福建早侏罗世火山岩岩石地球化学特征及岩石成因研究
2015-01-15陈润生
陈润生
(福建省地质调查研究院，福州，350013)
早侏罗世是福建境内早中生代火山作用相对强烈的活动时期，火山作用具有明显的旋回性，形成了一系列相对独立的火山盆地[1，2]。自闽西南地区永定堂堡、五湖、蓝地，龙岩上溪柄，平和芦溪等地(向西南延入广东)发现早侏罗世火山地层(盆地)以来[3-5]，近年开展的区调工作，根据岩石组合、接触关系、地层对比及同位素年龄测定等资料，在福建省东部火山岩地区的闽清上莲、永泰莲峰[6]、永春福鼎、长泰内寮、同安白交祠、平和金京洋等地，于晚侏罗世火山岩的下部先后发现了早侏罗世火山岩地层；在福建省西部的武平甘棠、十方，尤溪联合，漳平淇洋等地也发现了规模不等的早侏罗世火山地层分布。从火山岩分布的岩相古地理分析，发现火山活动沿沉积盆地呈北(北)东向带状分布，空间上可分为武平、尤溪—永定、闽清—平和3个火山岩带。由南往北，由海相逐渐过渡为陆相，火山作用的强度也愈来愈弱。
福建各地早侏罗世火山岩石组合及岩相组合非常复杂，不同地区岩相组合、岩石组合差异明显。西南部永定地区岩石组合为玄武岩(安山岩)-流纹岩组合，属强基性-弱酸性端元。东北部闽清上莲及尤溪联合等地下部具安山质-流纹质组合的双峰式特征。在平和芦溪主要是深灰色次闪石化的玄武岩、安山岩夹安山质火山角砾岩，主要为玄武岩-安山岩的单峰式组合。中部平和金京洋—西坑、长泰内寮、同安白交祠等地主要是深灰色次闪石化的(玄武)安山岩、英安岩夹英安质晶屑凝灰熔岩，属安山岩-英安岩的单峰式组合。从早侏世火山岩空间分布特征来看，总体由西南往东北基性单元从玄武岩向玄武安山岩、安山岩过渡，岩石更偏中基性。
笔者曾对早侏罗世火山地层进行了对比分析，对岩相古地理特征进行了系统的研究，初步分析探讨了早侏罗世火山作用的动力学机制及大地构造学意义[7]。但是，全省不同地区、不同组合的岩石地球化学特征及对不同类别的岩石成因研究还很薄弱。为此，选择较有代表性的永定、平和、长泰—同安、闽清—永泰等地区，由笔者参加的1∶5万、1∶25万区域地质调查、矿产远景调查项目及引用部分区调、科研和已发表的论文[8]等分析测试成果共32件，开展早侏罗世火山岩的岩石地球化学特征对比研究，同时探讨岩浆起源、演化及不同类别的岩石成因。
1 岩石定名及岩石系列划分
福建早侏罗世火山岩在岩石分类硅碱图(邱家骧，1979)及TAS分类图(Le Bas等，1986)上投影结果完全一致，与岩石学定名近于一致，其中玄武岩与流纹岩区投影点较集中，其它岩类样品数量少，投影点较分散。永定火山岩为玄武岩-安山岩-流纹岩组合，以玄武岩-流纹岩为主；平和芦溪主要为玄武岩，平和金京洋为安山岩-粗安岩组合；长泰内寮—同安白交祠为安山岩-英安岩组合；闽清上莲—永泰莲峰为安山岩-流纹岩组合。
在AR-SiO2关系图与碱度图及硅碱图上主要投影在亚碱性系列，永定及平和金京洋2件玄武岩和1件粗安岩样品投影到碱性系列。为了更准确地区分，利用Ol′-Ne′-Q′图进行投影，全部样品都投影至亚碱性系列。利用A-F-M图及P2O5-Zr图解，玄武岩全部投影到拉斑玄武岩系列区。进一步利用Fe2++Fe3++Ti-Al-Mg阳离子投影图，永定及平和芦溪地区的玄武岩投影点较集中，属亚碱性高铁拉斑玄武岩系列。
在An-Ab′-Or图上，火山岩主要属亚碱性钾质-普通系列。
2 主量元素特征
永定(含与永定盆地相近的平和芦溪，下同)早侏罗世火山岩具双峰式特点，基性单元为玄武岩，总体SiO2含量49～52 wt%，少量安山岩SiO2含量53～58 wt%；酸性单元为流纹岩，SiO2含量71～76 wt%，随岩石自基性向酸性方向变化，其SiO2含量的变化是不连续的，存在明显的戴里缺口，戴里间断为15左右。在福建永定地区早侏罗世火山岩部分氧化物Harker图上，玄武岩的TiO2、FeO+Fe2O3、Na2O、 Al2O3、P2O5等氧化物的含量变化较小，而MgO、CaO的含量变化大；流纹岩中MgO、CaO、P2O5、TiO2、FeO+Fe2O3等含量变化较小，而Na2O、K2O、 Al2O3的含量变化大。永定早侏罗世玄武岩(含平和芦溪，以下简称永定玄武岩)MgO含量变化大，可以分为相对高MgO组和低MgO组，相对高MgO组Mg#为50.62～56.69，低MgO组32.44～45.16，高MgO组玄武岩含较高的Na2O，但其SiO2、 K2O和P2O5较低；低MgO组则相反。说明玄武岩浆经过不同程度的演化，低MgO组玄武岩浆可能是高MgO组玄武岩浆进一步分离结晶形成的。
永定玄武岩的TiO2含量为2.52～2.59 wt%，属于“高Ti玄武岩”。全铁如用FeO*表达(把Fe2O3换算成FeO*)，则平均值为11.69 wt%。永定玄武岩的主要氧化物特征与福建—浙江东部地区来自岩石圈地幔的早白垩世玄武岩有明显的区别，浙东拉斑玄武岩的TiO2含量平均为1.4 wt%[9]，永泰碱性玄武岩的TiO2含量平均为1.66 wt%[10]，比永定玄武岩要低得多。大量资料表明，尽管地幔橄榄岩部分熔化程度的不同可以导致玄武岩的TiO2含量的区别，但来自软流圈的玄武岩浆相对高Ti(如OIB的TiO2平均为2.86 wt%)，来自岩石圈地幔的玄武岩浆相对低Ti。例如，在研究程度较高的汉诺坝玄武岩中，42个来自岩石圈地幔的拉斑玄武岩的TiO2平均含量为1.82 wt%，而28个来自软流圈地幔的碱性玄武岩的TiO2平均含量为2.60 wt%[11]。
另外，永定早侏罗世拉斑玄武岩全铁(FeO*)平均含量为11.69 wt%，而浙东早白垩世拉斑玄武岩的全铁平均含量为9.31 wt%[12]，永泰早白垩世碱性玄武岩的全铁平均含量为9.25 wt%，前者要高得多。实验资料表明，在地幔橄榄岩的成分、含水量及部分熔化程度一定的情况下，橄榄岩部分熔化所产生的熔体中Fe的含量(全铁)与实验体系的压力成正比，熔体的“FeO-压力”关系可以用来估计幔源玄武岩浆形成时源区的深度。显然，永定早侏罗世拉斑玄武岩比浙东早白垩世拉斑玄武岩及永泰早白垩世碱性玄武岩的FeO*含量高，说明其岩浆形成时所承受压力更大，来源也更深。
闽清上莲—永泰莲峰早侏罗世岩石化学成分：安山质岩石SiO2含量为61.23 wt%，K2O+Na2O为6.23 wt%，K2O
平和金京洋、长泰内寮—同安白交祠地区主要为安山岩-英安岩，安山岩SiO2含量为57.37～60.24 wt%、英安岩含量为62.75～64.57 wt%，变化区间较小；而K2O 永定玄武岩稀土含量较高，变化范围134.19～289.43 μg/g，平均值为191.49 μg/g，轻稀土富集，轻重稀土比值(L/H)为2.38～3.06，平均值为2.67。δEu 1.06～1.42，平均1.19，Eu正异常，稀土配分曲线明显向右倾斜，但相对平坦变化幅度小(图1d)。与OIB玄武岩[13]相比，永定玄武岩各样品的配分曲线与之相似，围绕OIB玄武岩曲线的上下轻微跳动变化，总体的变化趋势近于完全一致。由此说明，永定玄武岩与OIB玄武岩的稀土组成近于一致。 永定早侏罗世流纹岩稀土含量高，变化范围大，一般189.28～532.03μg/g，平均值为315.16 μg/g，轻稀土富集，轻重稀土比值(L/H)为2.00～3.52，平均值为2.75。δEu 0.29～0.79，平均0.50。Eu负异常，稀土配分曲线明显向右倾斜(图1a)。个别流纹岩样品(如PK27、PK27-1等)δEu 1.02，具有较弱的Eu富集特征(与安山岩的特征相似)，该样品的主量元素富碱，K2O+Na2O含量为8.91～9.14 wt%，由此可见，个别样品同时具有富Eu、富碱特征，其岩石物源不排除有深源物质混染。3个样品中安山岩稀土含量191.93～430.38 μg/g，重稀土比值(L/H)为1.87～3.53，δEu 0.90～1.11，稀土配分曲线右倾但较平坦，曲线图上显示具弱Tb异常(图1c)。 平和金京洋、长泰内寮—同安白交祠早侏罗世安山岩-英安岩稀土含量相对较低，变化范围小，稀土含量127.23～184.69 μg/g，平均154.57 μg/g，轻稀土明显富集，轻重稀土比值(L/H)为2.01～5.44，平均值为3.97。δEu 0.92～1.09，平均0.99，稀土配分曲线明显向右倾斜(图1b、1c)。该地区英安岩与安山岩的稀土含量、配分曲线形态都较一致，说明二者具有相同的岩浆物质来源，二者的主量元素的成分差异，显示英安岩是安山岩进一步演化(分离结晶)的结果。 图1 福建早侏罗世火山岩稀土配分模式图(原始地幔数据文献)Fig.1 The REE pattem diagram of Early Jurassic voicano rock in Fujian province 闽清上莲—永泰莲峰早侏罗世安山质岩石稀土总量90.37～144.02 μg/g，轻稀土明显富集，轻重稀土比值(L/H)为 3.57～5.43，La/Yb为16.35～27.80，δEu为0.68～1.01。稀土配分模式为左高右低中等倾斜的曲线，Eu负异常不明显。流纹质岩石稀土总量236.46～310.69 μg/g，轻重稀土比值(L/H)为5.49～5.83，La/Yb为23.19～27.98，δEu为0.47～0.62。稀土配分模式呈左陡右缓的曲线，具中等强度的Eu负异常。从早期安山质火山岩到晚期流纹质火山岩, 稀土总量、L/H、La/Yb增大，δEu明显减小，显示轻重稀土分馏增强，Eu亏损增强。稀土配分模式均呈右倾曲线，后期流纹质曲线斜率小，Eu负异常较明显，显示出二者有较明显的差异。 永定玄武岩演化程度相对低，微量元素的丰度变化相对较大，其标准化曲线(图2a)[14]表明，高场强元素中除Nb略具负异常外，Ti、Zr、Th具有明显的正异常，Ta具有弱正异常，Nd也具有明显的正异常；大离子亲石元素中的Sr与弧玄武岩不同，在岛弧[15]及大陆弧玄武岩[16]中Sr呈正异常是一典型特征，但在永定玄武岩中Sr却呈负异常，P呈负异常可能因为某些含磷矿物(如磷灰石)结晶分离的结果。原始地幔标准化曲线位于典型大陆弧玄武岩之上，其总体具有波浪状向下凹的变化形态，与弧玄武岩向上凹的曲线形态明显不同。与OIB曲线相比，虽然高场强元素Nb和Ta及其他不相容元素(如Rb等)富集程度不及OIB(Ti、Hf略高于OIB，部分样品Th较高于OIB)，但高场强元素Zr和Rb的丰度与OIB接近，总的分布趋势、曲线形态与OIB相似，曲线的位置接近甚至超过OIB，与曲线上存在明显Nb、Ta、Zr和Th负异常的弧岩浆有明显区别。永定玄武岩与富集岩石圈地幔来的岩浆显然不同，结合前述稀土配分曲线特征，是类似于OIB玄武岩。这种具OIB微量元素特征的玄武岩浆应该是来自较深的软流圈地幔，但其源区也可能存在部分来自岩石圈地幔的组分。 永定早侏罗世流纹岩原始地幔标准化曲线(图2d)与玄武岩相比，二者差别极大，高场强元素Nb、Th、Zr等具有清晰的正异常，Ti、P负异常也极明显；大离子亲石元素Ba、Sm为负异常，而Rb为正异常。不同样品的微量元素含量变化不大，在标准化曲线上相对集中，曲线形态总体向右倾斜。少量的安山岩样品在曲线上表现为富集Th、Zr等，而Nb、Ti等高场强元素为负异常，其曲线形态总体向右倾斜，其变化特征不同于流纹岩，亦不同于玄武岩。 从平和金京洋、长泰内寮—同安白交祠早侏罗世安山岩-英安岩微量元素原始地幔标准化曲线(图2b、2c)看，都具有高Th、Nd、Zr，低U、P、Ti，但英安岩中Nb、Ba等相对正常，而安山岩Nb、Ba表现为负异常特征。从总体特征来说，安山岩-英安岩的微量元素相对含量变化不大，曲线特征相似。结合稀土元素反映的曲线变化特征，说明二者具有相同的岩浆起源。 闽清上莲—永泰莲峰地区从早侏罗世早期的安山质岩石到晚期的流纹质晶屑熔结凝灰岩与维氏同类岩石平均值对比，安山质岩石中Li、Bi、Pb、As、U、Th含量略高，富集Ba、Sr元素，其它元素较贫乏，酸性岩中Zr、Bi、Cu、Ag、As、U、Th含量略高，其余元素较贫乏。从早至晚随着SiO2含量的升高，相容元素V、Cr、Co、Ni含量降低，以V最明显。不相容元素Rb、Ba、U、Th含量总体升高，Sr含量降低，Nb含量总体较稳定。特别是SiO2>70%时 ，Rb、U、Th及K/Sr，Rb/Sr，Ba/Sr急剧升高，Th/U，K/Rb则降低。反映中性与酸性两个端元岩石微量元素含量变化的不连续性，这一变化特点与岩石化学成分所反映出的特点是一致的。在Ni-Co关系图中，安山质岩石及流纹质岩石的Ni/Co比值均较不稳定，成分点较分散，可能与混染作用有关。在孙氏图中，早期安山质岩石强不相容元素相对亏损，强相容元素相对富集，具微弱的P、Ti负异常。通常认为P、Ti的亏损可能与钛铁矿物及磷灰石等富Ca矿物的分离结晶有关，其异常弱说明岩浆分异较弱。晚期酸性火山岩强不相容元素相对富集，强相容元素相对亏损。P、Ti亏损较明显，说明岩浆分异程度相对较高，二者之间的曲线形态有明显的差异，难以用矿物的结晶分离或岩浆的演化得到满意的解释，二者不可能是同一岩浆房产物。 图2 福建早侏罗世火山岩微量元素原始地幔标准化曲线(原始地幔微量元素值据文献。用来比较参考曲线：典型OIB、SSR1-3代表岛弧玄武岩、SF代表大陆弧玄武岩)Fig.2 Diagram showing the primitive mantie normalized curve of Early Jurassic volcano rock trace elements in Fujian province 根据福建早侏罗世火山岩Sr、Nd同位素组成(表1)，从Sr、Nd同位素分析结果可以看出，永定地区早侏罗世中玄武岩的Nd初始值比较高，(INd)为0.512 31～0.512 63，εNd(T)变化在-1.10～3.55，近于球粒陨石值，远高于浙东早白垩世来自富集岩石圈地幔的拉斑玄武岩(INd值为-3.54～-9.75)[19，20]，也远高于福建永泰早白垩世碱性玄武岩(INd值的-3.23～-6.28)。 表1 福建早侏罗世火山岩Sr、Nd同位素组成Table 1 The Sr and Nd isotope composition of Early Jurassic voicano rock in Fujian province 注：①福建省地质科学研究所，福建上杭—云霄成矿带构造-岩浆-成矿活动及演化规律，1992；②建省区域地质调查队，1∶5万白沙、闽清县、池园、白云幅区域地质调查报告，1998；③福建省区域地质调查队，1∶5万尤溪县、坂面、汤川、雍口幅区域地质调查报告，1994；④福建省地质调查研究院，1∶25万厦门市、东山县幅区域地质调查报告，2004。 永定地区早侏罗世流纹岩Nd初始值(INd)为0.512 01～0.512 13，εNd(T)变化在-7.50～-5.40。在εNd(T)-t图上(图3)，可以看出，福建早侏罗世火山岩中玄武岩落在地幔演化的范围内，处于球粒陨石地幔演化线的附近，流纹岩投影点位于华南元古代地壳演化线附近(北侧)，表明永定早侏罗世双峰式火山岩具有不同的成因。流纹岩主要是地壳物质衍生的(不排除有地幔物质加入混染)，而玄武岩则源自地幔，且与球粒陨石的Nd同位素特征基本相似。 永定玄武岩的Sr初始值(ISr)为0.706 7～0.707 57，福建全省流纹(质)岩的Sr初始值(ISr)为0.706 5～0.713 44[21]，其中永定地区有2个流纹岩样品中ISr分别为0.706 5,0.711 80，其差异较大；永定早侏罗世安山岩的Sr初始值(ISr)变化较小，且较接近，ISr值为0.704 47～0.704 49，与我国东南沿海早白垩世复合岩流中流纹质火山岩的ISr值(0.708 21～0.708 56)相比，总体偏高。永定的其中1个样品达0.711 80，尤溪梅仙下保样品高达0.713 44(均具S型火山岩特征)，不但高于以流纹-英安质火山岩为代表的闽浙东部大面积分布的晚中生代酸性火山岩中的ISr值(0.708 41～0.708 91)，也高于低Ti流纹岩中(壳源熔融成因)的ISr值(0.706 1～0.707 6)。而永定早侏罗世安山岩明显比闽浙东部早白垩世同类型的岩石ISr值低。暗示早侏罗世火山岩与闽浙东部晚中生代大规模分布的火山岩具有不同的成因。 图3 福建早侏罗世火山岩εNd-t关系图Fig.3 The εNd-t relation schema of Early Jurassic voicano rock in Fujian province 根据上述主量元素、微量元素及同位素特征的初步分析，玄武岩、安山岩-英安岩、流纹(质)岩的成因显然具有各自特殊性，共生的双峰式基性与酸性火山岩单元显然也不是来自同源岩浆。在综合分析上述资料基础上，笔者尝试对其成因进行分析，并探讨岩浆作用动力学机制。 玄武岩是地球上分布最为广泛的火成岩之一。近代实验研究[22-24]认为玄武岩浆是由地幔内部的部分熔融作用所致，形成源区包括地幔热柱、软流圈、岩石圈地幔和地壳4大端元，按形成的构造环境主要划分有大洋中脊(MORB)玄武岩、洋岛(OIB)玄武岩、岛弧玄武岩、大陆玄武岩(大陆内部溢流玄武岩、大陆裂谷玄武岩)等。福建早侏罗世玄武岩(主要见于永定、平和芦溪、武平圆峰等地)稀土元素的球粒陨石配分曲线与OIB极为相似；微量元素原始地幔殊网图变化范围和变化趋势与OIB近似，而与体现富集岩石圈地幔特征的大陆弧玄武岩有存在明显的不同。其岩浆来源及成因究竟如何，结合岩石地球化学特征做进一步讨论。 (1)HFSE/LILE(高场强元素/大离子亲石元素)比值可以示踪玄武岩岩浆来源。研究表明[25]Zr/Ba比值<0.2的玄武岩浆来自岩石圈地幔，Zr/Ba>0.2的玄武岩浆(OIB)更可能是来自软流圈地幔，或混有软流圈地幔组分。浙东白垩世拉斑玄武岩Zr/Ba比值平均为0.16，永泰白垩世碱性玄武岩的Zr/Ba比值为0.14～0.28，平均0.20，一般认为岩浆主要来自岩石圈地幔。而永定玄武岩Zr/Ba比值为0.52～5.08，平均1.47，比前者大得多，岩浆更可能是来自软流圈地幔。相应的LILE/HFSE比值(如Ba/Nb，K/Ti和Rb/Zr等)也可以示踪。OIB的Ba/Nb比值为7.3，永定拉斑玄武岩Ba/Nb比值为5.1～30.0，平均为20.1，而浙东早白垩世拉斑玄武岩的Ba/Nb比值为94～190，平均为128.21；永泰玄武岩Ba/Nb比值为35.0～136.9，平均为75.8，比永定玄武岩要高得多。OIB的K/Ti比值为0.70，永定玄武岩K/Ti比值为0.09～1.48，平均为0.72，与OIB非常近似；而浙东拉斑玄武岩K/Ti比值平均为1.36；永泰玄武岩为1.17～4.10，平均为2.05，也比永定拉斑玄武岩高很多。OIB的Rb/Zr比值为0.11，永定拉斑玄武岩Rb/Zr比值为0.04～0.08，平均0.06；浙东早白垩世拉斑玄武岩的Rb/Zr比值平均为0.36；永泰早白垩世玄武岩Rb/Zr比值为0.14～0.64，平均为0.24，亦比OIB和永定玄武岩高很多。 综上所述，社会满意度、公众满意度等领域是满意度研究内容的主要关注点，对智慧城市的研究成果主要集中在概念、评价指标体系构建等方面，而对于智慧城市与其建设满意度相结合的研究鲜有。已有研究表明影响我国智慧城市建设的因素众多，但究竟哪些因素是在智慧城市满意度建设过程中起关键作用的主要因素，以及相关因素间的相互影响关系究竟如何，亟需开展更为科学透彻地调查与研究，为提高市民对智慧城市建设发展的满意度奠定具有价值意义的决策基础。 (2)轻稀土元素与高场强元素比值亦可以示踪玄武岩岩浆来源。岩浆起源于软流圈地幔玄武岩的La/Nb比值< 1.5、La/Ta比值<22，位于OIB范围内，而La/Nb比值>1.5 、La/Ta > 30可能起源于富集的岩石圈地幔[26，27]。永定玄武岩的La/Nb比值一般为1.13～1.95，平均1.35；La/Ta比值为5.10～23.64，平均17.42。而永泰早白垩世玄武岩La/Nb比值为1.53～5.55，平均2.76。 (3)Zr/Y比值为6和Ti/Y比值为410可以划分低Ti与高Ti玄武岩[28]，低Ti/Y(和低Zr/Y比值)玄武岩在标准化曲线上有Ti、Nb和Ta负异常，作为来源于岩石圈地幔标志；高Zr/Y和Ti/Y比值玄武岩，具OIB特征，来源于软流圈地幔。永定玄武岩的TiO2含量为2.52～2.59 wt%，属高Ti玄武岩，其Zr/Y比值为7.6～15.2，平均10.7；Ti/Y比值多数为418～620，平均为493.8，具软流圈地幔来源玄武岩的特征。 (4)通常认为，来源于岩石圈地幔玄武岩的εNd(T) < + 3 ，来源于软流圈地幔玄武岩的εNd(T) > + 3[29]。永定玄武岩Nd初始值(INd)为0.512 31～0.512 63，εNd(T)变化在-1.10～3.55，其中6个样品除PK-10外，其余5个样品的εNd(T) < + 3，近于球粒陨石值。在εNd(T)-t图解上，玄武岩落在地幔演化范围内，处于球粒陨石地幔演化线附近，但并不能说明永定玄武岩岩浆来自富集的岩石圈地幔，因为样品中TB-2、PK-10的εNd(T)为1.87～3.55，来自于富集岩石圈地幔的εNd(T)不可能达到3.55。永定玄武岩与东南沿海典型的来自富集地幔的浙东早白垩世拉斑玄武岩相比，远高于后者(INd值为-3.54～-9.75)，也远高于永泰早白垩世碱性玄武岩的εNd(T)-3.23～-6.28。因此，永定玄武岩完全有可能来自亏损地幔，即软流圈。但这种亏损的地幔源区又很可能有早期富集岩石圈地幔物质的加入。 (5)不同成分的上地幔，在部分熔融时由于体系温度、压力和熔融程度的不同，形成不同成分的原生玄武岩浆。原生玄武岩浆在向地表运移的过程中，成分发生改变，产生一系列的进化岩浆，形成一系列不同的岩石。判断玄武岩浆是否是原生岩浆不少学者进行了研究，国外较具代表性提出区分原始岩浆与演化岩浆3个基本原则的是Frey等[30]。是否含有幔源包裹体；原生岩浆的Mg#值范围为0 .67～0 .73；原生岩浆相容元素Sc 、Co 、Ni含量分别为Sc 15～28 μg/g、Co 27～80 μg/g 、Ni 90～670 μg/g。比照上述原则，永定地区通过1∶5万区调和矿调工作，在早侏罗世玄武岩中至今还未发现任何包裹体；玄武岩的Mg#值变化范围为0.32～0.57，远低于上述标准；但相容元素Sc 19.85～26.42 μg/g、Co 37.25～62.26 μg/g 、Ni 82.2～166.89 μg/g，在原生岩浆的变化范围之内。由于不含包裹体及较低的Mg#值，永定玄武岩浆不是原生岩浆，但由于要经过较厚的岩石圈才能上升至地表，因而，遭受地壳物质混染是完全可能的。 以上分析说明，永定早侏罗世拉斑玄武岩与来自富集的岩石圈地幔的浙东早白垩世拉斑玄武岩和永泰早白垩世碱性玄武岩有明显的区别，更多地体现出软流圈地幔来源的岩浆特征。但岩石圈可能的混染并没有明显改变微量元素地球化学特性。 根据近年来国内外公开发表文献资料的收集，将流纹岩的成因总结归纳为4种观点。第一是下地壳受地幔来源拉斑玄武岩浆的“底侵作用”而发生部分熔融和壳-幔岩浆混合的产物，以东南沿海晚中生代流纹质岩浆为代表[31，32]；第二是流纹质岩浆来源于玄武岩浆的同化-分离结晶作用(AFC)[33，34]；第三是长英质(流纹质)岩浆是由拉斑玄武岩浆的高度结晶分离(90%)作用和部分陆壳组分混合而形成的[35，36]；第四是玄武岩浆在上升过程中受到硅铝质地壳的混染，在地壳中部形成一个“双扩散”岩浆房，再通过结晶分异形成酸性火山岩浆和基性岩浆[37]。 早侏罗世流纹岩的成因讨论如下。 图4 福建早侏罗世火山岩微量元素模糊聚类分析谱系图Fig.4 Diagram showing the Fuzzy clustering analysis of Early Jurassic volcano rock trace elements in Fujian province 从福建早侏罗世火山岩微量元素模糊聚类分析谱系图中可以发现：①福建早侏罗世流纹岩与上地壳的相似距离系数最为贴近(R=0.949 2)，这表明福建早侏罗世流纹岩与上地壳的微量元素特征最为相似，为其源自上地壳提供了重要的地球化学佐证；②取相似距离系数(R)0.95为阀值，6种岩石明显均为独立的组元。显示永定早侏罗世双峰式火山岩的物质来源相对复杂，并非单一的物质来源；③取相似距离系数(R)0.90为阀值，6种岩石明显分为4个群组，福建早侏罗世流纹岩与上地壳、永定玄武岩与洋岛玄武岩(OIB)同属一组，前者相似距离系数(R)为0.949 2，后者为0.909 45，而下地壳、 洋脊玄武岩(MORB)均为独立的组元，反映流纹岩与上地壳、永定玄武岩与洋岛玄武岩(OIB)地球化学特征的趋同性，前述的永定玄武岩微量元素特征与洋岛玄武岩(OIB)相似，由此，一定程度上反映了永定玄武岩为软流圈地幔来源；④从谱系图上可以看出，永定玄武岩与流纹岩的相似距离系数(R)较低(0.829 9)，显示它们虽然都是共生产出，但具有不同的物质来源；⑤取相似距离系数(R)0.8为阀值，6种岩石明显分为3个群组，其中下地壳、洋脊玄武岩(MORB)为独立的组元，永定早侏罗世流纹岩与下地壳的相似距离系数低，从另一侧面证明了福建早侏罗世流纹岩为上地壳成因。 (2)福建早侏罗世流纹岩的Nd初始值(INd)为0.512 01～0.512 13，εNd(T)变化在-7.50～-5.40。在εNd(T)-t图解上，流纹岩投影点位于华南元古代地壳演化线附近(北侧)，远低于与之共生的玄武岩εNd(T)，表明永定早侏罗世双峰式火山岩具有不同的成因。流纹岩主要是地壳物质衍生的(不排除有地幔物质的加入混染)，而玄武岩则源自地幔，且与球粒陨石的Nd同位素特征相似。流纹岩在εNd-t图解上的投影点位于华南元古代地壳的演化范围及附近，为其壳源成因提供了Nd同位素地球化学证据。 早侏罗世全省流纹(质)岩的Sr初始值(ISr)为0.706 5～0.713 44，其中永定2个流纹岩样品ISr分别为0.706 5、0.711 80，其差异较大。与我国东南沿海早白垩世复合岩流中流纹质火山岩的ISr(0.708 21～0.708 56)相比，早侏罗世流纹质火山岩ISr总体偏高，永定湖雷1件样品达0.711 80，尤溪梅仙下保甚至高达0.713 44(均具S型火山岩特征)，也高于低Ti流纹岩(壳源熔融成因)的ISr值(0.706 1～0.707 6)。尽管在福建早侏罗世火山岩87Sr/86Sr-t关系(图5)，从图中可以看出，投影点主要位于大陆壳增长线与玄武岩增长线之间(不排除有幔源物质贩加入)，但高ISr仍显示早侏罗世火山岩与闽浙东部大规模分布的晚中生代火山岩具有不同的成因。 (3)Rb/Y-Nb/Y比值判别。据研究[42]，Rb/Nb比值有规律地从地幔岩石向上地壳岩石增高的趋势。洋脊玄武岩(N-MORB)的Rb/Nb平均比值为0.36，下地壳的Rb/Nb平均比值为0.88，上地壳的Rb/Nb平均比值为4.5。Y是在各类岩石中的丰度值较高，而变化范围较小的高场强(HFS)元素。因而可以利用Rb/Y、Nb/Y比值来判明岩浆物质来源或受混染的程度。早侏罗世流纹岩Rb/Y比值高，变化范围大，为1.15～7.31，平均3.6，Nb/Y比值低，为0.57～3.36，平均1.33。Rb/Y比值远大于下地壳比值，与上地壳比值较接近，这也为流纹岩的上地壳成因提供了一定的佐证。 MASH(mixing，assimilation，storage and homogenization)成因说[43，44]，即源自地幔的高热镁铁质岩浆底侵于下地壳，使下地壳发生部分熔融。所形成的熔体与镁铁质岩浆及其分馏熔体发生混合、并同化部分围岩，经过长时间均一化后形成安山质-英安质岩浆(MASH岩浆)。 福建早侏罗世安山岩-英安岩的岩石成因不作详细讨论，其岩石地球化学特征与玄武岩和流纹岩存在明显不同。笔者赞成MASH成因说，源区成分为下地壳+底侵玄武岩+岩石圈-软流圈地幔组分(较少)，即源自地幔的高热镁铁质岩浆底侵于下地壳，使下地壳发生部分熔融，所形成的熔体与镁铁质岩浆及其分馏熔体发生相互混合、并同化部分围岩，再经过长时间均一化后形成安山质-英安质岩浆(MASH岩浆)。安山岩的Sr初始值(ISr)变化较小，且较接近，ISr为0.704 47～0.704 49，投影点落在玄武岩源区，显然也证实有镁铁质岩浆的混合。 图5 福建早侏罗世火山岩87Sr/86Sr-t关系图Fig.5 The 87Sr/86Sr-t relation schema of Early Jurassic voicano rock in Fujian province 华南地区燕山早期应是处于印支运动后造山大陆裂解的地球动力学背景[45-48]。福建早侏罗世的沉积-喷发活动正是形成于这种后造山的大陆裂解阶段。后造山运动使岩石圈伸展拉张致使软流圈减压上升并造成部分熔融，所产生的大量岩浆沿北东向展布的裂解区域喷出地表而形成火山岩带。 福建早侏罗世火山岩北部主要为安山质-流纹质双峰式岩石组合，中部主要为安山岩-英安岩的单峰式火山岩，南部永定地区主要为玄武岩(安山岩)-流纹岩组合。空间上由北向南，火山岩的分布规模逐渐增大，而玄武岩源区深度逐渐变浅，这说明沿该方向软流圈上涌的程度也逐渐增强。 通过对南部永定地区早侏罗世玄武岩进行的详细岩石地球化学研究表明，玄武岩具有OIB特征，岩浆主要是来自软流圈地幔，而不是主要来自富集岩石圈地幔(当然可能有早期富集的岩石圈物质的加入，而导致二者一定程度的混合，或是由于高热的软流圈上涌而导致岩石圈地幔的熔融而混合)。永定盆地中具OIB特征的早侏罗世玄武岩的出现，是该地区软流圈地幔上涌的岩石学标志，软流圈的减压熔融形成了具OIB特征的玄武岩。正是软流圈地幔的上涌导致具继承性的构造伸展及裂谷盆地的形成，软流圈地幔的上涌还伴随着岩石圈的减薄，所产生的大量玄武岩浆发生了强烈底侵作用，但底侵的镁铁质岩浆与下地壳的混合和物质交换程度相对较低，至上地壳仍有较高的温度，仍使上地壳熔融与其混染，形成大量(体积)的流纹质岩浆，导致双峰式火山岩形成。 平和—长泰(同安)地区早侏罗世玄武岩浆的底侵作用相对较强，与下地壳有较高程度的物质交换，均一化形成典型的MASH岩浆。永泰—闽清地区早侏罗世玄武岩浆的底侵作用相对较弱，流纹质岩浆主要来源于下地壳的熔融。 (1)早侏罗世火山岩主要属亚碱性钾质-普通系列，玄武岩属亚碱性高铁拉斑玄武岩系列。永定(含平和芦溪，下同)玄武岩具高Ti、高FeO*特征，流纹岩具高K富碱特征。闽清上莲安山质岩石具高Al，富Nd贫K特点，流纹质岩则明显富K。平和金京洋、长泰内寮—同安白交祠安山岩-英安岩具高Ti、低Mg、Ca，富碱特征。 (2)永定玄武岩稀土含量较高，配分曲线围绕OIB玄武岩特征变化趋势一致，高场强元素(HFSE)Ti、Zr、Nd具有明显正异常，大离子亲石元素(LILE)Th具有明显正异常，Sr呈负异常，原始地幔标准化曲线位于典型大陆弧玄武岩之上。永定流纹岩稀土含量高，轻稀土富集，Eu负异常明显，高场强元素Nb、Zr等具有清晰的正异常，Ti、P负异常极为明显。平和金京洋地区、长泰内寮—同安白交祠地区早侏罗世安山岩-英安岩稀土含量相对较低，且变化范围小，轻稀土明显富集。闽清上莲—永泰莲峰地区从早侏罗世早期安山质火山岩到晚期流纹质火山岩, 稀土总量、L/H、La/Yb比值增大，δEu明显减小，显示轻重稀土分馏增强。 (3)岩石地球化学特征研究表明早侏罗世火山岩石成因与地幔岩浆作用有关。玄武岩浆与福建—浙江东部地区来自岩石圈地幔的早白垩世玄武岩有明显的区别，具有高Zr/Ba、Zr/Y、Ti/Y比值，低La/Nb、La/Ta、Ba/Nb、K/Ti、Rb/Zr比值特征，很可能主要来自于软流圈，这种亏损的地幔源区可能有早期富集的岩石圈物质的加入或是由于软流圈地幔上涌萃取了岩石圈地幔的富集组分，导致产生了近球粒陨石的Nd同位素特征。酸性单元——流纹岩主要形成于上地壳，但不排除有幔源物质的混合。过渡单元——安山岩-英安岩是底侵的镁铁质岩浆与下地壳的混合均一化形成的典型的MASH岩浆。早侏罗世处于印支运动后造山大陆裂解的地球动力学背景，后造山岩石圈伸展拉张致使软流圈减压上升并造成部分熔融，所产生的岩浆沿北东向展布的裂解区域喷出地表形成火山岩带。 承蒙李玉娟高级工程师和陈进全硕士协助图件绘制，在此表示感谢。 1 陈润生，林东燕.福建早中生代火山作用研究进展.福建地质，2006，25(4). 2 陈润生.福建早侏罗世火山地层对比及岩相古地理特征.福建地质，2014，33(4). 3 曹宝森.福建海相早侏罗世地层发现.地质论评，1982，28(5). 4 曹宝森.福建西南部和中部地区早侏罗世海相地层.福建地质，1983，2(1). 5 马金清.福建省永定地区下村组藩坑组地层地质特征.福建地质，1994，13(1). 6 李进堂，马金清，温友梦，等.福建省闽清县池园地区早、中侏罗世地层新发现.福建地质，2000，19(4). 7 陈润生，林东燕，江剑丽.福建早侏罗世火山作用的动力学机制及大地构造学意义探讨.福建地质，2008，27(2). 8 周金城，蒋少涌，王孝磊，等.华南中侏罗世玄武岩岩石地球化学研究.中国科学D辑，2005，35(10). 9 王德滋，周新民，等.中国东南部晚中生代花岗质火山-侵入杂岩成因与地壳演化.北京：科学出版社，2002. 10 冯宗帜，亓润章，黄水兴，等.福建永泰—德化地区火山地质及火山岩含矿性.中国地质科学院南京地质矿产研究所所刊，1991， 9(增刊). 11 支霞臣，冯家麟.汉诺坝玄武岩的地球化学.见：刘若新主编.中国新生代火山岩年代学与地球化学.北京：地震出版社，1992. 12 王德滋，周金城，邱检生，等.东南沿海早白垩世火山活动中的岩浆混后及壳幔作用证据.南京大学学报(地球科学)，1994，6(4). 13 Sun S S and McDonough W F.Chemical and isotopic systematics of oceanic basalt: implications for mantle com-position and processes.In: A.D.Saunders and M.J.Norry (Eds.)，Magmatism in the Ocean Basins.Geol Soc Spec Pub.，1989，42. 14 McDonough W F and Sun S S.Composition of the Earth.Chem Geol.，1995，120. 15 Pearce J A, Baker P E, Harvey P K, et al.Geochemical evidence for subduction fluxes, mantle melting and fractional crystallization beneath the south Sandwich island arc.J Petrol.，1995，36(4). 16 Debari S M.Petrogenesis of the Fiambala gabbroic intrusion northwestern Argentina, a deep crustal syntectonic pluton in a continental magmatic arc.J Petrol.1994，35. 17 邢光福，杨祝良，毛建仁，等.东南大陆边缘早侏罗世火成岩特征及其构造意义.地质通报，2002，21(7). 18 陈荣，周金城.浙东早白垩世复合岩流和岩墙中蕴含的壳幔作用信息.地质论评，1999，45(增刊). 19 谢昕，徐夕生，等.浙东早白垩世火山岩组合的地球化学及其成因研究.岩石学报，2003，19(3). 20 俞云文，徐步台，陈江峰，等.浙东南中生代晚期火山岩同位素组成及其地层学意义.高校地质学报，2001. 21 高天钧，王振民，吴克隆，等.台湾海峡及其周边地区构造岩浆演化与成矿作用.北京：地质出版社，1999. 22 Green D H.Experimental melting studies on a modal upper mantle composition at high pressure under water-saturated and water undersaturated conditions.Earth and Planet Science Letters，1973，19. 23 Yoder Jr H S.Generation of Basaltic Magma.National Academy Science，Washington D C，1976. 24 林景仟主编.岩浆岩成因导论.北京：地质出版社，1987. 25 Ormerod D S, Hawkesworth C J, Rogers N W, et al.Tectonic andmagmatic transitions in the Western Great Basin USA.Nature，1988，333(26). 26 Fitton J G，James D，Kempton P D，et al.The role of lithosphere mantle in the generation of late Cenozoic basic magmas in the western United States.In: Cox K G，Menzies M A，eds.Oceanic and continental lithosphere: similarities and differences.J Petrl, Special Volume，1988. 27 Leat P T，Thompson R N，Morrison M A，et al.Composition-ally-diverse Miocene-Recent rift-related magmatism in northwest Colorado: partial melting, and mixing of mafic magmas from 3 different asthenospheric and lithospheric mantle sources.In: Cox K G,，Menzies M A，eds.Oceanic and continental lithosphere: similarities and differences.J Petrl, Special Volume，1988. 28 Lightfoot P C，Hawkesworth C J，Hergt J，et al.Remobilisation of the continental lithosphere by a mantle plume: major-，trace-element and Sr-Nd and Pb-isotope evidence from picritic and tholeiitic lavas of the Noril'sk District.Contrib Mineral Petrol，1993，114. 29 Livaceari R F，Perry F V.Isotopic evidence for preservation of Cordilleran lithospheric mantle during the Sevier Laramide orogeny, west United States.Geology，1993，21. 30 Frey F A，Green D H and Roy S D.Integrated models of basalt petrogenesis: A study of quartz tholeiites to olivine melilites in the Southeastern Australia using geochemical and experimental petrologic data.Journal of Petrology，1978，19(3). 31 周新民，李武显.中国东南部晚中生代火成岩成因：岩石消减和玄武岩底侵相结合的模式.自然科学进展，2000，10(3). 32 Zhou X M，Li W X.Origin of late Mesozoic igneous rocks in Southeast China: implications for lithosphere subduction and underplating of mafic magmas.Tectonophysics，2000，326. 33 McCulloch M T，Kyser T K，Woodhead J D and Kinsley L.Pb-Sr-Nd-O isotopic constraints on the origin of rhyolites from the Taupo Volcanic Zone of New Zealand; evidence for assimilation followed by fractionation from basalt.Conlrib.Mineral.Petml.，1994，115. 34 Shinjo R end Kato Y.Geochemical constraints on the origin of bimodal magnetism at the Okinawa Trough，an back-arc incipient basin.Lithos，2000，54. 35 Tumer S P，Foden J D end Morrison R S.Derivation of some A-type magmas by fractionation of basaltic magna: an example from the Padthaway Ridge，South Australia.Lilhos，1992，28. 36 Briand B，Bouchardon J，Capiez P and Piboule M.Felsic(A-type)-basic(plume-induced) Early Palaeozoic bimodal magmatism in the Maures massif.Gaol.Mag.，2002，139(3). 37 Macdonald R Quaternary perallkaline silicic rocks and caldera volcanoes of Kenya.In: Fitton J G and Upton B GJ(eds.).Alkaline igneous rocks.Geol.Soc.Spec.Publ.，1987，30. 38 Taylor S R and Mclennan S M.The continental crust: its composition and evolution.Oxford: Blackwell.1985. 39 Weaver B L.and Tarney 〗.Empirical approach to estimating the composition of the continental crust.Nature， 1984，310. 40 Saunders A D，Norry M J.and Tamey.Origin of MORB and chemically depleted mantle reservoirs: trace element constraints.J.Petrol.，Special Lithosphere Issue，1988. 41 Rollison H R.Using geochemical data: Evaluation， presentation， interpretation.New York; Pearson Education Limited，1993. 42 Hildreth W， Hallidy A N and Christiansen R L.Isotopic and chemical evidence concerning the genesis and contamination of basaltic and rhyolitic magma beneath the Yellowstone plateau volcanic field.J.of Petrology， 1991，32(1). 43 Hildreth W and Moorbath S.Crustal contribution to arc magmatism in the Andes of Central Chile.Contrib.Mineral.Petml.1988，98. 44 Riley T R， heat P T， Pankhurst R J and Harris C.Origins of large volume rhyolitic volcanism in the Antarctic Pennisula and Patagonia by ctustal melting.Journal of Petrology.2001，42(6). 45 王岳军，廖超林，范蔚茗，等.赣中地区早中生代OIB碱性玄武岩的厘定及构造意义.地球化学，2004，33(2). 46 舒良树，周新民，邓平，等.中国东南部中、新生代盆地特征与构造演化.地质通报，2004，23(9). 47 任纪舜，等.中国大地构造及其演化.北京：科学出版社，1980. 48 王鸿祯，等.中国东部及邻区中、新生代盆地发育及大陆边缘区的构造发展.地质学报，1983，57(5).3 稀土和微量元素特征
3.1 稀土元素地球化学特征
3.2 微量元素地球化学特征
4 Nd、Sr同位素特征
5 岩浆来源及岩石成因讨论
5.1 基性端元——玄武岩成因讨论
5.2 酸性端元——流纹岩成因讨论
5.3 过渡端元——安山岩-英安岩成因讨论
5.4 岩浆动力学机制
6 结论
