华北克拉通北缘泥盆纪高Nb/Ta角闪石岩成因及其构造意义

【作者】 刘文美； 郑建平； 马强； 戴宏坤；

【机构】 中国地质大学(武汉)地球科学学院； 地质过程与矿产资源国家重点实验室；

【摘要】 Nb和Ta具有相似的地球化学行为,Nb/Ta比值在岩浆体系中基本保持恒定,是判别源区物质的重要地球化学指标。传统认为Nb、Ta主要赋存在金红石等矿物中;也有观点认为地幔角闪石和金云母也是Nb、Ta的重要携带矿物,它们是引起俯冲体系中Nb-Ta分异的重要矿物,形成高Nb/Ta角闪石的关键在于交代地幔楔的熔体中明显富水。本文以华北北缘中段冀北刘营(402Ma)和哈叭沁岩体(395Ma)中的角闪石岩为研究对象,对其进行了详细的岩相学、全岩及矿物化学的研究,旨在阐明其高Nb/Ta的成因以及角闪石结晶作用对俯冲带岩浆Nb、Ta分馏的控制作用。刘营角闪石岩主要由粗粒角闪石(～98 vol.%)组成,全岩SiO2、MgO、TiO2和K2O含量分别为42.6～43.7wt%、12.5～14.1wt%、1.5～1.7wt%和0.4～0.5wt%,角闪石的Mg#为0.78～0.76,稀土含量低(30～40ppm)、形成温度低(780℃),Nb/Ta比值介于20～62之间(平均41);哈叭沁角闪石岩主要由粗-中粒角闪石(～85 vol.%)、铁钛氧化物(～10 vol.%)和少量磷灰石(～5 vol.%)组成,全岩具有较低的SiO2(32.4～37.2wt%)、MgO(10.5～11.1wt%),较高的TiO2(2.6～3.1wt%)、K2O(1.0～1.3wt%),角闪石的Mg#为0.67～0.72,稀土含量高(46～193ppm),形成温度高(900℃～960℃),Nb/Ta比值介于20～72之间(平均46)。此外,两岩体中的角闪石均呈现出富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Sr等)和轻-中稀土元素,亏损高场强元素(HREE,Th、Zr、Hf、P等)等岛弧岩浆的性质。综合前人研究资料,我们考虑刘营和哈叭沁高Nb/Ta(均高于原始地幔的值17.5)角闪石岩(浆)形成于泥盆纪白乃庙岛弧向华北克拉通北缘俯冲环境。与刘营相比,哈叭沁角闪石岩具有较低的SiO2,形成温度、REE和Nb含量均较高,且与较多的的磷灰石共生,其岩浆代表着一种来自于地幔楔的环境,岩浆性质上有较高的水含量和更原始的岩浆成分。具体形成过程可以概括为:在弧-陆俯冲过程中,俯冲板片释放的流体或含水熔体向上迁移到上覆地幔楔深部交代作用并诱发熔融,形成具岛弧岩浆性质的高Nb/Ta角闪石堆晶岩区域。俯冲板片释放的流体/含水熔体不断与该区域内的含水矿物进行元素交换,导致Nb和Ta不断差异化地从迁移流体/含水熔体中移除,该交换-迁移过程导致角闪石的Nb/Ta具有较大的变化值,如分别形成刘营和哈叭沁岩体角闪石岩。残余的具Nb/Ta负异常的熔流体继续上移,诱发上部地幔楔熔融形成具Nb-Ta负异常的岛弧火山岩的源区。更多还原