山东沂沭断裂带中生代钠质与钾质火山岩成分演变及其对源区地幔性状和深部作用过程的示踪

山东沂沭断裂带及其二侧地区以广泛发育晚中生代钾质火山岩为特色，但在部分地区，特别是断裂带内部（如沂水高桥，沂南铜井、八宝庄和葛沟，以及郯城李庄等地）也有一定数量的钠质火山岩产出。前人对区内钾质火山岩进行了较深入研究，但对钠质火山岩关注较少。本项申请拟以区内钠质火山岩为主要研究对象，进行系统的年代学、矿物化学和元素与Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成测定，同时与相伴产出的钾质火山岩进行地质与地球化学的综合对比，着重探索二者的源区组成与富集机制，以及岩浆形成与演化的具体过程，进而系统揭示制约钠质与钾质火山岩成分演变的各种可能因素，并阐明相关岩石的成因。本项目的研究既有助于揭示研究区陆下地幔的组成、演化与形成机理，也有助于全面阐明钠质与钾质火山岩的成岩过程，此外，研究的结果还可以为深入认识郯庐断裂带的活动及华北岩石圈减薄机制提供进一步的启示，因而具有重要的科学意义。

山东沂沭断裂带及其二侧地区以广泛发育晚中生代钾质火山岩为特色，但在部分地区，特别是断裂带内部也有一定数量的钠质火山岩产出。前人对区内钾质火山岩进行了较深入研究，但对钠质火山岩关注较少。针对这一现状，本项研究以区内典型钠质火山岩为对象，进行了锆石U-Pb年龄、矿物化学和元素与Sr-Nd-Pb-Hf 同位素组成的系统测定，同时与相伴产出的钾质火山岩进行了地质与地球化学的综合对比，据此探讨了二者的源区组成与富集机制，以及岩浆形成与演化的具体过程，进而系统揭示了制约区内钠质与钾质火山岩成分演变的可能因素，并阐明了相关岩石的成因。所取得的主要成果概述如下：（1）获得了沂沭断裂带典型钠质与钾质火山岩的成岩年龄，发现钠质火山岩较相伴产出的钾质火山岩年龄偏新，且沂沭断裂带内钠质火山岩空间上大致具有自北向南年龄渐新的演变趋势。（2）系统阐明了区内钠质与钾质火山岩的元素-同位素组成特征，发现同一火山机构内相伴产出的钾质火山岩较之钠质火山岩相对偏酸性，且更富碱，并具较高的稀土总量和(La/Yb)N比值，以及较高的Rb、Ba、Th、Pb和较低的Sr、Ti含量。二类火山岩均具有富集的Sr-Nd-Hf同位素组成特点，但钠质火山岩的ISr值略低，εNd(t)值和锆石εHf(t)值总体偏高。（3）根据同一火山机构内钠质火山岩较钾质火山岩形成晚，结合二者的成分变异趋势，指出区内钠质火山岩并非由钾质火山岩经分异演化形成，二类火山岩遭受浅部地壳物质的混染作用均不强，它们的地球化学组成变异最可能为岩浆源区组成不同所致。（4）根据元素-同位素组成的综合示踪，指出区内钠质与钾质火山岩均主要起源于富集地幔的部分熔融，其源区地幔的富集主要是由于岩石圈大规模拆沉导致古老的华北克拉通下地壳物质重循环进入地幔所致，但断裂带南段陆下地幔还受到了深俯冲的扬子陆壳物质的影响，钠质火山岩的源区在先期富集地幔的基础上进一步叠加了软流圈地幔组分的改造。（5）根据钾质与钠质火山岩的时空和源区组成变异特点，指出钠质火山岩多分布在断裂带内部的原因主要是由于断裂带的持续引张有利于诱发软流圈地幔物质的上涌，并与先期形成的富集岩石圈地幔混合所致。火山岩成分由钾质向钠质演化，是软流圈地幔上涌并置换原有岩石圈地幔，最终导致华北克拉通岩石圈减薄的直接响应。