因探讨.docx

济南辉长岩体rbrs同位素不平衡成因探讨 济南辉长岩位于中国东部克拉通地区。它是中国东部和华北岩浆岩活动带的典型基性侵入体，许多科学家对此进行了研究。在前人工作的基础上,本次工作采集了济南辉长岩的几个样品,对全岩和矿物的锶、钕同位素组成作了分析。结果表明,济南辉长岩的形成年龄为大约为144 Ma,本区中生代地幔性质为不均一的富集(交代的)地幔。 济南辉长岩分布在济南及其以北地区(图1),它是济南杂岩体的主体,主要由橄榄辉长苏长岩、辉长岩组成,出露面积最大的见于济南杂岩体中南部的栗山、匡山、无影山至金牛山、凤凰山一带,另外在黄河以北的鹊山、驴山和卧牛山等地也有小范围出露。 济南杂岩体位于华北地块中部,太古代变质基底出露于岩体以南,北部为中新生代凹陷区,为第四纪所覆盖。岩体围岩除东北部为石炭系和二叠系砂岩外,其他地区均为奥陶系中统灰岩(图1)。 样品采自济南金牛山和匡山,采样位置及编号见图1。镜下鉴定为橄榄辉长岩(J3)、橄榄辉长苏长岩(J7)、辉长苏长岩(K6),辉长结构,为典型的基性岩,岩石为钙碱性系列。 本次分析了3个全岩和5个矿物的铷、锶和钐、钕同位素组成(表1)。钐、钕、铷、锶含量和钕、锶同位素比值在中国科大化学地球动力学实验室测定,分析流程见文献。质谱测定在Finnigan/MAT262多接收质谱计上完成。在测试过程中锶、钐和钕同位素组成分别用86Sr/88Sr为0.119 400、149Sm/152Sm为0.516 858、146Nd/144Nd为0.721 900进行标准化,采用瑞利律进行同位素质量分馏校正。钕同位素质谱测定结果调整到La Jolla的143Nd/144Nd 0.511 860,并以εNd单位表示。标准样品BCR1的铷、锶、钐、钕含量和锶、钕同位素组成测定结果在误差范围内与推荐值一致(表1)。用参考等时线年龄对放射成因锶和钕进行扣除,得到锶和钕的同位素初始比值,分别用ISr和INd表示。计算结果列于表1。 根据以上测定,讨论如下。 (1) 测年结果:从橄榄辉长苏长岩(K6)分离了3个单矿物(单斜辉石、斜长石和黑云母)。3个单矿物和全岩点构成线性排列,使用ISOPLOT软件,采用模型3进行计算,其参考等时线年龄为 144±25 Ma,MSWD=94,ISr=0.705 8±0.001 7(图2)。 辉长苏长岩(J7)的Rb-Sr数据以及该样品和K6的Sm-Nd数据都不构成等时线。同一岩石的一组样品的同位素比值在图中不构成等时线排列的原因有多种,可以是样品形成于不同的母源物质;岩石形成以后受到过热事件的影响,未能保持铷、锶、钐、钕的封闭体系;锶、钕初始比值不均一以及测定误差较大等。前人对济南辉长岩的年龄测定做了很多工作,大多数的样品都构不成等时线。本次采集的样品从显微镜鉴定结果来看,并没有受到过后期热液交代或风化蚀变。综合来看,造成济南辉长岩样品同位素数据不构成等时线的原因很可能是岩浆融体来自于同位素初始比值不均一或者说同位素未达到平衡的地幔源区。本文仍然采用的年龄为144±25 Ma,为参考年龄。 (2)源区性质:假设济南辉长岩的形成年龄为144 Ma,计算出全岩样品同位素的初始值87Sr/86Sr(t)为0.705 3到0.708 9,εNd(t)为 -9.08～-13.05,其中K6和J7的比值相近,而J3的比值差别较大。在εNd(t)-87Sr/86Sr(t)关系图上显示出负相关关系(图3)。 济南辉长岩为典型的基性岩,起源于地幔的部分熔融。其εNd(t)值表明,源区具有富集地幔的性质,εNd(t)值的差别反映了源区的不均一性。从济南辉长岩的产状来看,虽然缺乏严格的年代制约,但基本可以肯定K6、J3和J7是在同一时期形成的。另外,由于其全岩的SiO2值为48.36%～48.72%,低的SiO2值表明该辉长岩体受到地壳的同化混染的可能性很小。 在εNd(t)-87Sr/86Sr(t)关系图上,济南辉长岩为DMM和 EMⅠ两端员混合的产物,华北中生代岩石圈地幔具有EMⅠ的性质,但济南辉长岩的初始锶、钕同位素比值却分布在DMM和 EMⅠ的混合线上。另外,图中还显示出了EMⅡ也参与了源区的混合。由于数据少,这里没有计算各端员的混合比例。 扬子地块和华北地块在印支期发生陆陆碰撞,本区中生代地幔的不均一性是否与扬子地块俯冲、断离从而在其后的几十个百万年中与华北岩石圈地幔发生混合有关,还是与太平洋板块的俯冲有关有待于进一步做仔细的工作。 结论: (1)济南辉长岩的同位素参考等时线年龄为144±25 Ma,同位素比值构不成好的线性排列的原因可能为岩石结晶时处于同位素不平衡状态; (2)济南辉长岩的源区性质为富集性质的不均一地幔,满足DMM、EMⅠ和EMⅡ的三元混合关系。