何 葉，陳立輝，曾 罡，王小均

南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210023

1 引言

大陸板內(nèi)玄武巖是我們了解深部地球最重要的窗口之一。中國(guó)東部的新生代玄武巖是典型的大陸板內(nèi)玄武巖，屬于環(huán)太平洋火山帶的一部分（Zhou and Armstrong,1982；劉若新,1992）。在北起黑龍江、南到海南島、西至大興安嶺—太行重力梯度帶的廣大區(qū)域內(nèi)斷續(xù)分布，面積可達(dá)7.8×104km2（陳霞玉等,2014）。元素和同位素地球化學(xué)研究表明，中國(guó)東部新生代玄武巖的地幔源區(qū)具有明顯的不均一性，富集的再循環(huán)組分在這些新生代玄武巖的形成過(guò)程中扮演了非常重要的角色（Chen et al., 2009; Liu et al., 2008; Sakuyama et al., 2013;Sun et al., 2017a; Wang et al., 2017; Wang et al.,2011; Wang et al., 2015; Zhang et al., 2009; Zeng et al.,2017;Xu et al.,2017;Xu et al.,2018）。例如，玄武巖中的斑晶具有和正常地幔不同的δ18O值，暗示其源區(qū)存在再循環(huán)洋殼和沉積物的貢獻(xiàn)（Zhang et al., 2009; Wang et al., 2011; Liu et al., 2015a, 2015b,2017; Xu et al., 2012）；玄武巖相對(duì)于正常地幔明顯偏輕的鎂同位素組成（δ26Mg=?0.60‰～?0.25‰;Huang et al., 2015; Tian et al., 2016; Wang et al.,2017; Yang et al., 2012; Sun et al., 2017b; Su et al.,2017;Li et al.,2017）及偏重的鋅同位素組成（δ66Zn=0.30‰～0.63‰; Liu et al., 2016a）則表明其源區(qū)含有再循環(huán)碳酸鹽組分。

在中國(guó)東部新生代玄武巖中，位于東南部的浙江境內(nèi)的新生代玄武巖具有明顯的時(shí)空分帶性（Ho et al.,2003）。這些玄武巖與中國(guó)東部其它地區(qū)的新生代玄武巖一樣，具有類似于洋島玄武巖（OIBs）的微量元素特征，即富集大離子親石元素（LILE）和輕稀土元素（LREE），具有K、Pb 的負(fù)異常和Nb-Ta 的正異常（Yu et al., 2019; Yu et al.,2017; Li et al., 2015; Liu et al., 2016）。相比同時(shí)代的巖石圈地幔橄欖巖捕虜體（87Sr/86Sr=0.7028～0.7037，εNd=6.4～12.3）（Fan et al., 2000；楊金豹,2015），浙江新生代玄武巖具有相對(duì)富集的Sr-Nd同 位 素 組 成 （87Sr/86Sr=0.7032～0.7046， εNd=1.85～7.20）（Yu et al., 2 019; Yu et al., 2017; Li et al.,2015;Liu et al.,2016b）。高于大陸巖石圈地幔底部溫度的單斜輝石結(jié)晶溫度（＞1257℃）表明，浙江新生代玄武巖是來(lái)自于軟流圈地幔的部分熔融，而非巖石圈地幔（Li et al.,2015）。浙江新生代玄武巖相比大洋中脊玄武巖（MORB）更為富集的Sr-Nd 同位素組成以及較高的不相容元素含量表明，其源區(qū)存在再循環(huán)的富集組分（Li et al.,2015; Ho et al., 2003; Liu et al., 2016b）。在此基礎(chǔ)上，Liu 等（2016b）通過(guò)測(cè)試浙江新生代玄武巖中單斜輝石斑晶的H2O 含量，發(fā)現(xiàn)這些玄武巖原始巖漿的水含量落在弧后盆地玄武巖和島弧玄武巖的范圍內(nèi)（H2O=1.3～2.9 wt%），說(shuō)明其地幔源區(qū)中存在再循環(huán)大洋地殼物質(zhì)的貢獻(xiàn)。H2O/Ce 比與其它元素比值（如Ba/Th、Nb/La 等）揭示早期噴發(fā)的浙江新生代玄武巖是由虧損地幔端元和再循環(huán)的洋殼端元混合形成，而晚期噴發(fā)的玄武巖源區(qū)除了虧損地幔和再循環(huán)的洋殼組分外還有再循環(huán)沉積物（Liu et al., 2016b）。同時(shí)，浙江新生代強(qiáng)堿性玄武巖（霞石巖和碧玄巖）具有K、Zr、Hf、Ti 的負(fù)異常、較高的Ca/Al 比值以及輕的Mg 同位素組成（δ26Mg=-0.35‰～-0.38‰），反映了其源區(qū)含有碳酸鹽組分（Yu et al.,2019;Yu et al.,2017）。此外，浙江寧海高硅玄武巖在微量元素蛛網(wǎng)圖上呈現(xiàn)出Ti 的正異常 （Ti/Ti*＞1），且在Ti/Ti*與87Sr/86Sr、εNd等圖上顯示出與浙江其它新生代玄武巖不同的趨勢(shì)，反映其源區(qū)含有含金紅石的榴輝巖，而這同樣與再循環(huán)洋殼密切相關(guān)（Yu et al.,2019）。

總體上看，前人對(duì)浙江新生代玄武巖的研究多集中于中部的新昌—嵊州溢流玄武巖和東部的寧?！R海玄武巖，但對(duì)于西側(cè)江山—紹興斷裂帶上以單成因火山形式產(chǎn)出的玄武巖的研究則明顯偏少，尤其缺少?gòu)牡厍蚧瘜W(xué)角度探討該區(qū)新生代玄武巖的時(shí)空分布與成因差異性的工作。浙江建德新生代玄武巖出露于浙江西部江山—紹興斷裂帶，是研究區(qū)內(nèi)迄今發(fā)現(xiàn)的最古老的新生代玄武巖（～40 Ma）（曾罡等,2017），研究程度非常低。本文通過(guò)詳細(xì)的全巖主量、微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf同位素研究，揭示了建德玄武巖的地球化學(xué)特征及源區(qū)組成。同時(shí)，我們還結(jié)合玄武巖的空間位置和噴發(fā)時(shí)間對(duì)本區(qū)新生代玄武巖進(jìn)行了分類，以了解浙江不同地區(qū)新生代玄武巖之間的成因聯(lián)系和差別。

2 區(qū)域地質(zhì)背景和樣品描述

浙江省位于華夏地塊的東北部。華夏地塊是中國(guó)東部最南端的構(gòu)造單元，被認(rèn)為是一塊由古老物質(zhì)組成的年輕地塊（于津海等,2006），區(qū)域內(nèi)的江山—紹興斷裂帶和政和大埔斷裂帶被認(rèn)為是古構(gòu)造單元的縫合線（Chen and Jahn, 1998; Xu et al., 2007）。新生代時(shí)期，浙江省內(nèi)的玄武巖主要以小規(guī)模溢流玄武巖以及單成因火山的形式產(chǎn)出（Yu et al.,2015），其分布受到三條切穿巖石圈的、北東—南西向的斷裂（從西到東分別為江山—紹興、麗水—余姚和溫州—鎮(zhèn)海斷裂）控制。前人研究表明，浙江地區(qū)新生代主要存在兩期玄武質(zhì)巖漿活動(dòng)：古近紀(jì)（32.2～21.7 Ma）和新近紀(jì)（10.5～2.4Ma）（曾罡等,2017）。從巖性上看，早期主要為碧玄巖和霞石巖，分布于西部斷裂帶；晚期則為堿性橄欖玄武巖、橄欖拉斑玄武巖和石英拉斑玄武巖，主要分布于中部和東部斷裂帶。從東到西，浙江地區(qū)新生代玄武巖的堿性逐漸增強(qiáng)（Liu et al., 2016b; Ho et al., 2003; Li et al., 2015）。根據(jù)火成巖出露的位置和深斷裂分布之間的關(guān)系以及玄武巖的年齡，筆者將浙江新生代玄武巖分為三部分（圖1）：（1）浙江東部新生代玄武巖，主要包括寧海和臨海玄武巖，年齡在10.5～4.6 Ma 之間；（2）浙江中部新生代玄武巖，主要為諸暨玄武巖和新昌—嵊州小規(guī)模溢流玄武巖，年齡為10.1～2.5 Ma，余姚玄武巖的定年結(jié)果顯示，巖漿主體噴發(fā)于32.2～21.7 Ma，也有少量噴發(fā)于7.1～3.7 Ma，由于目前還沒(méi)有噴發(fā)于早期的余姚玄武巖的主微量元素含量及同位素組成數(shù)據(jù)的報(bào)道，因此，噴發(fā)于早期的余姚玄武巖將不在本文討論；（3）浙江西部強(qiáng)堿性新生代玄武巖，由建德、西壟、龍游玄武巖組成，是浙江地區(qū)新生代最古老的玄武巖，年齡在41.5～23.3 Ma之間（曾罡等,2017）。

圖1 浙江地區(qū)新生代玄武巖分布圖Fig.1 Distributions of Cenozoic basalts in Zhejiang Province

建德玄武巖出露于浙江西部江山—紹興斷裂帶上，K-Ar年齡為41.5～39.5 Ma（曾罡等,2017），是迄今為止已發(fā)表的浙江地區(qū)新生代玄武巖中最古老的。野外可見(jiàn)大小不一的橄欖巖捕虜體，捕虜體多數(shù)呈圓至橢圓狀，直徑最大可達(dá)50 cm以上，其余也均在5～10 cm左右。本文研究的樣品采自建德市乾潭鎮(zhèn)的梓州村，這些玄武巖順層侵入于上侏羅紀(jì)硯嶺組的砂巖中。建德玄武巖樣品均呈斑狀結(jié)構(gòu)，不同樣品斑晶礦物的種類和大小均有所差別。其中樣品JD02 的斑晶主要為已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐炼∈拈蠙焓呔В?5%～30%）以及少量單斜輝石斑晶（＜10%），橄欖石斑晶的粒徑在100～200 μm之間，未見(jiàn)明顯的斜長(zhǎng)石斑晶，且樣品中可以看到大量碳酸鹽礦物，與該樣品具有高的燒失量（7.92%）一致。在其它樣品中，除了橄欖石和單斜輝石斑晶外，還可見(jiàn)大量斜長(zhǎng)石斑晶（15%），其中部分樣品斜長(zhǎng)石斑晶較小，呈長(zhǎng)條狀，而部分樣品中則較大，呈短柱狀或板條狀，同時(shí)還可以見(jiàn)到斜長(zhǎng)石的聚片雙晶?；|(zhì)主要為橄欖石、單斜輝石、斜長(zhǎng)石、鈦鐵氧化物和玻璃。

3 分析測(cè)試方法

在進(jìn)行全巖的地球化學(xué)分析之前，選取了新鮮且具有代表性的巖石樣品，將巖石破碎到厘米級(jí)后剔除其中大顆粒的橄欖石捕虜體，用無(wú)污染瑪瑙球磨機(jī)研磨至200目以下，制成巖石粉末，用于全巖主、微量元素、Sr-Nd-Pb-Hf放射成因同位素的分析測(cè)試。

3.1 全巖主量元素及微量元素

全巖的主量元素分析在南京大學(xué)內(nèi)生金屬成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。測(cè)試前將粉末樣品放置在105℃恒溫干燥箱中烘干4 h，取1 g 粉末樣品與11 g 助熔劑（硼酸鋰）混合均勻后倒入鉑金坩堝，放入THEOXD 型全自動(dòng)電熔爐中，高溫加熱熔融制備成堿熔玻璃片，隨后在Thermo ARL 9900 型X 射線熒光光譜儀上完成測(cè)試，測(cè)試時(shí)的電流和電壓分別為50 mA和50 Kv。38個(gè)化學(xué)組成從超基性到酸性的火成巖和沉積巖標(biāo)樣值建立的校正曲線用來(lái)校正。此外，稱取0.5 g 粉末樣品在1050℃下高溫加熱1 h，測(cè)試燒失量（LOI）。

全巖的微量元素分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。測(cè)試使用的儀器是ELAN 6100DRC 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）。詳細(xì)的溶樣及待測(cè)溶液制備過(guò)程如下：稱取約50 mg 巖石粉末放入干凈的Teflon 溶樣罐中，加入濃HF 和濃HNO3的混合酸（體積比為1:1）溶解后放置在140℃電熱板上加熱；待溶解后的樣品蒸干后，再次加入 1.5 mL 濃 HF 和 1.5 mL 濃 HNO3，并將溶樣罐置于密封高壓釜中，在190℃烘箱中加熱48 h，使樣品進(jìn)一步溶解；隨后將樣品從高壓釜中取出，開(kāi)蓋蒸干，加入3 mL 濃HNO3，再次蒸干；繼續(xù)加入3 mL 濃HNO3，再次將溶樣罐置于密封高壓釜中在140℃烘箱中加熱12 h 溶解樣品；最后，待溶解完全的溶液冷卻后，將其移至容量瓶中，稀釋到80 g 用于測(cè)試。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用BHVO-2、AGV-2、BCR-2 和GSP-1 四個(gè)國(guó)際巖石標(biāo)樣對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行監(jiān)控。Sr、Y、Zr、Nb、Cs、Ba、Hf、Ta、Th、U 和 REEs 的精度優(yōu)于 5%，Rb 和 Pb的精度優(yōu)于10%。

3.2 全巖Sr、Nd、Hf、Pb同位素

全巖的Sr-Nd-Hf-Pb 同位素分析測(cè)試在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所有化學(xué)溶解和分離流程均在100 級(jí)超凈化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中完成。Sr 同位素組成用Thermo Finnigan公司型號(hào)為T(mén)RITON的表面熱電離質(zhì)譜儀（TIMS）測(cè)試。Nd、Pb、Hf同位素組成則使用Thermo Finnigan 公司型號(hào)為Neptune plus 的多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（MC-ICP-MS）測(cè)試。

對(duì)于Sr、Nd 同位素，稱取200 mg 粉末樣品于溶樣罐中，在溶樣前，用2 mL 的2.5 mol/L HCl 對(duì)其進(jìn)行淋濾，以降低風(fēng)化蝕變等對(duì)樣品造成的影響，反復(fù)離心后除去上層清液；將殘?jiān)舾珊蠹尤?1.5 mL 濃 HF 和 1 mL 濃 HNO3溶解，將密封溶樣罐放置在130℃電熱板上，加熱至完全溶解后開(kāi)蓋蒸干；加入1 mL 的4 mol/L HCl 溶解，離心后取上層清液，用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂（Bio-Rad 50WX8）對(duì)Sr、Nd 進(jìn)行化學(xué)分離，化學(xué)分離后的Sr 用鎢金屬帶點(diǎn)樣測(cè)試。詳細(xì)的化學(xué)分離流程和儀器測(cè)試參數(shù)可參考（濮巍等, 2004; 濮巍等, 2005）。上機(jī)測(cè)試時(shí)Sr 的同位素組成用86Sr/88Sr=0.1194 進(jìn)行質(zhì)量分餾的校正，Nd 同位素組成則按照Vance 等（2002）的方法進(jìn)行質(zhì)量分餾校正。測(cè)試過(guò)程中Sr 標(biāo) 樣 NBS987 的87Sr/86Sr 值 為 0.710272 ±0.000008， Nd 標(biāo) 樣 JNdi-1 的143Nd/144Nd 值 為0.512120±0.000004。

對(duì)于Pb 同位素，稱取200 mg 巖石粉末于溶樣罐中，加入 1.5 mL 濃 HF 和 1.5 mL 濃 HNO3后放置在120℃電熱板上，加熱至完全溶解，接著蒸干加入濃HNO3；再次蒸干溶解于HBr-HNO3混合酸，取上層清液于陰離子交換樹(shù)脂（Bio-Rad AG1-X8）中進(jìn)行Pb同位素的分離，詳細(xì)的化學(xué)分離過(guò)程可參考Kuritani 與Nakamura（2002），上機(jī)測(cè)試前在樣品溶液中加入Tl 元素進(jìn)行質(zhì)量分餾校正（White et al., 2000）。測(cè)試過(guò)程中Pb 標(biāo)樣NIST-981 的Pb 同位素組成分別是：206Pb/204Pb=16.9290±0.0005，207Pb/204Pb=15.4820±0.0005，208Pb/204Pb=36.6694±0.0013。

對(duì)于Hf 同位素，首先稱取巖石粉末150 mg 于溶樣罐中，加入2 mL HF后放置于120℃電熱板上密封加熱溶解；待完全溶解后，蒸干，連續(xù)兩次加入1 mL 6 mol/L的HCl使之進(jìn)一步溶解；再次蒸干后繼續(xù)加入5 mL 3 mol/L 的HCl，將密封溶樣罐放置在80℃電熱板上加熱溶解12 小時(shí)，離心后取上層清液，用Eichrom Ln-Spec 樹(shù)脂對(duì)Hf 進(jìn)行化學(xué)分離，詳細(xì)的化學(xué)分離與分析測(cè)試過(guò)程可參考Yang 等（2010）。上機(jī)測(cè)試時(shí)Hf 同位素組成用179Hf/177Hf=0.7325 進(jìn)行質(zhì)量分餾的校正。測(cè)試過(guò)程中Hf 標(biāo)樣JMC 475 的176Hf/177Hf 值為 0.282147±0.000004，同時(shí)，使用國(guó)際巖石標(biāo)樣作為未知樣來(lái)監(jiān)控整個(gè)實(shí)驗(yàn)的化學(xué)和測(cè)試流程，國(guó)際標(biāo)樣BCR-2的176Hf/177Hf值為0.282848±0.000005，與前人推薦的參考值0.282865±0.000013一致（Kimura et al.,2016）。

4 分析測(cè)試結(jié)果

全巖的主量、微量元素以及Sr-Nd-Pb-Hf同位素的分析測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。建德玄武巖具有相對(duì)較高的燒失量（5.22～7.92 wt%），薄片鏡下觀察可見(jiàn)碳酸鹽礦物，暗示高的燒失量與巖漿富CO2有關(guān)。表1中所列出的主量元素含量為扣除燒失量之后重新歸一化的結(jié)果，所有投圖所用的主量元素含量均為歸一化后的數(shù)據(jù)。

表1 浙江建德新生代玄武巖主量(wt%)、微量元素(×10-6)成分及Sr-Nd-Hf-Pb同位素組成Table1 Whole-rock major element(wt%),trace element(×10-6)and Sr,Nd,Hf,Pb isotopic compositions for Jiande basalts

（續(xù)表1）

4.1 全巖主量元素及微量元素

建德玄武巖的SiO2含量為41.3～42.3 wt%，MgO 含量為 8.90～15.6 wt%，Al2O3含量為 9.70～12.6 wt%，CaO 含量為8.92～12.1 wt%，TiO2含量為2.78～3.18 wt%，F(xiàn)e2O3T含量為14.1～16.2 wt%（表1）。根 據(jù) Le Bas 等 （1986） 提 出 的 TAS （Na2O+K2O-SiO2）分類方案圖，除了一個(gè)樣品由于具有較低的全堿（Na2O+K2O）含量，落在苦橄質(zhì)玄武巖的范圍內(nèi)以外，其余樣品均落在碧玄巖/堿玄巖的區(qū)域（圖2），結(jié)合CIPW 標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算得到的橄欖石含量在15%以上，表明其巖性分類屬于碧玄巖；根據(jù)MacDonald 與Katsura（1964）提出的堿性—拉斑玄武巖系列分界線，其均為堿性系列的玄武巖，全堿含量為2.2～6.1 wt%；根據(jù)K2O/Na2O 比值則為鈉質(zhì)系列火山巖（K2O/Na2O＜1）。建德玄武巖的MgO 含量和其它主量氧化物之間不存在相關(guān)性。整體上來(lái)看，建德玄武巖的主量元素組成和西部強(qiáng)堿性玄武巖一致，而和中部以及東部玄武巖相比，則具有較低的SiO2和Al2O3含量，較高的MgO、TiO2和Fe2O3T含量（圖2）?？紤]到JD02 樣品在鏡下橄欖石斑晶已發(fā)生明顯的伊丁石化，且樣品中可以看到大量的碳酸鹽礦物，并具有高的燒失量（7.92%），明顯受到了后期蝕變作用的影響，因此，在接下來(lái)用主量元素（尤其是CaO 含量）討論源區(qū)組成的過(guò)程中，將不包括樣品JD02。

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖上（圖3a），建德玄武巖顯示出輕稀土（LREE）富集，重稀土（HREE）虧損的特征（La/Yb=59.8～66.3），且沒(méi)有表現(xiàn)出Eu和Ce 的異常。除具有更強(qiáng)烈的重稀土虧損以外，建德玄武巖的稀土含量與配分模式和其它浙江西部玄武巖類似。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖上（圖3b），建德玄武巖顯示出Nb-Ta 的正異常和K、Pb、Zr、Hf、Ti 的負(fù)異常 （Hf/Hf*=0.74～0.77, Ti/Ti*=0.70～0.74）。整體而言，建德玄武巖在微量元素含量以及配分模式上和浙江西部強(qiáng)堿性玄武巖（Hf/Hf*=0.52～0.78, Ti/Ti*=0.53～0.71）（Li et al., 2015; Ho et al.,2003;Zou et al.,2000）類似，具有比浙江中部（Hf/Hf*=0.54～0.91,Ti/Ti*=0.78～1.06）（Li et al.,2015;Ho et al., 2003; Yu et al., 2015）、東部玄武巖（Hf/Hf*=0.67～1.06,Ti/Ti*=0.77～1.19）（Li et al.,2015;Ho et al.,2003;Yu et al.,2015）相對(duì)偏高的微量元素含量及更強(qiáng)的Zr、Hf、Ti 負(fù)異常特征。此外，建德玄武巖還具有高于球粒隕石的Zr/Hf 比值（48.5～50.1）。

4.2 全巖Sr-Nd-Hf-Pb同位素

建德玄武巖的Sr-Nd-Hf-Pb 同位素組成變化范圍較?。▓D4），且基本落在浙江其它新生代玄武巖的范圍內(nèi)，它們表現(xiàn)出虧損的Sr-Nd-Hf 同位素組成（87Sr/86Sr=0.7032～0.7034,εNd=5.85～5.95,εHf=7.78～8.56） 和較高的206Pb/204Pb （18.491～18.554）、207Pb/204Pb （15.488～15.518） 和208Pb/204Pb （38.387～38.523）比值。在εNd-εHf圖上，所有樣品均落在地幔Nd-Hf演化趨勢(shì)線的下方（圖4b）。從區(qū)域上來(lái)看，浙江西部強(qiáng)堿性玄武巖和浙江東部玄武巖在87Sr/86Sr-εNd圖上存在系統(tǒng)性的差異：在一定87Sr/86Sr時(shí)，浙江西部玄武巖具有更低的εNd值，而中部玄武巖則位于兩者之間。

圖2 建德及其它浙江新生代玄武巖全巖SiO2與全堿（Na2O+K2O）（圖a）及其它氧化物（圖b-f）協(xié)變圖Fig.2 Variations of(a)Na2O+K2O versus SiO2and(b-f)major element compositions for Zhejiang Cenozoic basalts

5 討論

5.1 地殼混染和結(jié)晶分異作用

大陸板內(nèi)巖漿在上升過(guò)程中往往需要穿過(guò)較厚的地殼，因此易受地殼混染作用的影響。建德玄武巖中存在大量地幔橄欖巖捕虜體，暗示這些巖漿的上升速度很快，缺乏與周?chē)貧の镔|(zhì)發(fā)生反應(yīng)的時(shí)間。而虧損的Sr-Nd 同位素組成（87Sr/86Sr=0.7032～0.7034, εNd=5.85～5.95） 及與洋島玄武巖類似的微量元素特征（即K、Pb 的負(fù)異常和Nb、Ta的正異常）也暗示其未經(jīng)歷顯著的地殼混染作用。同時(shí)，建德玄武巖具有較高的Ce/Pb（17.9～24.1）和Nb/U（36.6～40.7）比值，這與洋島玄武巖的Ce/Pb和Nb/U比值接近（Ce/Pb=25±5，Nb/U=47±10）（Hofmann et al.,1986），而遠(yuǎn)高于大陸地殼的平均值 （Nb/U=3.9, Ce/Pb=6.1）（Rudnick and Gao,2003），進(jìn)一步支持了上述推斷。

分離結(jié)晶作用也會(huì)影響巖漿的化學(xué)組成。建德玄武巖具有低的SiO2（41.3～42.3 wt%）和高的MgO（8.90～15.6 wt%）含量，同時(shí)MgO 和其它主量氧化物之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性，反映其未經(jīng)歷強(qiáng)烈的橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶作用。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素配分圖上，這些玄武巖缺乏Eu和Sr的負(fù)異常特征，指示其未經(jīng)歷斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用。

圖3 建德及其它浙江新生代玄武巖（a）稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖（b）不相容元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖Fig.3 (a)Chondrite-normalized REE diagram and(b)Primitive mantle-normalized trace element spidergram for Zhejiang Cenozoic basalts

圖4 建德及其它浙江新生代玄武巖Sr-Nd-Hf-Pb同位素協(xié)變圖Fig.4 Variations of Sr-Nd-Pb-Hf isotopic compositions for Zhejiang Cenozoic basalts

因此，建德玄武巖的化學(xué)組成基本可以代表原始熔體的化學(xué)組成，可以用來(lái)探討其地幔源區(qū)組成。

5.2 建德玄武巖的源區(qū)組成

建德玄武巖具低的SiO2含量 （41.3～42.3 wt%），較高的 Ca/Al 比值 （1.02～1.16），明顯的K、Zr、Hf、Ti的負(fù)異常（Hf/Hf*=0.74～0.77,Ti/Ti*=0.70～0.74），同時(shí)還有高于球粒隕石的Zr/Hf 比值（48.5～50.1），這樣的元素地球化學(xué)特征和中國(guó)東部新生代其它強(qiáng)堿性的霞石巖、碧玄巖（如山東霞石巖）類似。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)工作表明，在上地幔條件下，Zr、Hf、Ti 在橄欖巖/輝石巖和碳酸鹽熔體之間的整體分配系數(shù)要明顯大于稀土元素在二者之間的分配系數(shù)，因此，不同于不含碳酸鹽物質(zhì)的橄欖巖/輝石巖，碳酸鹽化橄欖巖/輝石巖部分熔融產(chǎn)生的熔體在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素配分圖上會(huì)呈現(xiàn)出明顯K、Zr、Hf、Ti 的負(fù)異常（Dasgupta et al.,2009），同時(shí)具有低的SiO2含量和高Ca/Al 比值（Dasgupta et al.,2007;2006），可以用來(lái)解釋強(qiáng)堿性洋島玄武巖（即黃長(zhǎng)巖、霞石巖和碧玄巖）關(guān)鍵的主微量元素特征。在中國(guó)東部新生代玄武巖中，這樣的元素地球化學(xué)特征最早由Zeng 等（2010）在山東強(qiáng)堿性玄武巖中觀察到，并提出其地幔源區(qū)可能經(jīng)歷了碳酸鹽化。因此，我們認(rèn)為建德玄武巖的地幔源區(qū)中同樣存在碳酸鹽組分的貢獻(xiàn)。前人利用La/Yb-Sm/Yb 曲線對(duì)浙江中部低硅堿性玄武巖的源區(qū)巖性進(jìn)行了模擬計(jì)算，表明這些低硅堿性玄武巖起源于碳酸鹽化的地幔橄欖巖（俞恂, 2016），從La/Yb-Sm/Yb 圖中可以觀察到（圖5a），建德玄武巖落在中部低硅堿性玄武巖的延長(zhǎng)線上，是碳酸鹽化橄欖巖地幔低程度部分熔融（6%～8%）的結(jié)果。此外，Zeng 等（2010）最早利用TiO2和全堿（Na2O+K2O）協(xié)變圖（圖6）來(lái)判斷玄武巖源區(qū)巖性。從圖6中可以看到，隨著部分熔融程度的降低，碳酸鹽化橄欖巖部分熔融產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)熔體的TiO2含量以及全堿含量也逐漸升高，當(dāng)熔融程度低到一定程度時(shí)，就可以產(chǎn)生類似于山東強(qiáng)堿性玄武巖（起源于碳酸鹽化橄欖巖地幔） 的TiO2以及全堿含量（Zeng et al.,2010）；對(duì)于含碳酸鹽的富硅輝石巖部分熔融產(chǎn)生的熔體，在全堿含量一定的情況下，其TiO2含量相對(duì)于碳酸鹽化橄欖巖部分熔融產(chǎn)生的熔體要高；而含碳酸鹽的貧硅榴輝巖和角閃巖部分熔融產(chǎn)生的熔體則具有明顯小于1 的（Na2O+K2O）/TiO2比值。建德玄武巖落在碳酸鹽化橄欖巖部分熔融的趨勢(shì)線上，而偏離了含碳酸鹽的貧硅榴輝巖、含碳酸鹽富硅輝石巖和角閃巖部分熔融的趨勢(shì)。綜上所述，筆者認(rèn)為建德玄武巖的源區(qū)為碳酸鹽化的橄欖巖。

5.3 浙江不同地區(qū)新生代玄武巖之間的成因聯(lián)系和差異

時(shí)空分布上，浙江西部玄武巖多以單成因火山的形式產(chǎn)出，噴發(fā)時(shí)間在41.5～23.3 Ma之間；而浙江中部和東部玄武巖則主要以溢流玄武巖的形式產(chǎn)出，和西部玄武巖相比噴發(fā)時(shí)代要略晚，年齡在 10.5～2.5 Ma 之間 （Ho et al., 2003; Li et al.,2015）?；瘜W(xué)組成上，浙江西部玄武巖主要為堿性較強(qiáng)的霞石巖和碧玄巖，而中部和東部則以堿性橄欖玄武巖、橄欖拉斑玄武巖和石英拉斑玄武巖為主，從東到西，玄武巖的堿性逐漸增強(qiáng)（圖2;Liu et al., 2016; Ho et al., 2003; Li et al., 2015），微量元素含量逐漸下降（圖3），K、Zr、Hf、Ti的負(fù)異常也逐漸減弱（圖3）。

圖5 建德及其它浙江新生代玄武巖全巖（a）La/Yb與Sm/Yb和（b）Ca/Al與Ti/Ti*之間的協(xié)變圖Fig.5 Variations of(a)La/Yb versus Sm/Yb(b)Ti/Ti*versus Ca/Al for Zhejiang Cenozoic basalts

圖6 建德玄武巖與實(shí)驗(yàn)熔體TiO2與全堿（Na2O+K2O）之間的協(xié)變圖Fig.6 Variations of TiO2 versus(Na2O+K2O)for Jiande basanites and experimental melts

考慮到浙江新生代玄武巖之間緊密的時(shí)空關(guān)系和類似的同位素組成（圖4），浙江西部玄武巖和中部、東部玄武巖二者在元素地球化學(xué)組成上的差異可能主要是碳酸鹽化地幔源區(qū)經(jīng)過(guò)不同程度的部分熔融作用造成的。碳酸鹽物質(zhì)的加入會(huì)使得地幔橄欖巖的固相線溫度明顯降低（Dasgupta et al.,2007;Dasgupta et al.,2005），因此在不均一的地幔中，碳酸鹽化地幔會(huì)最先發(fā)生熔融，即在低程度部分熔融情況下，碳酸鹽組分對(duì)熔體的貢獻(xiàn)程度更大。隨著部分熔融程度的增大，不含碳酸鹽的輝石巖/榴輝巖和橄欖巖逐漸開(kāi)始熔融，硅酸鹽組分對(duì)熔體的貢獻(xiàn)比例逐漸增大，使得碳酸鹽熔體的元素地球化學(xué)特征被稀釋。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)的結(jié)果也證實(shí)，在近固相線溫度下，碳酸鹽化的橄欖巖、輝石巖/榴輝巖部分熔融產(chǎn)生的熔體主要為碳酸鹽熔體，隨著熔融程度的增加，則會(huì)形成碳酸鹽化的硅酸鹽熔體和純的硅酸鹽熔體（Dasgupta et al., 2006, 2007）。西部玄武巖（包括建德玄武巖）具有較高的La/Yb、Sm/Yb 比值，表明其部分熔融程度相對(duì)較低，其更高的Ca/Al、Zr/Hf比值和更明顯的K、Zr、Hf、Ti負(fù)異常（更低的Hf/Hf*和Ti/Ti*）（圖2，3和5）表明碳酸鹽組分對(duì)其熔體的貢獻(xiàn)程度相對(duì)更大。相反，經(jīng)歷了較高部分熔融程度作用的浙江中部和東部玄武巖較低的Ca/Al、Zr/Hf比值以及相對(duì)較高的Hf/Hf*和Ti/Ti*則表明地幔硅酸鹽組分對(duì)其熔體的貢獻(xiàn)程度更大。圖5模擬計(jì)算的結(jié)果也表明，西部強(qiáng)堿性玄武巖是碳酸鹽化橄欖巖地幔經(jīng)歷了較低程度（＜10%）部分熔融的結(jié)果，而中部和東部玄武巖的部分熔融程度則較高。

然而，同一種地幔組分（碳酸鹽化地幔）不同程度的部分熔融并不能解釋浙江西部玄武巖與中、東部玄武巖在Ba/Th、K/La 和Ti/Ti*比值上的差異：西部玄武巖具有明顯低于原始地幔值的Ba/Th、K/La比值和較低的Ti/Ti*，而中部和東部玄武巖則具有高于原始地幔的Ba/Th、K/La比值和較高的Ti/Ti*。由于在地幔部分熔融過(guò)程中，Ba 和Th、K 和La 表現(xiàn)出相似的不相容行為（Hofmann,1988），因而部分熔融并不會(huì)導(dǎo)致Ba/Th 和K/La 比值發(fā)生明顯的分異，玄武巖的Ba/Th、K/La比值可近似代表源區(qū)的Ba/Th、K/La 比值，玄武巖的Ti/Ti*也可近似代表源區(qū)的Ti/Ti*。因此，浙江新生代玄武巖Ti/Ti*與Ba/Th、K/La 比值之間較好的正相關(guān)性（圖7）需要通過(guò)兩個(gè)具有不同地球化學(xué)特征的源區(qū)端元組分之間的混合來(lái)解釋。再循環(huán)沉積物和再循環(huán)洋殼均具有高于原始地幔值的Ba/Th、K/La 比值 （GLOSS: Ba/Th=112.3, K/La=588.0;再循環(huán)洋殼：Ba/Th=92.4, K/La=428.7; 原始地幔：Ba/Th=83.0, K/La=370.4） （McDonough and Sun,1995;Plank,2014;White and Klein,2014），二者均可解釋浙江中部和東部玄武巖高的Ba/Th、K/La比值。然而，再循環(huán)沉積物具有較低的Ti/Ti*（GLOSS: Ti/Ti*=0.29；Plank, 2014），這與浙江中部和東部玄武巖較高的Ti/Ti*（0.77～1.19；Liu et al., 2016; Ho et al., 2003; Li et al., 2015; Yu et al.,2015; Yu et al., 2019）相矛盾。因此，筆者認(rèn)為，以浙江東部玄武巖為代表，這一具有高Ba/Th、K/La和Ti/Ti*比值的源區(qū)組分來(lái)自于再循環(huán)洋殼，與前人研究結(jié)果相吻合（Yu et al., 2019; Liu et al.,2016b）。而另一個(gè)端元組分則以浙江西部玄武巖為代表，具有較低的Ba/Th、K/La 和Ti/Ti*比值以及類似火成碳酸巖的微量元素模式（K、Zr、Hf、Ti負(fù)異常），表明再循環(huán)碳酸鹽物質(zhì)對(duì)其地幔源區(qū)的貢獻(xiàn)。

圖7 建德及其它浙江新生代玄武巖全巖(a)Ti/Ti*與Ba/Th、(b)Ti/Ti*與K/La之間的協(xié)變圖Fig.7 Variations of(a)Ti/Ti*versus Ba/Th and(b)Ti/Ti*versus K/La for Zhejiang Cenozoic basalts

綜合以上討論，我們提出，富集的含碳酸鹽再循環(huán)洋殼組分進(jìn)入虧損的軟流圈地幔中，其部分熔融產(chǎn)生的碳酸鹽熔體交代虧損的橄欖巖地幔形成碳酸鹽化地幔，這一具有低Ba/Th、K/La、Ti/Ti*和87Sr/86Sr 比值的碳酸鹽化地幔部分熔融，形成浙江西部玄武巖的原始熔體。同時(shí)，具有較高87Sr/86Sr比值的再循環(huán)洋殼熔融殘余物顯示與抽離的碳酸鹽熔體互補(bǔ)的微量元素特征（即高的Ba/Th、K/La和Ti/Ti*比值），這樣的殘余組分貢獻(xiàn)于源區(qū)并發(fā)生部分熔融，則可形成晚期浙江東部玄武巖的微量元素及同位素特征（圖8）。

6 結(jié)論

（1）浙江建德玄武巖和碳酸鹽熔體在地球化學(xué)特征上具有親緣性，即較低的SiO2含量、較高的 Ca/Al 和 Zr/Hf 比值以及 K、Zr、Hf、Ti 的負(fù)異常，指示建德玄武巖地幔源區(qū)存在碳酸鹽組分。

圖8 建德及其它浙江新生代玄武巖全巖Ti/Ti*與87Sr/86Sr之間的協(xié)變圖Fig.8 Variations of Ti/Ti*versus87Sr/86Sr Zhejiang Cenozoic basalts

（2）在同位素組成相似的情況下，相比浙江中部和東部玄武巖，西部玄武巖（包括建德玄武巖）具有更高的Ca/Al 值和更明顯的Zr、Hf、Ti負(fù)異常（即更低的Hf/Hf*和Ti/Ti*值），表明浙江西部玄武巖為碳酸鹽化地幔較低程度部分熔融（＜10%）的結(jié)果。

（3）浙江新生代玄武巖的軟流圈地幔具有不均一性，其Ti/Ti*與Ba/Th、K/La 比值之間較好的正相關(guān)性表明源區(qū)具有兩個(gè)不同地球化學(xué)特征的地幔端元。一個(gè)是以浙江西部玄武巖（包括建德玄武巖）為代表的碳酸鹽化地幔，由含碳酸鹽的再循環(huán)洋殼部分熔融產(chǎn)生的碳酸鹽熔體與虧損地幔反應(yīng)形成，具有較低的Ba/Th、K/La 和Ti/Ti*比值。另一個(gè)則以浙江東部玄武巖為代表，具有和西部玄武巖互補(bǔ)的、較高的Ba/Th、K/La 和Ti/Ti*比值、Ti/Ti*和較高的87Sr/86Sr，代表熔融殘余的再循環(huán)洋殼。