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基性岩脉来源于地幔,形成于拉张的构造环境,它包含有重要的地幔成分和岩石圈伸展的重要信息。本论文通过野外地质调查和一系列配套的岩石化学、微量元素、同位素地球化学、矿物学及年代学方法,结合区域地质构造分析,对广东沿海地区及海南岛基性岩脉的地球化学特征、成因、基性岩浆活动期次、地幔源区地球化学特征,以及岩石圈结构特征、形成机理和演化等进行了探索性的研究,得出以下几点认识:
1.全岩K-Ar年龄分析数据表明广东沿海地区及海南岛基性岩脉的成岩年龄是在54~146Ma,主要形成于白垩纪、次为侏罗纪和第三纪。根据K-Ar年龄分析结果、样品的地球化学特征,以及本区和邻区前人的研究资料。可将工作区基性岩脉的形成时代分为5期,分别是:第一期146Ma,第二期132~138 Ma,第三期105~112Ma,第四期82~99Ma,第五期54~75Ma。
2.根据K2O/Na2O比值和K2O含量,以及不相容元素分配模式是否有“Nb-Ta”负异常,可以划分出两类基性岩脉样品(中钾基性岩脉和高钾基性岩脉)。第一类K2O/Na2O比值<0.5和K2O含量<1.3%(0.37%~1.24%),在微量元素MORB标准化图解中没有“Nb-Ta”负异常。第二类K2O/Na2O比值>0.5和K2O含量>1.3%(1.49%~4.02%),在微量元素MORB标准化图解中都具有“Nb-Ta”负异常。在K2O-SiO2图解,第一类基性岩脉样品,全部落入中钾岩石范围。第二类基性岩脉样品落入高钾岩石或钾玄岩范围。
3.本区基性岩脉的地球化学特征表明,中钾和高钾基性岩脉有着不同的岩浆来源,中钾基性岩脉的岩浆应来源于软流圈物质与I型富集地幔的混合作用,高钾基性岩脉的岩浆应来源于软流圈物质与II型富集地幔的混合作用。
4.中钾基性岩脉形成于陆内的环境,高钾基性岩脉样品形成于活动大陆边缘的环境。
5.广东沿海地区及海南岛中、新生代基性岩脉分布的重要特点是中钾基性岩脉分布于上地幔拗陷区,而高钾基性岩脉分布于地幔隆起区或斜坡区。
6.广东沿海地区应存在两个具有不同地球化学特征和演化历史的岩石圈地幔块体,分别称为南、北岩石圈地幔块体,两个块体的接触界线大致是罗定、高明、佛冈、汕头与大埔之间,南、北块体的界线与地幔坳陷区与隆起区的分界大致一致。北块体基性岩脉具有低87Sr/86Sr、高143Nd/144Nd,以没有“Ta- Nb-Zr—Hf”负异常为特征,岩石圈地幔为I型富集地幔。南块体基性岩脉高87Sr/86Sr、低143Nd/144Nd、富集LREE和大离子亲石元素Ba、Sr、K等,以具有显著的“Ta-Nb-Ti”负异常和弱“Zr-Hf”为负异常为特征。岩石圈地幔为II型富集地幔。地幔的富集作用与太平洋板块消减作用产生的流体交代有关。
7.南、北块体最早的形成与特提斯构造有关,它们是由两岩石圈块体碰撞形成,碰撞缝合带就是南、北块体的分界线,两岩石圈块体具有不同的结晶基底。
8.古太平洋板块对本区的影响主要是在晚侏罗纪至早第三纪基性岩脉形成之前。软流圈上涌是岩石圈减薄主导因素。软流圈物质最早可能是沿岩石圈地幔中的断裂入侵的,通过对岩石圈的熔蚀发展成“蘑菇云”状,然后不断发展扩大,在蘑菇云顶部的局部地区形成突起,大约在54Ma,蘑菇云下方的岩石圈地幔脱落沉入软流圈中,软流圈物质直接大量上涌,岩石圈发生大规模的拉张减薄,形成本区物质来源以软流圈为主的新生代玄武岩。而岩石圈地幔被部分置换,由软流圈物质和残留的古老岩石圈地幔组成双层结构。
9.在本区北部,软流圈物质入侵和熔蚀I型富集地幔混合形成中钾基性岩脉,随着时代的由老至新,岩脉中I型富集地幔成分增多,说明岩石圈中蘑菇云状的软流圈物质对I型富集地幔不断熔蚀,而使岩浆中I型富集地幔成分增加。晚期,岩浆活动向连平、新丰一带迁移。在本区南部,软流圈物质入侵并熔蚀II型富集地幔,形成具有软流圈物质和II型富集地幔混合特征的南部高钾基性岩脉,随着熔蚀作用的不断进行,岩浆中II型富集地幔成分增加,晚期基性岩浆活动向三水裂谷、雷琼裂谷、南澳裂谷迁移。由于南部岩石圈块体和北部岩石圈块体性质的不同,软流圈物质对南部岩石圈块体的熔蚀速度可能要比北部岩石圈块体大。
10.广东沿海地区及海南岛的中生代以来的岩石圈演化可分为四个阶段:
(1)三叠纪至早侏罗地体碰撞缝合阶段。南、北岩石圈块体碰撞缝合形成统一的大陆。
(2)早侏罗至晚侏罗造山挤压阶段(146Ma前)。这一阶段的主导因素是古大平洋板块向欧亚板块俯冲,消减作用产生的富集LREE、Ba、Sr、K等的流体沿南部岩石圈地幔块体交代,使其形成II型富集地幔块体,而北块体保持原来的I型富集地幔属性。
(3)晚侏罗纪至早第三纪拉张减薄阶段(146Ma~54 Ma),这一阶段的主导因素是软流圈入侵和熔蚀岩石圈地幔,形成基性岩脉和岩石圈处于拉张的环境。
(4)早第三纪以后拉张减薄高峰阶段(54 Ma之后)。软流圈物质大规模上涌,形成本区物质来源以软流圈为主新生代玄武岩,岩石圈发生强烈的拉张减薄。