北阿尔金 850 Ma 大陆溢流玄武岩对地幔柱活动的启示

1.造山带与地壳演化教育部重点实验室, 北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871; 2.中国地质调查局西安地质调查中心(西北地质科技创新中心), 西安 710119; †通信作者, E-mail: sgsong@pku.edu.cn

摘要报道北阿尔金地区红柳泉一带形成于 843Ma 的层状基性火山岩。该套火成岩具有较高的 TiO2 含量 (1.18%～2.06%)以及较低的 Zr/Hf 值(23.28～29.28)和 Nb/Ta 值(4.20～12.99), 表现出 E-MORB/OIB 的微量元素特征, 与大火成岩省内典型低 Ti 玄武岩特征类似。全岩主量元素和微量元素分析结果表明, 基性岩岩浆经历贫石榴石(<2%)的软流圈地幔源低程度(<10%)部分熔融作用, 在上升过程中受到不同程度的地壳混染。北阿尔金层状基性火山岩的产状、地球化学特征、年龄数据和高地幔潜在温度(Tp=1479°C)表明, 该基性火山岩是起源于新元古代地幔柱的大陆溢流玄武岩(CFB)。结合区域同期(850～750Ma)发展的伸展背景岩浆作用, 认为北阿尔金基性火山岩记录了超大陆裂解过程中最早期岩浆作用。在新元古代, 发现阿尔金岩浆活动与祁连、柴北缘、东昆仑、华南和秦岭的岩浆活动均具有板内裂谷环境的成岩特征, 表明与 850～800Ma 的地幔柱活动有关, 进一步说明北阿尔金基性火山岩体的形成与约 850Ma 罗迪尼亚超大陆的开始裂解密切相关。

关键词 大陆溢流玄武岩；地幔柱；新元古代；北阿尔金；罗迪尼亚超大陆

罗迪尼亚超大陆(Rodinia)的汇聚和裂解过程是超大陆研究领域的重要课题之一。根据 1.3～1.0Ga全球性的格林威尔期(Greenvillian)碰撞造山运动记录以及 0.8～0.6Ga 期间由幕式地幔柱活动引发的裂谷作用形成的寒武纪被动陆缘[1–4], 该超大陆的存在时间为 1.0Ga 前后, 古地磁数据可约束该超大陆的古纬度和古方位。罗迪尼亚超大陆的演化过程与雪球地球事件、第二次大氧化事件以及早期多细胞生命的演化和爆发等全球性事件密切相关[1,5–12]。因此, 研究罗迪尼亚超大陆对理解前寒武纪构造与环境的协同演化具有重要意义。

罗迪尼亚超大陆的裂解与 830～750Ma 期间的多期地幔柱活动有关[12–22]。地幔柱活动引发岩石圈的伸展和减薄, 导致广泛的大陆裂谷型双峰式岩浆作用, 主要表现为溢流玄武岩、铁镁质岩墙群和酸性岩浆岩的发育, 通常具有典型的板内岩浆作用特征, 并清晰地反映地壳与下伏软流圈之间的相互作用。

青藏高原北缘的阿尔金造山带保存丰富的岩浆活动记录, 包括早–中新元古代同碰撞花岗岩、中–晚新元古代大陆溢流玄武岩(CFBs)、岩脉群和非造山花岗岩、火山–沉积岩序列以及晚新元古代基性–超基性岩墙群等岩浆活动。这些记录表明, 阿尔金造山带与罗迪尼亚超大陆的汇聚–裂解过程相关, 是罗迪尼亚超大陆的组成部分[23–29]。然而, 由于古生代以来原特提斯至古特提斯期间构造热事件的叠加, 难以准确地识别与罗迪尼亚超大陆裂解相关的岩浆活动记录。关于阿尔金地区中–新元古代构造演化、与邻区块体关系以及在罗迪尼亚超大陆中的位置等重要科学问题, 存在较大的争议。Hao 等[30]基于中塔里木中元古代晚期–新元古代早期活动大陆边缘火山岩的发育及 820～780Ma 和 760～687Ma期间多期新元古代裂解事件, 认为阿尔金属于中塔里木地体。Wang 等[24]通过南阿尔金杂岩岩浆岩和副变质岩系碎屑锆石频谱与塔里木周缘地区的对比研究, 认为中阿尔金可能为外来地块, 不属于塔里木克拉通。Peng 等[31]通过总结阿尔金、祁连、柴北缘和东昆仑地块中新元古代岩浆岩的年龄和地球化学特征, 认为这些地块在新元古代经历与罗迪尼亚超大陆聚合和裂解相似的演化过程, 因此推测它们在古–中元古代期间连接在一起。此外, 通过对比与罗迪尼亚超大陆聚合形成过程相关的花岗岩模式年龄、同位素特征、碎屑锆石频谱以及 850～750Ma 期间的地幔柱岩浆事件, 一些学者认为阿尔金、祁连、东昆仑、柴北缘与华南以及塔里木具有地质亲缘性[23,24,32]。

1 地质背景及野外产状

阿尔金造山带(Altyn orogenic belt)位于青藏高原北缘, 西侧毗邻塔里木克拉通, 南侧为绵延 1600km 的阿尔金走滑断裂, 东段紧邻祁连造山带, 南部与东昆仑造山带相连, 该造山带保存了元古代到中生代的多期构造热事件的地质记录。根据区域地质、岩石构造特征、地球化学以及同位素年代学资料, 前人将阿尔金造山带由北向南划分为阿北地块、北阿尔金俯冲增生带、中阿尔金地块和南阿尔金俯冲碰撞带 4 个主要构造单元(图 1(a)) [23,36–39]。

阿北地块主要由太古代至古元古代角闪–麻粒岩相变质杂岩以及古元古代基性岩脉、片麻岩和碳酸盐岩组成, 其上被沉积时代为 1933～1921Ma 的沉积盖层不整合覆盖[26,40]。北阿尔金俯冲增生带(又称红柳沟–拉配泉缝合带)的主要岩石类型为碎屑岩、碳酸盐岩、高压–低温变质岩、蛇绿岩和花岗岩等。其中, 蛇绿岩的年龄为 524Ma[41], 中–深海硅质岩中含中–晚奥陶世放射虫[42], 大量花岗岩的年龄为 446～431Ma[43], 蓝片岩和榴辉岩的 Ar-Ar 年龄为 491～513Ma[44], 这些地质证据均指示早古生代北阿尔金洋的俯冲–闭合过程。中阿尔金地块主要由中–新元古代浅变质–未变质的片岩、千枚岩、砾岩、砂岩和灰岩组成, 存在少量火山岩夹层(年龄为 920±20 Ma)[45], 另有少量A型花岗岩。南阿尔金俯冲碰撞带由晚中元古代至新元古代花岗岩–正片麻岩和变沉积岩以及早古生代中高级变质岩、镁铁质–超镁铁质岩、花岗岩和少量碎屑岩组成, 是早古生代南阿尔金洋俯冲和碰撞的产物[46]。

阿尔金造山带前寒武基底主要由太古宙–古元古代高角闪岩相–麻粒岩相变质的米兰群、阿尔金杂岩和新元古代浅变质岩构成(图 1(b)), 其中阿尔金杂岩主要由英云闪长质–花岗质片麻岩、副片麻岩、片岩、大理岩和角闪岩组成, 并包含榴辉岩透镜体、石榴斜长角闪岩和基性–超基性岩石[47]。阿尔金造山带保存中–新元古代汇聚、造山以及裂解过程相关的地质记录, 其中副片麻岩的变质年龄为890～920Ma, I 型和 S 型花岗岩的年龄集中于 980～ 900Ma 之间, 表明阿尔金造山带参与罗迪尼亚超大陆的汇聚过程。此外, 中阿尔金地块北缘发育 A 型花岗岩(年龄为 857～780Ma)和火山岩(年龄为 775～ 749Ma)[35,48], 巴什岸尔干岩群和蓟县纪塔昔达坂群碎屑锆石记录的沉积年龄被认为是新元古代晚期, 在南阿尔金斜长角闪岩中存在年龄为 857Ma 的原岩记录[27], 并通过对南阿尔金超高压变质锆石的微区 LA-ICP-MS 定年, 获得核部年龄为 754±9Ma[37], 反映阿尔金地区晚新元古代处于岩石圈伸展减薄的阶段。这些测年结果为罗迪尼亚超大陆裂解过程提供了地质证据以及新元古代古大陆边缘演化的重要信息[35,48]。

阿尔金造山带北部红柳沟地区主要包括前寒武纪基底、古生代火山沉积序列、早古生代侵入岩、镁铁质岩墙、蛇绿岩和第四纪沉积物, 其中前寒武纪基底主要由花岗质片麻岩、角闪岩和变质碳酸盐岩等组成, 古生代火山沉积序列主要由灰岩、砾岩、砂岩、火山岩和火山碎屑岩组成, 早古生代侵入岩包括辉长岩、碱长花岗岩和花岗闪长岩, 而蛇绿岩由年龄为 480Ma 的地幔橄榄岩、镁铁质–超镁铁质岩、岩脉和枕状熔岩组成。本文研究的基性火山岩位于红柳泉一带(图 1(c)), 呈层状覆盖于前寒武纪基底片麻岩之上, 延续数千米, 厚度达数百米(图 2(a)和(b)), 由于表面有黄土覆盖, 露头不连续。

红柳泉层状基性岩具有斑状结构(图 2(c)～(e)), 斑晶含量较低(约为 5%), 主要由斜长石和辉石组成。斜长石呈半自形板状, 粒度为 0.15mm×0.65 mm～0.22mm×1.30mm; 单斜辉石可见绿泥石化, 粒度为 0.12mm×0.50mm～0.30mm×1.60mm。基质为填隙结构或交织结构, 主要由斜长石(55%)、蚀变单斜辉石(20%～25%)和铁钛氧化物等暗色矿物(10% ～20%)组成。

2 分析方法

锆石 U-Pb 地质年代测定以及全岩主量元素和微量元素分析在依托于中国地质调查局西安地质调査中心的自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室完成。

2.1 锆石 U-Pb 年代学及原位 Hf 同位素

锆石 U-Pb 地质年代学测试采用 LA-ICP-MS 法, 测试分析仪器为 Coherent Geolas Pro 激光器(LA)和Agilent-7700x (ICP-MS)分析系统。测试条件如下: 激光光斑尺寸为 24μm, 激光能量密度为 6J/cm2, 重复率为 5Hz, 载气为氦气。每次分析过程包括 10s背景测量、40s 样品测量和 10s 净化。质量分馏和仪器偏差的校准基于 NIST 610 和锆石标样 91500 (1063.6±0.4Ma)[49]和 GJ-1(601.86±0.3Ma)[50]。锆石同位素比值和元素浓度使用 GLITTER 4.4.1 软件[50]进行数据处理, 其中普通 Pb 校正采用 Andersen[51]的方法。

锆石原位微区 Hf 同位素测试在锆石 U-Pb 定年的基础上进行。首先, 参照锆石阴极发光图像, 在发育岩浆环带的锆石核部原年龄分析位置附近选定测试点; 然后, 采用 Neptune 型多接收等离子体质谱仪和 Coherent Geolas Pro 型激光剥蚀系统联用的方法进行测定。在测试过程中, 采用直径为 44mm的束斑进行激光剥蚀, 以氦气作为载气, 将产生的样品气溶胶输送到质谱仪。为提高仪器的灵敏度, 在气路中引入氩气和氮气进行调谐。每 10 个测点之间穿插 1 次锆石标样 GJ-1(176Hf/177Hf=0.282015± 0.000019)测试作为监控。本次实验 GJ-1 测试结果为 176Hf/177Hf = 0.282026±0.000027 (2σ, n = 6), 与文献报道值的数据[52–53]在误差范围内一致。详细的测试流程参阅文献[33]。

2.2 全岩主量和微量元素

首先进行碎样处理, 将切皮去脉后的岩石样品置于玛瑙球研磨罐内, 粉碎至 200 目。然后, 使用 X射线荧光光谱仪(XRF, 型号为 Rigaku D/max-2500)测定主量元素含量。将样品粉末和Li2B2O7按1:2 的比例混合, 置于 Pt-Au 坩埚中, 在 1100°C 下熔融 20～ 40 分钟, 并将所得熔体倒入直径为 34mm 的模具中, 制成熔融玻璃片, 用于主元素分析。测试结果使用地质标样 BCR-2, GSR-1 和 GSR-3 进行校正。该方法对大多数主量元素氧化物(SiO2, Al2O3, CaO和 Fe2O3)的测试精度优于 0.5%。此外, 对测试主量元素含量的样品还需进行高温处理: 取 1g 样品置于马弗炉中, 在 1000℃条件下灼烧 3 小时。随后, 在干燥器中冷却并重新称重, 获取样品的烧失量(LOI)数据。

全岩微量元素使用Thermo Fisher iCAP RQ ICP-MS 进行测定。称取 35～40mg 样品粉末, 置于高压聚四氟乙烯容器中, 加入 HF 和 HNO3 各 1.5mL 的混合物, 在 190℃条件下消解 48 小时。然后, 将样品溶液稀释, 以备上机测试。样品粉末微量元素的测试精度通过岩石标准 AGV-2(美国地质调查局)和GSR-1, GSR-3 和 GSR-5(中国国家地质标准参考物质)进行监控。测量值与推荐值之间的相对差异表明, 大部分微量元素含量测试精度优于 5%; Cu, Sc,Nb, Er, Th 和 U 元素的分析误差优于 13%, Ta, Tm 和Gd 元素的分析误差优于 15%。

3 分析结果

3.1 锆石 U-Pb 年代测定以及原位 Hf 同位素分析

对基性火山岩样品(AR41)中的 30 个锆石测点进行 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄和微量元素分析, 共获得 27 个有效数据(表 1)。该样品中的锆石多无色透明, 主要呈半自形粒状或短柱状, 粒度为 80～ 140μm。锆石 CL 图像(图 3(a))显示其发光性较差, 呈暗黑色, 具有振荡生长环带结构。锆石核部的Th/U 比值为 0.48～1.59, 符合岩浆锆石的特征[54]。分析结果表明, 这些锆石的 206Pb/238U 上交点年龄为842.5±29 Ma(MSWD=0.4), 可以代表其成岩年龄(图 3(a))。

在锆石 U-Pb 定年的基础上, 选取 15 个具有谐和年龄的锆石颗粒进行 Lu-Hf 同位素测试, 结果见表 2 和图 3(b)。这些锆石的 176Lu/177Hf 值均小于0.002, 表明锆石形成后放射性成因的 Hf 同位素积累较少, 因此其 Hf 同位素组成可以代表锆石结晶时的体系特征。测试结果表明, 锆石 176Hf/177Hf 值为 0.282446～0.282714, εHf(t)值为 6.7～15.8, 接近或稍低于亏损地幔演化线, 计算得到的二阶段模式年龄(tDM2)为 730～1200Ma。这些数据表明, 样品主要来源于新生的地幔物质, 仅有少量再循环的地壳重熔物质加入。

3.2 全岩主量元素及微量元素

共选取 6 个相对新鲜的基性火山岩样品, 用于全岩主量和微量元素分析, 结果见表 3。

基性火山岩样品的 SiO2 含量为 44.7%～50.5% (标准化至无水条件); Fe2O3T 含量为 12.1%～14.1%; Al2O3含量为 12.7%～14.9%; MgO含量为4.7%～8.9%, Mg#值为 61～44; TiO2 含量为 1.18%～2.06%。该样品Ti/Y 值较低(280～463), 与岛弧玄武岩(TiO2=0.52%～ 0.93%)[55–58]以及伸展背景下的碱性玄武岩(TiO2=2.9%, Ti/Y>500)显著不同, 而与板内拉斑玄武岩相似(TiO2 ≥2.0%, Ti/Y<500)[55–58]。这些基性火山岩落在亚碱性玄武岩区域(图 4(a))[56], 呈现拉斑系列的趋势(图 4(b))[57]。此外, 基性火山岩 Cr 和 Ni 的含量为中等, 分别为 45～324mg/g 和 33～147mg/g。

在稀土元素球粒陨石标准化图解(图 5(a))中, 所有基性火山岩样品具有非常相似的稀土元素配分特征, 总体呈现轻稀土(LREE)相对富集、重稀土 (HREE)相对亏损的右倾配分模式。基性岩体的稀土总量较低(69.53～141.16mg/g)。其中, LREE 含量为 33～79mg/g, HREE 含量为 13～30mg/g; LREE富集程度略有变化, (La/Yb)N值为 1.92～4.57, HREE 亏损程度较弱, (Gd/Yb)N 值为 1.00～2.92。未见明显Eu异常(Eu/Eu*=0.99～1.07)。在微量元素蛛网图(图 5(b))上, 观察到样品中 Nb 和 Ta 相对亏损, Ti 无明显异常。上述微量元素特征与富集型洋中脊玄武岩(E-MORB)和洋岛玄武岩(OIB)极为相似, 但与正常洋中脊玄武岩(N-MORB)差异显著。

4 讨论

红柳泉基性火山岩的烧失量值(LOI)为 1.15%～ 3.81%, 表明其经历不同程度的蚀变和变质作用。这种改变很容易影响水溶性元素(如 Ca, Cs, Rb, Na和 K)的含量, 但对稀土元素、高场强元素(如 Ti,Zr, Y, Nb, Ta 和 Hf)、部分主量元素(如 SiO2, FeOT, MgO, TiO2 和 Al2O3)和过渡族元素(如 Cr, V 和 Ni)影响较小[60]。本研究中, REE 和高场强元素(HFSE,包括 Ti, Zr, Y, Nb, Ta 和 Hf)具有线性关系, 表明这些微量元素的含量在整个岩石尺度上具有稳定性。因此, 本文仅使用非活动性元素讨论基性火山岩样品的岩石分类、岩石成因和源区特征。

4.1 分离结晶与同化混染

红柳泉基性火山岩 Mg#值(44～61)、Cr 含量(2～ 188mg/g)和 Ni 含量(4～115mg/g)较低(表 3), 与原始的玄武质岩浆的成分含量(Mg# = 68～76, Cr = 300～ 500mg/g, Ni=300～400mg/g)存在显著差异[58,61], 表明其母岩浆经历分离结晶作用。红柳泉基性火山岩SiO2 含量和 Fe2O3T 含量与 MgO 含量负相关(图 6(a)和(b)), 暗示基性岩浆经历镁铁质矿物(包括橄榄石、辉石和角闪石)的分离结晶过程。全岩 Al2O3 含量与 MgO 含量正相关(图 6(c)), 未出现明显的Eu负异常(Eu/Eu*=0.89～0.97)(图 5(a)), 表明其几乎未经历斜长石的分离结晶过程。全岩 TiO2 含量与 MgO含量负相关(图 6(d)), 表明其经历 Ti-Fe 氧化物的结晶和富集过程。全岩 Cr 含量与 Ni 含量正相关(图6(e)), Cr 含量与 Vc 含量负相关(图 6(f)), 暗示基性火山岩样品经历以单斜辉石为主的分离结晶过程。此外, 未观察到中稀土元素(MREE)亏损(图 5(a)), 表明基性火山岩没有经历角闪石的分离结晶过程。

基性火成岩易受地壳混染或富集岩石圈成分影响。地壳混染会显著地改变基性岩的 LREE/HREE, LILE/HFSE, Nb/Tah 和 Nb/La 等比值[62–64]。在 Nb/ Th-Nb/La 和 Th/Yb-Nb/Yb 图解(图 7(a)和(b))中, 北阿尔金基性火山岩样品均偏离地幔区域, 显示地壳混染的趋势。这些样品的 Nb/Ta 值(14.2～15.8)和 Nb /La 值(0.49～0.95)较低, 明显低于地幔岩浆(Nb/Ta=17.5, Nb/La=1.0), 但又高于大陆地壳(Nb/Ta=8～12, Nb/La=0.69～0.83)。该样品还表现出 Zr 和 Hf 负异常(图 5(b)), 表明它们受到不同程度的大陆地壳物质混染。基性岩样品的 Th 和 U 含量分别为 0.5～5.1和 0.2～1.1mg/g, 明显高于下地壳(Th=1.2mg/g, U=0.2mg/g), 但低于上地壳(Th=10.5mg/g, U=2.7mg/g), 表明基性岩浆在上升和侵位过程中可能遭受过不同程度的上地壳物质混染[65]。此外, 在 La/Ba-La/Nb和 Nb/Zr-Th/Zr 图解(图 7(c)和(d))中, 基性火山岩未表现出俯冲改造的趋势, 暗示其未受到俯冲板片沉积物或流体影响[66–67]。

4.2 地幔源区属性、潜能温度与构造环境

基性岩的 La/Yb 和 Dy/Yb 值是判别地幔源区性质和熔融程度的重要指标。根据地幔源区由深至浅的变化, 可将基性岩划分为石榴石相、尖晶石相和斜长石相[70–71]。这些矿物相的稀土元素配分系数(KD)相差较大[72]。石榴石相地幔源区低程度部分熔融产生的熔体具有较高的 La/Yb 和 Dy/Yb 值, 而尖晶石相地幔源区部分熔融产生的熔体具有较低的La/Yb 值和稳定的 Dy/Yb 值。北阿尔金红柳泉基性岩具有较低的 La/Yb(2.26～6.29)和稳定的 Dy/Yb (1.59～1.83)值, 表明它们可能来源于尖晶石相地幔源区。通过 La/Yb-Tb/Yb 和(La/Sm)N-(Sm/Yb)N图解分析, 进一步证实这些基性岩可能由含尖晶石和贫石榴石(<2%)的地幔源区低程度(<10%)部分熔融生成(图 8(a)和(b))。

选择北阿尔金火山岩中 MgO 含量(8.89%)和Mg#值(约 61)最高的样品 AR40(表 3), 利用Herzberg等[75]的方法, 估算原始岩浆主要氧化物含量和地幔潜能温度(Tp)。计算结果表明, 该区基性火山岩原始岩浆的 SiO2, FeOT 和 MgO 含量分别为 45.48%, 12.05%和 22.06%, 据此计算的地幔潜能温度(Tp)为1479℃。该地幔潜能温度与同时期柴北缘基性岩(Tp=1434～1524℃)以及扬子北缘碧口玄武岩(Tp> 1500℃)的潜能温度相近, 它们被认为是地幔柱活动导致的异常高温的代表。

北阿尔金基性火山岩表现出LREE富集的特征,未受板片俯冲影响, 且其 TiO2 (1.47%～4.23%)、Zr (70～282mg/g)和 V(179～459mg/g)含量以及 Zr/Y(3.0～ 6.0)和 Zr/Sm(23.3～30.0)值较高。这些地球化学特征与伸展或者裂谷背景下的板内岩浆相似(Zr/Sm=28～ 30, Zr/Y>3.5), 与岛弧火山岩(Zr/Y<3.5, Zr/Sm<20)不同[57,59,74]。在 TiO2-Zr 和 Zr/Y-Y 图解中(图 8(c)和(d)), 北阿尔金地区基性火山岩样品主要位于板内玄武岩范围。结合本研究中基性火山岩异常高的地幔潜能温度(Tp=1479℃), 我们认为北阿尔金地区基性火山岩记录了初始裂解活动, 并与罗迪尼亚超大陆裂解期间地幔柱活动有关。

4.3 地质意义

前人基于相似的蛇绿混杂岩带的形成时间、一致的沟–弧–盆俯冲体系和高压低温变质带的分布情况, 认为阿尔金与祁连造山带关系密切[16,23,31]。然而, 根据南阿尔金与柴北缘中新元古代的岩体特征, 二者与罗迪尼亚超大陆拼合和裂解相关的岩体年龄和地球化学同位素特征相似, 因此, 我们认为阿尔金–祁连–柴北缘(甚至东昆仑)在古–中元古代可能为统一的整体。

本研究获取的北阿尔金基性火山岩样品的年龄为 843Ma, 具有板内伸展环境的特点。以往的报道中, 857～780Ma 的非造山环境A型花岗岩[35]、与伸展环境相关的火山岩[76]、北阿尔金东段半鄂博图829Ma 的辉长岩[77]以及南阿尔金帕夏拉依档沟857.4±7.1Ma 的斜长角闪岩原岩[27], 都被认为是初始裂解过程的记录(图 1(c))。北阿尔金拉配泉及恰什坎萨伊沟等地 750Ma 左右的双峰式火山岩[35]和南阿尔金 754±9Ma 具有洋壳性质的高压变质岩原岩[78], 被认为是大陆裂谷演化后期的产物。上述证据表明, 阿尔金地区在 850～750Ma 期间一直处于与裂谷相关的伸展环境中, 并经历两个伸展阶段。

柴北缘地区记录了丰富的新元古代裂解事件, 锡铁山榴辉岩的锆石核部年龄为 800～750Ma, 鱼卡榴辉岩的原岩年龄为 840Ma[16], 鹰峰和嗷唠山基性岩的成岩年龄为 830～820Ma, 这些岩石被认为与新元古代地幔柱活动密切相关[79]。在祁连地区的研究中, 发现大量新元古代裂谷相关的岩浆活动记录, 祁连陆块东部的兴龙山群火山岩(824～713Ma)和祁连陆块南部的全吉群裂谷火山岩(约 800Ma)为祁连地块内新元古代主要裂谷火山岩系[80], 南祁连党河南山拐杖山岩群玄武岩(约 800Ma)被认为是新元古代晚期大陆裂谷背景下形成的火山岩[81]。此外, 在北祁连牛心山花岗片麻岩、雷公山石英闪长岩以及吊大坂花岗片麻岩中发现 780～750Ma 期间有大量岩浆活动, 这些活动被认为是与古祁连洋打开相关的裂解环境下的产物[35,82]。

综上所述, 阿尔金与祁连–柴北缘在 850～750Ma 期间的裂解记录具有显著的可比性, 同步响应罗迪尼亚超大陆的裂解过程, 表明其在新元古代具有显著的亲缘性。Xu 等[79]根据柴北缘新元古代榴辉岩原岩、角闪岩相变质岩和基性岩的分布情况, 恢复面积超过 10 万平方公里的新元古代柴北缘大火成岩省。如此大规模裂解事件被认为与 850Ma开始的地幔柱活动有关。类似地, 北阿尔金的基性火山岩的年龄和地球化学特征与柴北缘的新元古代基性火山岩相似, 并且根据相对较高的地幔潜能温度(Tp=1479℃), 我们推测基性火山岩也可能形成于地幔柱上方的大陆裂谷环境中。

除阿尔金、祁连和柴北缘外, 在秦岭造山带、华南板块等亲冈瓦纳的陆块或微陆块中也发现相似的新元古代裂谷岩浆作用记录[7,16,83–87], 并在格林威尔期形成相似的造山活动记录。这些分布于中国中央造山带及周边区域, 具有高度可比性的新元古代裂谷相关构造热事件表明, 它们可能在全球性的格林威尔期造山事件中共同构成一个统一的“泛中国南方大陆” [87]。基性火山岩样品没有显示与俯冲相关的地幔交代特征, 表明阿尔金地区应处于靠近罗迪尼亚超大陆内部的位置。根据 Li 等[7,13]提出的“Missing-link”模型, 华南板块被置于澳大利亚大陆与罗伦提亚大陆之间, 这与我们推断的阿尔金地区所处位置吻合。基于上述认识, 我们认为阿尔金基性火山岩主要形成于地幔柱上方的板内伸展环境, 其成岩年龄指示 850Ma 的初始新元古代地幔柱活动，且阿尔金地块与华南地块在新元古代具有地质亲缘性，并处于相近的构造位置。

5 结论

本研究对北阿尔金红柳泉层状基性火山岩开展岩石学、年代学和地球化学的综合研究，通过分析岩石特征、测定形成年龄及解析元素地球化学数据，系统地探究该基性火山岩的成因、物质来源及构造背景, 主要结论如下。

1)北阿尔金基性火山岩体形成年龄为 843±29Ma, 主要来自新生的地幔物质, 并经历不同程度的地壳混染以及单斜辉石和 Fe-Ti 氧化物的分离结晶阶段。

2)该基性火山岩体也可能来自尖晶石稳定域内, 由含尖晶石和贫石榴石(<2%)的地幔源区低程度(<10%)部分熔融形成。

3)北阿尔金基性火山岩主要为具有板内特征的拉斑玄武岩, 其 TiO2 含量以及 Zr/Sm 和 Zr/Y 值均较高。

4)基性火山岩指示较高的地幔潜能温度(Tp= 1479℃), 其成因与新元古代罗迪尼亚超大陆初始裂解相关的地幔柱活动有关。

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The 850 Ma Continental Flood Basalts in North Altun Block and Their Implications for Mantle Plume Activity

1. Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution (MOE), School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871; 2. Northwest China Center for Geoscience Innovation, Xi’an Center of Geological Survey, CGS, Xi’an 710119; †Corresponding author, E-mail: sgsong@pku.edu.cn

Abstract This paper reports the layered mafic volcanic rocks formed in the Hongliuquan area of the North Altyn region at 843 Ma. This suite of volcanic rocks has relatively high TiO2 (1.18%–2.06%), low Zr/Hf (23.28–29.28) and low Nb/Ta (4.20–12.99), showing the trace element characteristics of E-MORB/OIB, like the typical low-Ti basalts in large igneous provinces. The analysis results of major and trace elements in the entire rock show that the magma of the basic rock has undergone a low degree of partial melting (<10%) of the asthenosphere source of garnet (<2%), and has been subject to varying degrees of crustal mixing during the uplift process. The occurrence, geochemical characteristics, age data and high mantle potential temperature (Tp=1479°C) of the northern Aljin layered basic volcanic rock indicate that this basic volcanic rock is a continental overflow basalt (CFB) originated from the Neoproterozoic mantle plume. Combined with the extended background magmatic activity developed in the region during the same period (850–750 Ma), we believe that the northern Alkinic volcanic rocks record the earliest magmatic activity during the supercontinent rifting process. In the Neoproterozoic era, it was discovered that the magmatic activities of Alkin and those of the Qilian, Chaibei Margin, Eastern Kunlun, South China and Qinling Mountains all had the diagenological characteristics of an intracontinental rift valley environment, which indicates that they are related to the mantle plume activities at 850–800 Ma. It further indicates that the formation of the Northern Altyn volcanic rock mass is closely related to the beginning of the rifting of the Rodinia supercontinent at approximately 850 Ma.

Key words continental flood basalts; mantle plume; Neoproterozoic; North Altyn; Rodinia supercontinent