华北东部青岛地区煌斑岩岩石地球化学特征与成因*

部雪娇，韩宗珠**，翁立猛，来志庆，刘 明

(1. 海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东 青岛 266100； 2. 中国海洋大学海洋地球科学学院，山东 青岛 266100；3. 山东黄金集团青岛黄金有限公司，山东 青岛 266100)

一直以来，由于煌斑岩与原生金刚石矿床和金矿床有着密切的成因联系[1]，同时可以反映深部岩石圈地幔物质的组成和演化[2]而备受关注。华北东部山东半岛广泛发育中生代煌斑岩，主要分布于鲁西、胶东半岛一带。近年来，前人对山东地区的煌斑岩进行了详细的年代学研究，并将其主体形成时代锁定为早白垩世[1-14](前人测年结果见表1)，这与华北板块东部早白垩世广泛发育的岩浆事件相一致。然而对于其形成的构造背景仍存在较大争议，主要有以下两种观点：(1)部分学者认为胶东半岛煌斑岩应形成于扬子板块与华北板块碰撞后岩石圈减薄的伸展拉张环境[1-6]。(2)另有学者则认为，该地区煌斑岩的地球化学特征与大陆边缘弧火成岩相似，应形成于中生代古太平洋板块向欧亚板块之下的俯冲环境[7-10]。鉴于此，本文重点对山东青岛地区的早白垩世煌斑岩进行了详细的岩石学和地球化学研究，探讨了其岩浆源区性质和形成的构造环境，为解决上述问题提供了有利的证据。

1 区域地质与岩石学特征

山东青岛地区地处华北板块与华南板块的结合部位，苏鲁碰撞造山带东端，同时处于西太平洋大陆边缘活动带西部，新华夏系第二隆起带的胶东隆起区。自中、新生代以来，由于太平洋板块的西向俯冲，胶东隆起区的基底地壳层发生大规模破裂，并形成胶北隆起、胶莱断陷、胶南-威海折返带三个次级构造单元[6]。而研究区恰位于胶南-威海折返带东端与胶莱断陷接合处的特殊构造地带(见图1)。

山东青岛地区以大面积出露中生代晚燕山期花岗岩为特征，属中国东部中生代复合花岗岩带的一部分[2]，并普遍被后期的早白垩世煌斑岩侵入。研究区煌斑岩整体呈NNE向展布，多以岩脉、岩墙的形式产出，穿插于先期侵位的花岗质岩基中。

2 样品的采集和分析

本文所研究样品主要采自青岛地铁工程钻孔岩心，共10件(见图1)，主要岩性为闪斜煌斑岩和云煌岩(见图2)。两类岩石均呈灰至深灰色、煌斑结构；基质为细粒-隐晶质结构，块状构造。闪斜煌斑岩的斑晶为普通角闪石和斜长石，其中普通角闪石局部发生了绿泥石化或绿帘石化，斜长石则发生了绢云母化和钠黝帘石化(见图2(a))；云煌岩的斑晶主要为黑云母，部分绿泥石化(见图2(b))。

样品的主量元素由山东省第四地质矿产勘查院试验测试中心分析测试，分析方法采用常规湿化学法。微量元素和稀土元素测试由中国地质调查局青岛海洋地质研究所检测中心完成，使用酸溶法进行分析，分析测试仪器为电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)，使用标样为AGV-1 和BHVO-1，测试精度优于5%。

表1 山东地区中生代煌斑岩年龄

3 分析结果

3.1 主量元素

表2表明，本区煌斑岩的SiO2含量39.13%～51.26%，属于超基性-基性岩类；TiO2含量为0.91%～1.38%，MgO含量为3.73%～6.94%，Mg#值高达51～63，K2O+Na2O含量为3.47%～12.67%。总体来看，本区煌斑岩属于低硅、高碱、富钠、低钛的超基性-基性岩类。在全碱-SiO2图(见图3(a))中，本区煌斑岩的投影点全部落在碱性系列范围内。从SiO2-K2O岩石系列划分图(见图3(b))看，所有样品均落入钾玄岩系列。在Na2O-K2O图解(见图4)中，除两个样品点落入钠质区域，主体上均落入钾质区域，属于钾玄质碱性煌斑岩。

3.2 稀土元素和微量元素含量

样品的稀土元素总量(∑REE)介于188.49～299.47 μg/g之间，平均值为255.94 μg/g(见表4)；轻稀土元素(LREEs)含量为172.2～278.20 μg/g之间，平均值为236.39 μg/g；重稀土元素(HREEs)含量为16.10～22.16 μg/g之间，平均值为19.55 μg/g；(La/Yb)N值介于14.27～22.04之间，平均值17.46。在稀土元素配分模式图上(见图5)，所有样品的稀土分配曲线整体形态基本一致，均表现出轻稀土富集、重稀土亏损的特征，暗示其岩浆源区存在重稀土元素富集矿物的残留。同时，本文煌斑岩具有非常弱或不明显的δCe、δEu异常(δCe平均为0.94，δEu平均为0.97)，表明在岩浆演化过程中未发生明显的斜长石分离结晶作用。

在微量元素含量表(见表4)及原始地幔标准化蛛网图(见图6(a))中，所有样品都表现出大离子亲石元素(LILEs)(特别是Rb、Ba、K和Pb)的富集，高场强元素(HFSEs)(特别是Ta、Nb和Ti)的亏损，与俯冲带弧火山岩的地球化学特征相似。同时青岛煌斑岩的过渡元素原始地幔标准化曲线(见图6(b))呈明显的“W”型，元素Cr、Ni明显亏损，表明在其岩浆演化过程中经历了橄榄石的分离结晶。

图1 山东青岛区域地质简图

图2 山东青岛地区煌斑岩偏光显微照片

(底图实线据Peccerillo and Taylor，1976；虚线据Middlemost，1985。Solid lines of after Peccerillo and Taylor, 1976,dashed lines after Middlemost，1985.);(据Rock,1991,(a)SiO2-Na2O+K2O图解;(b)SiO2-K2O岩石系列划分图解。(Base mape after rock 1991)(a)SiO2-Na2O+K2O diagram;(b)SiO2-K2O diagram for classification Diagram for classification.)

(据Middlemost E A K.，1972。Base map after Middlemost E A K.，1972.)

(标准值据Sun and McDonough,1989。Chondrite data after Sun and McDonough,1989.)

(标准值据Sun and McDonough,1989，胶北煌斑岩据文献[1]。Chondritedata after Sun and McDonough,1989,lamprophyres after references[1].)

4 讨论

4.1 源区性质

研究区煌斑岩的SiO2为39.13%～51.26%，为基性岩，MgO为3.73%～6.94%，具有较高的Mg#值(为51-63)，贫硅富镁，表明它们的原始岩浆至少起源于岩石圈地幔[15]。另外，在主量元素的协变图解(见图7)上，本区煌斑岩的MgO含量与TFe2O3、CaO、Cr、P2O5含量以及CaO/Al2O3比值呈正相关，与SiO2、Al2O3和K2O呈负相关，表明本区煌斑岩应起源于相同的岩浆源区，其化学成分上的差别主要是由于岩浆源区不同程度的部分熔融或岩浆演化过程中不同程度的岩浆分离结晶作用所导致。在La-La/Sm相关图解(见图8(a))中，本区煌斑岩整体上呈明显的高角度陡坡状分布，表明其岩浆主要是由不同程度的部分熔融所形成的[16]。然而岩石过渡元素中Cr、Ni含量的相对亏损表明，岩浆演化过程中还存在一定程度的橄榄石、斜方辉石的分离结晶；同时δCe、δEu的微弱负异常(部分正异常)，表明斜长石的分离结晶不明显。

本区煌斑岩富集LILEs和LREEs、亏损HFSE和HREEs，特别是具有Nb、Ta、Ti元素的亏损。通常岩浆岩中Nb、Ta等的亏损主要由于三种原因导致：(1)在岩浆源区，母岩熔融过程中金红石等富HFSEs矿物的残留[17]；(2)在岩浆源区或者岩浆演化过程中，受到地壳物质的混染[18]；(3)受到俯冲流体或熔体的交代，与俯冲交代作用所改造的岩石圈富集地幔有关[19]。

图7 山东青岛地区煌斑岩主元素与微量元素相对MgO协变图解

首先，如果岩浆源区有金红石残留[17]，不仅会造成熔体明显亏损Nb、Ta，同时也会造成Zr、Hf、Ti等HFSEs的明显亏损。本区煌斑岩具有很低的Nb和Ta含量，但Zr、Hf等的亏损不是很明显(见图6(a))。因此，煌斑岩的HFSEs特征不能用岩浆源区有金红石的残留来解释。本区煌斑岩SiO2含量低，MgO含量高，Sr含量(高达1 010 μg/g)远远高于围岩花岗岩的Sr含量值(8.19～410.99 μg/g，数据源于作者待刊文献)，表明大规模的地壳混染可能性较小。此外，具有地壳混染的岩石其SiO2-La/Nb为正相关[20]，Nb/Ta与La/Yb具有负相关关系[21]，研究区煌斑岩在SiO2-La/Nb图解中没有表现出明显的正相关(见图9(a))，而在Nb/Ta-La/Nb图解上成正相关(见图9(b))，说明岩浆侵位过程中主体上没有受到大规模地壳混染。在La/Nb-Ba/Nb图解(见图8(b))中，本文煌斑岩大部分落入了弧火山岩的范围内，其La/Nb、Ba/Nb值明显高于陆壳，显然不能由低La/Nb、Ba/Nb的幔源岩浆经陆壳混染或壳幔物质混合熔融形成，简单陆壳混染的产物应该落在陆壳组成的下方，介于陆壳组成和幔源岩浆组成之间，因此本区煌斑岩的岩浆源区为受到俯冲流体或熔体交代的岩石圈地幔。而样品分布接近碎屑沉积物和大陆地壳的分布区，表明交代岩石圈地幔的流体或熔体主要来自大陆地壳。

图8 山东青岛地区煌斑岩La-La/Sm与La/Nb-Ba/Nb相关图

图9 山东青岛地区煌斑岩SiO2-La/Nb相关图(a)与Nb/Ta-La/Yb相关图(b)

(Ce/Yb)N-Ti/Ti*、(Ce/Yb)N-Nb/Nb*、Ce/Nb-Ti/Ti*、Ce/Nb-Nb/Nb*比值可以区分软流圈地幔、岩石圈地幔或判断弧岩浆起源上是否存在俯冲物质的参与[22-24]。从图10可以看出，研究区煌斑岩与山东中生代玄武岩[25]和胶北煌斑岩[1]区域重叠，暗示其成因上的联系。而大部分样品落入崆岭群范围，表明交代岩石圈地幔应该是与崆岭群相关的熔体[1]，可能来自扬子板块下地壳[26,27]。因此，本文煌斑岩没有经历过强烈的陆壳混染，其岩石地球化学特征主要是由于岩浆源区受到了俯冲熔体的交代作用，与弧火山岩具有相似的岩石成因，即起源于俯冲熔体交代的富集岩石圈地幔，其俯冲熔体可能来源于扬子板块下地壳。

研究表明，由尖晶石相稳定地幔形成的熔体，La/Yb的变化较小，Dy/Yb几乎保持不变，一般都<1.5；而由石榴石相稳定地幔形成的熔体La/Yb和Dy/Yb的比值变化较大，Dy/Yb一般大于2.5[28,29]。本区煌斑岩的La/Yb变化范围较大(4.37～30.73)，Dy/Yb比值在1.76～2.11之间，在原始岩浆的Dy/Yb-La/Yb图解(见图11)中落入了尖晶石相和石榴石相地幔熔体混合线附近，说明其岩浆源区可能位于尖晶石相与石榴石相之间，我们推测研究区煌斑岩的起源深度可能在60-85 km。同时，研究区煌斑岩富集K和LILEs，而金云母和角闪石是含LILEs和K的主要矿物，因此煌斑岩的岩浆源区应含有金云母或角闪石。含金云母源区的熔体具有低的Ba和Ba/Rb比值(<20)，含角闪石的熔体具有较低的Rb/Sr(<0.1)和高的Ba/Rb比值(>20)[30]。研究区煌斑岩Rb/Sr比值为0.04～0.30(多数大于0.1)；Ba/Rb比值为10.0～24.8(多数<20或近20)，证明其源区为含金云母的岩石圈地幔。

(底图据文献[1]。Base map after references[1].)图10 山东青岛地区煌斑岩微量元素比值相关图

综上所述，研究区煌斑岩应为受到熔体交代的含金云母尖晶石-石榴石相地幔岩石部分熔融形成，并在岩浆演化过程中经历了一定程度的橄榄石、斜方辉石的分离结晶。

4.2 构造意义

研究区位于华北板块与扬子板块的转换部位，苏鲁碰撞造山带东端，同时处于西太平洋大陆边缘活动带西部，其形成的构造背景有很大争议。

首先，本区煌斑岩富集LILEs和LREEs、亏损HFSEs和HREEs，特别是具有Nb、Ta、Ti元素的亏损，显示与俯冲带弧火山岩相似的地球化学特征。在MORB标准化蛛网图(见图12)中，所有煌斑岩样品与大陆边缘弧玄武岩曲线[29]一致。同时其岩浆源区主要为受俯冲熔体交代的岩石圈地幔也进一步证实了其形成环境与板块碰撞俯冲有关。其次，研究区煌斑岩具有贫硅富钾的特点，属于典型的钾玄质岩石，因此可以用钾玄质岩石的构造判别图解判断其形成的构造环境[31]。在Zr-Y和Al2O3-TiO2图解(见图13)上，研究区煌斑岩落入了弧相关岩浆岩的区域内。在TiO2/Al2O3-Zr/Al2O3和Zr/TiO2-Ce/P2O5图解上，可以看出研究区煌斑岩投影在碰撞后弧区域，所以研究区煌斑岩形成的构造背景应为碰撞后弧。

图11 山东青岛地区煌斑岩原始岩浆La/Yb-Dy/Yb图解

(标准值据Sun and McDonoughe，1989。Chondrite data after Sun and McDonough,1989.)图12 山东青岛地区煌斑岩(a)与大陆边缘弧玄武岩、板内碱性玄武岩和岛弧钙碱性玄武岩(b)的大洋中脊玄武岩标准化蛛网图

图13 山东青岛地区煌斑岩构造环境判别图

前人研究认为，三叠纪时，扬子板块已经开始向华北板块之下俯冲[32-33]。在俯冲进行到一定深度时，扬子板块下地壳脱水熔融，析出了富水熔体，与上覆的华北板块岩石圈地幔橄榄岩发生交代反应，形成了研究区煌斑岩早期的富集地幔源区。白垩纪时，华北板块出现区域性构造拉张和岩石圈减薄，软流圈上涌，先前形成的富集岩石圈地幔源区发生部分熔融，岩浆上升并沿裂隙发生侵位，最终形成广泛分布的煌斑岩脉。

5 结论

(1)青岛煌斑岩形成于燕山晚期崂山花岗岩侵位以后，成岩时代应为早白垩世。具有高镁(Mg#值为51-63)、高碱、富钾的地球化学特征，为碱性系列、钾玄质煌斑岩。大离子亲石元素(LILE)(Ba、K、Pb)和LREE富集，而高场强元素(HFSE)(Ta、Nb和Ti)和HREE亏损,与大洋板块俯冲带相关的弧火山岩相似。

(2)青岛煌斑岩形成于碰撞后弧环境，源区为含金云母尖晶石-石榴石相地幔橄榄岩，由扬子板块俯冲脱水而析出的熔体，交代上覆的华北板块岩石圈地幔形成。白垩纪时，岩石圈大范围坍塌，软流圈上涌，地幔源区发生部分熔融，岩浆沿裂隙侵位成岩。