徐雯雯 劉棟 趙志丹 車(chē)悅 齊寧遠(yuǎn) 雷杭山 朱銳

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083

圖1 地中海東部區(qū)域地圖(a)和Lesvos島地質(zhì)圖和采樣位置(b)(據(jù)Pe-Piper et al., 2014改繪)Fig.1 Regional map of the eastern Mediterranean Sea (a) and geological map of the Lesvos Island showing sample locations (b) (modified after Pe-Piper et al., 2014)

作為地中海地區(qū)深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程的巖漿活動(dòng)響應(yīng)，愛(ài)琴海東北部廣泛出露的中新世幔源鉀玄質(zhì)火山巖是研究特提斯構(gòu)造域構(gòu)造-巖漿演化和地幔交代歷史的重要對(duì)象(Pe-Piper and Piper, 1992; Dilek and Altunkaynak, 2007; Pe-Piperetal., 2009)。通常認(rèn)為大陸巖石圈地?；蜍浟魅Φ蒯Ｔ谠缙谘髿せ蛘哧憵じ_過(guò)程中發(fā)生的地幔交代富集作用在碰撞后幔源鉀質(zhì)巖漿和伴生鈣質(zhì)堿性巖漿形成與演化過(guò)程中發(fā)揮了重要作用(Aldanmazetal., 2000; Seghedietal., 2004)。交代富集地幔的低度部分熔融可能產(chǎn)生幔源超鉀質(zhì)的巖漿，而富集地幔源區(qū)如果發(fā)生的更高程度的部分熔融則可能產(chǎn)生鉀質(zhì)巖漿和鈣堿性巖漿(Conticellietal., 2009)。然而，Dilek and Altunkaynak(2007)發(fā)現(xiàn)巖石圈加厚引發(fā)的地殼同化混染作用的加劇對(duì)安納托利亞(Anatolia)西部新生代巖漿巖的地球化學(xué)組成產(chǎn)生了重要影響，在一定程度上阻礙了通過(guò)幔源堿性巖漿作用來(lái)示蹤深部地幔的演化過(guò)程(Meen, 1987; Feeley and Cosca, 2003)。此外，關(guān)于地中海東部碰撞后鉀質(zhì)巖石巖漿源區(qū)是否存在軟流圈地幔物質(zhì)貢獻(xiàn)的問(wèn)題尚存較大爭(zhēng)議(Aldanmazetal., 2000; Bonev and Beccaletto, 2007)，且碰撞后鉀質(zhì)巖漿產(chǎn)生的構(gòu)造背景和深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制同樣需要進(jìn)一步研究(Kay and Kay, 1993; Blatteretal., 2001; Feeley and Cosca, 2003; Seghedietal., 2004)。

研究區(qū)Lesvos島位于地中海東部的愛(ài)琴海海域，島上廣泛分布的中新世火山巖屬于土耳其西部新近紀(jì)富鉀火山巖帶的一部分(Pe-Piper and Piper, 1992)。本文將礦物年代學(xué)和原位同位素分析與全巖地球化學(xué)測(cè)試手段相結(jié)合，不僅厘定了Lesvos島上三類(lèi)中新世鉀質(zhì)巖石的形成時(shí)代，還進(jìn)一步闡明了巖石成因、巖漿源區(qū)性質(zhì)和演化過(guò)程，最終為特提斯構(gòu)造域地中海東部地區(qū)在碰撞后階段的深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程及其伴隨的殼-幔層圈相互作用提供了重要的巖石學(xué)和地球化學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景和樣品

位于歐亞大陸以南的特提斯構(gòu)造域西起阿爾卑斯山，經(jīng)過(guò)土耳其-伊朗高原、喜馬拉雅山直至東南亞地區(qū)，其新生代以前的構(gòu)造演化歷史可大致劃分為早古生代原特提斯、晚古生代古特提斯和中生代新特提斯三個(gè)階段(吳福元等, 2020)。岡瓦納大陸北緣在晚三疊世裂解形成基梅里(Cimmerian)大陸并向北漂移，形成的新特提斯洋南部分支在古近紀(jì)由于阿拉伯板塊和歐亞大陸的碰撞而關(guān)閉(Aldanmazetal., 2000)。古近紀(jì)以來(lái)，分隔Pelagonia與Apulian陸塊的新特提斯洋殘余洋盆(Pindos洋)繼續(xù)俯沖消減(Buick and Holland, 1989; Zelilidisetal., 2002)，最終在漸新世-早中新世Pelagonia和Apulian碰撞匯聚(Buick and Holland, 1989; Zelilidisetal., 2002; Pe-Piper and Piper, 2006；Pe-Piperetal., 2009)，這一過(guò)程伴隨著新生代火山巖的廣泛出露。

圖2 Lesvos島碰撞后鉀質(zhì)火山巖野外露頭和顯微結(jié)構(gòu)照片(a、b)柱狀節(jié)理；(c)呈規(guī)則六邊形的橄欖斑晶(玄武粗安巖XL1803)；(d)“綠核”輝石(樣品XL1804)；(e)單斜輝石斑晶(樣品XL1807)；(f)單斜輝石斑晶(樣品XL1809)；(g)斜長(zhǎng)石斑晶(樣品XL1802)；(h)環(huán)帶結(jié)構(gòu)的斜長(zhǎng)石(樣品XL1802)；(i)黑云母斑晶(樣品XL1802). 礦物縮寫(xiě)：Ol-橄欖石;Cpx-單斜輝石;Pl-長(zhǎng)石;Bt-黑云母Fig.2 Field occurrence and photomicrographs for the postcollisional potassic rocks from the Lesvos Island(a, b) columnar joint structure; (c) regular hexagonal olivine phenocryst (Sample XL1803); (d) green-core clinopyroxene phenocryst (Sample XL1804); (e) clinopyroxene phenocrysts (Sample XL1807); (f) clinopyroxene phenocrysts (Sample XL1809); (g) plagioclase phenocryst (Sample XL1802); (h) zonal texture of plagioclase phenocryst (Sample XL1802); (i) biotite phenocryst (Sample XL1802). Mineral Abbreviation: Ol-olivine; Bt-biotite; Cpx-clinopyroxene; Pl-plagioclase; Bt-biotite

Lesvos島北部距Mamtamados約10km的地區(qū)可見(jiàn)噴出-超淺成侵入的基性巖漿巖形成的柱狀節(jié)理(圖2a, b)，柱狀節(jié)理出露完整，高約10m，長(zhǎng)約15m。本文共采集了三類(lèi)巖石樣品，分別為玄武粗安巖、玄武安山巖和粗面巖，均具有典型的斑狀結(jié)構(gòu)。玄武粗安巖樣品斑晶主要為橄欖石、單斜輝石和斜長(zhǎng)石，斑晶含量為20%～30%。部分橄欖石斑晶呈規(guī)則的六邊形，具有正高突起并發(fā)育裂隙(圖2c)。單斜輝石斑晶大小不一(400～900μm)，部分顆粒具有綠色核部(圖2d)并發(fā)育明顯的成分環(huán)帶?；|(zhì)為典型的安山結(jié)構(gòu)，斜長(zhǎng)石微晶呈雜亂交織狀排列，其間隙由隱晶質(zhì)和少量輝石顆粒充填。玄武安山巖樣品發(fā)育氣孔-杏仁構(gòu)造，斑晶礦物粒度較小(300～600μm)，含量為15%～20%(圖2e, f)?；|(zhì)礦物組成和斑晶相似，主要由橄欖石、輝石、長(zhǎng)石和鐵鈦氧化物組成。粗面巖樣品的斑晶礦物主要是斜長(zhǎng)石、角閃石和黑云母，斑晶含量為25%～30%。其中斜長(zhǎng)石斑晶(600～800μm)呈自形程度較好的板狀(圖2g)，部分斜長(zhǎng)石斑晶發(fā)育明顯的成分環(huán)帶(圖2h)。角閃石和黑云母斑晶普遍發(fā)育有暗化邊，角閃石普遍顆粒較小，而黑云母呈片狀，可見(jiàn)一組極完全解理(圖2i)。粗面巖樣品的基質(zhì)礦物包括斜長(zhǎng)石、輝石、少量石英和鐵鈦氧化物。

2 分析方法

2.1 電子探針

礦物的電子探針?lè)治鍪窃谖錆h上譜科技有限責(zé)任公司完成，儀器型號(hào)為JEOL JXA-8230。在分析過(guò)程中，工作電壓為15kV，發(fā)射電流為20nA，分析長(zhǎng)石類(lèi)礦物時(shí)束斑直徑為3μm，其他礦物為1μm。峰值計(jì)數(shù)時(shí)間為10s(Mn為20s)，背景計(jì)數(shù)時(shí)間為峰值計(jì)數(shù)時(shí)間的一半。數(shù)據(jù)采用ZAF校正方法進(jìn)行修正，分別用TAP、PETJ、LIFH、PETH晶體分別校正不同元素含量。

2.2 全巖主量和微量元素

全巖主、微量含量的測(cè)定是在武漢上譜科技有限責(zé)任公司分別使用ZSX Primus Ⅱ型波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀(XRF)和Agilent 7500a 電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)完成的。XRF的實(shí)驗(yàn)電壓為50kV，電流為60mA，標(biāo)準(zhǔn)曲線使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)巖石系列GBW07101-14。數(shù)據(jù)校正采用理論α系數(shù)法，實(shí)驗(yàn)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)<2%。全巖微量元素的樣品前處理流程包括：(1)將200目樣品粉末置于105℃烘箱中烘干12h；(2)準(zhǔn)確稱(chēng)取～50mg粉末樣品并置于Teflon溶樣彈中；(3)依次緩慢加入1mL高純HNO3和1mL高純HF；(4)將Teflon溶樣彈放入鋼套，擰緊后置于烘箱中190℃加熱24h；(5)待溶樣彈冷卻之后，取出溶樣彈，開(kāi)蓋后置于電熱板上140℃蒸干；(6)加入1mL HNO3并再次蒸干；(7)加入1mL高純HNO3、1mL MQ水和1mL內(nèi)標(biāo)In，再次將Teflon溶樣彈放入鋼套，擰緊后置于烘箱中190℃加熱12h；(8)將樣品溶液轉(zhuǎn)入聚乙烯瓶中，并用2% HNO3稀釋至100g以備ICP-MS測(cè)試。ICP-MS具體的儀器參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理方法等詳見(jiàn)Liuetal.(2008)。

2.3 鋯石U-Pb定年和Hf同位素

選取新鮮樣品破碎至80目，經(jīng)過(guò)磁選、重液分選和雙目鏡下手工挑選等方法挑選出鋯石。將挑選出的鋯石顆粒粘到環(huán)氧樹(shù)脂上制成樣品靶，打磨使鋯石露出內(nèi)部。之后對(duì)鋯石進(jìn)行透射、反射和陰極發(fā)光(CL)顯微照相。鋯石U-Pb定年工作是在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)礦物激光微區(qū)分析實(shí)驗(yàn)室(Milma Lab)通過(guò)Agilent 7900 ICP-MS完成的，分析過(guò)程中采用NewWave 193UC型ArF準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行剝蝕取樣。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用NIST 610作為元素含量外標(biāo)，鋯石標(biāo)樣91500作為U-Pb同位素比值外標(biāo)，標(biāo)樣GJ-1和Plesovice作為未知樣品監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量(Jacksonetal., 2004; Wiedenbecketal., 2004; Slámaetal., 2008)。每個(gè)鋯石測(cè)點(diǎn)的分析時(shí)間是100s，包括20s的背景空白和之后約50s的樣品剝蝕。分析過(guò)程中GJ-1鋯石標(biāo)樣的U-Pb加權(quán)平均年齡為601±5Ma(2σ，n=7)。調(diào)諧采用激光線掃描SRM NIST610(束斑35μm，掃描速度5μm/s)。每個(gè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)首先通過(guò)內(nèi)置的MassHunter軟件來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，生成每個(gè)點(diǎn)位的信號(hào)-時(shí)間關(guān)系文件。數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal軟件(Liuetal., 2010a, b; Huetal., 2012)，同位素比值及年齡誤差均為1σ。普通鉛采用Andersen(2002)程序進(jìn)行校正，諧和圖和年齡均值圖采用Isoplot軟件(Ludwig, 2001)進(jìn)行繪制。

鋯石Hf同位素原位測(cè)試工作是在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)礦物激光微區(qū)分析實(shí)驗(yàn)室(Milma Lab)通過(guò)Thermal Fisher Neptune Plus多接收電感耦合等離子質(zhì)譜(MC-ICP-MS)完成的。實(shí)驗(yàn)中采用NewWave 193UC型ArF準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行剝蝕取樣。調(diào)諧采用激光線掃描SRM NIST610(束斑35μm，掃描速度5μm/s)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用鋯石91500(Blichert-Toft, 2008)作為Hf同位素比值外標(biāo)，鋯石標(biāo)樣Plesovice(Slámaetal., 2008)作為未知樣品監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量，其176Hf/177Hf加權(quán)平均值為0.282477±0.000005(2σ，n=5)。Hf同位素?cái)?shù)據(jù)處理采用Iolite 軟件(Patonetal., 2011)。

2.4 全巖Sr-Nd-Pb同位素

全巖Sr-Nd和Pb同位素的測(cè)試工作是在加拿大卡爾頓大學(xué)同位素地質(zhì)年代學(xué)和地球化學(xué)研究中心(IGGRC)分別使用Triton熱電離質(zhì)譜(TIMS)和Neptune MC-ICP-MS完成的。按照Cousens(1996)所述方法進(jìn)行樣品的溶解和分離提純，其中Sr使用Sr-Spec樹(shù)脂柱分離(Eichrom Technologies, LLC, USA)，Nd使用2ml LN樹(shù)脂柱分離(Eichrom Technologies LLC)，而Pb則是通過(guò)AG1-X8 陰離子樹(shù)脂、1M HBr和6M HCl進(jìn)行分離提純。Sr-Nd-Pb同位素測(cè)試結(jié)果分別用86Sr/88Sr=0.119，146Nd/144Nd=0.721和203Tl/205Tl=0.418922進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。全流程標(biāo)樣NBS987和BCR-2的87Sr/86Sr比值分別為0.710240±0.000018(2SD，n=26)和0.704998±0.000018(2SD，n=6)；標(biāo)樣BCR-2的143Nd/144Nd均值為0.512623±0.0000110(2SD，n=7)；標(biāo)樣NBS981的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb分別為16.9321±0.0008(2SD, n=17)、207Pb/204Pb=15.4864±0.0008(2SD, n=17)以及208Pb/204Pb=36.6820±0.00230(2SD, n=17)。Sr、Nd和Pb同位素分析的全程序空白分別為<250pg、<50pg和<100pg。

3 分析結(jié)果

3.1 電子探針

橄欖石斑晶成分均勻，在BSE圖像上并未觀察到明顯的成分環(huán)帶(圖3a)。橄欖石測(cè)點(diǎn)普遍具有較高的Fo值(88～91),較低的NiO(0.02%～0.40%)、Cr2O3(0.10%～0.13%)和CaO含量(0.00%～0.16%)(表1)。這些特征表明所測(cè)斑晶并非巖漿平衡結(jié)晶的產(chǎn)物，而更可能是地幔橄欖石捕擄晶(圖3b)。單斜輝石斑晶的Mg#值(57～90)和Al2O3/TiO2比值 (3.43～18.7) 變化范圍較大，部分“綠核”

表1 Lesvos島中新世鉀質(zhì)巖石代表性礦物電子探針數(shù)據(jù)(wt%)

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

輝石具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖3c)。在輝石分類(lèi)圖上(圖3d)，所有測(cè)點(diǎn)均落入普通輝石和透輝石的范圍。值得注意的是綠核輝石的核部明顯貧Mg富Fe(核部：MgO=8.59%～11.2%、FeO=10.3%～16.9%、CaO=21.5%～22.0%、Al2O3=2.74%～4.26%)，從核部到邊緣，其MgO含量顯著增加而FeO、CaO和Al2O3含量減少(幔部和邊緣：MgO=15.3%～17.7%、FeO=6.41%～7.36%、CaO=19.7%～21.1%、Al2O3=1.19%～3.41%)。黑云母斑晶成分較均勻，其K2O(9.90%～10.5%)和Al2O3含量(13.4%～15.9%)變化范圍較小，但FeO(9.10%～14.8%)和Mg#值(64～78)呈現(xiàn)出較大范圍變化。

在BSE圖像中(圖3e)，斜長(zhǎng)石斑晶發(fā)育有明顯的成分環(huán)帶。在長(zhǎng)石分類(lèi)圖中(圖3f)，斜長(zhǎng)石主要為中長(zhǎng)石和拉長(zhǎng)石(Or=14～23、Ab=32～66、An=26～62)，極少數(shù)測(cè)點(diǎn)落入奧長(zhǎng)石和培長(zhǎng)石范圍。而鉀長(zhǎng)石斑晶則均落入透長(zhǎng)石范圍(Or=64～67、Ab=26～33、An=1～2)。在樣品XL1802中，斜長(zhǎng)石斑晶成分環(huán)帶的Al2O3、CaO、Na2O和K2O含量發(fā)生了顯著變化。從核部到邊部，Al2O3含量由26.2%～27.6% 逐漸減少到24.7%～25.7%，CaO含量由7.93%～9.91%減少到6.61%～7.90%，Na2O含量由 5.23%～5.96%增加到6.13%～ 6.88%，而K2O含量由 0.40%～0.63%增加到0.70%～0.99%。

3.2 全巖主、微量元素

全巖主、微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。如圖4a所示，除了樣品XL1810落入了玄武巖范圍之外，希臘Lesvos島中新世鉀質(zhì)火山巖可分為三類(lèi)，分別是玄武安山巖、玄武粗安巖和粗面巖。在K2O-SiO2關(guān)系圖中(圖4b)，玄武安山巖屬于高鉀鈣堿性系列，而玄武粗安巖和粗面巖則落入了鉀玄巖系列。在K2O-Na2O關(guān)系圖中(圖4c)，三類(lèi)巖石均為鉀質(zhì)巖石(K2O/Na2O=0.58～1.33)，其中玄武安山巖的K2O/Na2O比值變化范圍是0.58～0.70，顯著低于玄武粗安巖和粗面巖

表2 Lesvos島中新世鉀質(zhì)巖石全巖主量(wt%)和微量(×10-6)元素?cái)?shù)據(jù)

圖3 Lesvos島碰撞后鉀質(zhì)火山巖典型礦物的BSE圖像和礦物分類(lèi)圖(a)橄欖石斑晶及測(cè)點(diǎn)Mg#值(樣品XL1803)；(b)橄欖石CaO-Fo協(xié)變圖(Thompson and Gibson, 2000)；(c)單斜輝石斑晶及測(cè)點(diǎn)Mg#值(樣品XL1803)；(d)頑火輝石-斜鐵輝石-透輝石-鈣鐵輝石分類(lèi)圖；(e)斜長(zhǎng)石斑晶及An值(樣品XL1802)；(f)長(zhǎng)石分類(lèi)圖Fig.3 BSE images and discrimination diagrams for typical minerals in the postcollisional potassic rocks from the Lesvos Island(a) olivine phenocryst with Mg# values (Sample XL1803); (b) olivine CaO vs. Fo diagram, after Thompson and Gibson (2000); (c) clinopyroxene phenocryst with Mg# values (Sample XL1803); (d) pyroxenes on the enstatite-ferrosilite-diopside-hedenbergite quadrilateral diagram; (e) plagioclase phenocryst with An values (Sample XL1802); (f) feldspar ternary diagram

(K2O/Na2O=1.28～1.33)。另外，本文三類(lèi)鉀質(zhì)火山巖的A/NK和A/CNK分別為1.53～2.54和0.56～0.90，均落入準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石的范圍(圖4d)。

三類(lèi)鉀質(zhì)巖石樣品在Harker圖解中呈現(xiàn)出明顯的線性變化趨勢(shì)(圖5)。隨著SiO2的升高，Na2O和Al2O3均呈現(xiàn)出正相關(guān)的變化趨勢(shì)(圖5a, b)，而MgO、Fe2O3T和CaO含量則表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)趨勢(shì)(圖5c-e)，其中MgO含量從8.13%下降到1.86%，CaO從11.76%下降到3.79%，而Fe2O3T從3.56%下降到8.14%。K2O含量的變化與SiO2的協(xié)變趨勢(shì)不明顯(圖5f)。三類(lèi)樣品的TiO2含量較低，介于0.52%～0.95%之間，隨著SiO2的升高基本保持不變。

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖中(圖6a)可以看出，樣品均具有輕稀土元素(LREE)相對(duì)富集，重稀土元素(HREE)相對(duì)虧損的右傾配分模式。在輕、重稀土分異程度上，粗面巖的(La/Yb)N比值(18.1～19.3)顯著高于玄武巖-玄武安山巖和玄武粗安巖((La/Yb)N=11.6～12.8)。此外，三類(lèi)火山巖均具有偏低的稀土元素總量(∑REE=133×10-6～203×10-6)和較弱的Eu負(fù)異常(δEu=0.71～0.83)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化不相容元素蛛網(wǎng)中(圖6b)，研究區(qū)樣品具有相對(duì)富集Th、U、Pb等大離子親石元素(LILE)而相對(duì)虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)的特點(diǎn)，與俯沖帶島弧成因巖石的特征相似。值得注意的是相對(duì)于兩種基性巖石，粗面巖表現(xiàn)出極端富集Th、U元素的特點(diǎn)。

表3 Lesvos島粗面巖(樣品XL1801)鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)

續(xù)表3

圖4 Lesvos島碰撞后鉀質(zhì)火山巖地球化學(xué)圖解(a)TAS圖解；(b)全巖K2O-SiO2圖解；(c)全巖K2O-Na2O圖解；(d)A/NK-A/CNK分類(lèi)圖. Lesvos島碰撞后火山巖的主量元素?cái)?shù)據(jù)來(lái)自Pe-Piper and Piper(1992)和Pe-Piper et al.(2003, 2014)，圖6同F(xiàn)ig.4 Whole rock major element clasification diagrams of the postcollisional potassic rocks from the Lesvos Island(a) TAS diagram; (b) K2O-SiO2 diagram; (c) K2O-Na2O diagram; (d) A/NK-A/CNK diagram for the postcollisional potassic rocks from the Lesvos Island. Published data of postcollisional volcanic rocks from the Lesvos Island are from Pe-Piper and Piper (1992) and Pe-Piper et al. (2003, 2014), also in Fig.6

圖5 Lesvos島碰撞后鉀質(zhì)火山巖Harker圖解Fig.5 Harker diagrams of the postcollisional potassic rocks from the Lesvos Island

圖6 Lesvos島碰撞后鉀質(zhì)火山巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化不相容元素蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive-mantle normalized incompatible trace element distribution diagrams (b) for the postcollisional potassic rocks from the Lesvos Island (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

圖7 Lesvos島碰撞后鉀質(zhì)火山巖鋯石U-Pb年齡及Hf同位素圖解(a)Lesvos島粗面巖鋯石陰極發(fā)光圖像. 其中實(shí)線圓圈和虛線圓圈分別代表鋯石U-Pb激光束斑位置(直徑=35μm)和Hf同位素激光剝蝕位置(直徑=35μm)；(b)鋯石U-Pb年齡諧和圖；(c)粗面巖鋯石Hf同位素組成圖Fig.7 The zircon U-Pb age and Hf isotopes for the postcollisional potassic rocks from the Lesvos Island(a) cathodoluminescence (CL) images of zircon for trachyte from the Lesvos Island, the solid and dashed circles refer to the locations of laser ablation for zircon U-Pb (diameter=35μm) and Hf isotopes analyses (diameter=35μm), respectively; (b) zircon U-Pb concordia diagram; (c) zircon Hf isotopic composition

3.3 鋯石U-Pb定年和Hf同位素

本文對(duì)一件粗面巖樣品(XL1801)鋯石進(jìn)行了U-Pb定年。在CL圖像上(圖7a)，粗面巖鋯石多為自形-半自形長(zhǎng)柱狀以及扇形，顆粒粒徑較小(50～100μm)，長(zhǎng)寬比為1:1～3:1，大部分具有明顯的生長(zhǎng)環(huán)帶；小部分呈現(xiàn)出復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)育核邊結(jié)構(gòu)；還有小部分鋯石顆粒呈現(xiàn)圓狀-次圓狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)均勻或僅具有弱的同心震蕩環(huán)帶(圖7a)。盡管在形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有差異，粗面巖中的鋯石大都呈現(xiàn)出高的Th、U含量和Th/U比值(0.49～2.34；表3)，表明這些鋯石仍具有典型巖漿鋯石特征(Belousovaetal., 2002; Hoskin and Schaltegger, 2003)。在粗面巖樣品中共獲得58顆鋯石的測(cè)年數(shù)據(jù)(表3)。在剔除繼承鋯石和U-Pb年齡不諧和的測(cè)點(diǎn)之后，獲得25顆鋯石的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為17.2±0.2Ma(2σ，MSWD=2.8，圖7b)。該定年結(jié)果與前人對(duì)研究區(qū)早碰撞后火山巖的Ar-Ar定年結(jié)果一致(Pe-Piperetal., 2003, 2014)。對(duì)該樣品進(jìn)行了鋯石原位Hf同位素分析發(fā)現(xiàn)，鋯石的176Yb/177Hf比值變化范圍是0.00936～0.074230，遠(yuǎn)小于0.1(表4)。此外粗面巖樣品鋯石的Hf同位素組成較均勻(圖7c)，其εHf(t)值的變化范圍是-4.40～-0.81(表4)，相應(yīng)的Hf同位素虧損地幔模式年齡和地殼模式年齡分別為tDM=823～727 Ma和tDMC=1.35～1.12Ga。

3.4 全巖Sr-Nd-Pb同位素

Lesvos島鉀質(zhì)火山巖樣品的初始Sr-Nd同位素組成變化范圍均比較小(87Sr/86Sr(i)=0.7075～0.7081，εNd(t)=-4.6～-5.9，表5)。在圖8a中，Sr-Nd同位素比值之間的負(fù)相關(guān)趨勢(shì)明顯， 并有指向下地殼的特征。與基性的玄武安山巖(87Sr/86Sr(i)=0.7080～0.7081，εNd(t)=-5.6～-5.9)和玄武粗安巖(87Sr/86Sr(i)=0.7079，εNd(t)=-5.0～-5.1)相比，更富硅的粗面巖卻具有更虧損的Sr-Nd同位素組成(87Sr/86Sr(i)=0.7078，εNd(t)=-4.6)。本文三類(lèi)巖石的Sr-Nd同位素組成基本落入了Lesvos島同時(shí)代的基性巖漿巖(87Sr/86Sr(i)=0.7075～0.7097，εNd(t)=-3.5～-8.3；Pe-Piperetal., 2014)所定義的范圍中(圖8a)，并且與愛(ài)琴海東北部Limnos島早中新世火山巖相似(87Sr/86Sr(i)=0.7089～0.7091，εNd(t)=-6.4～-7.7；Pe-Piperetal., 2009)。

表4 Lesvos島粗面巖(樣品XL1801)鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)

圖8 Lesvos島碰撞后鉀質(zhì)火山巖Sr-Nd-Pb同位素圖解(a) 初始Sr-Nd同位素協(xié)變圖(底圖據(jù)Liu et al., 2014)；(b) 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb；(c) 208Pb/204Pb-206Pb/204Pb比值圖. 地中海巖石圈地幔、東部和西部煌斑巖以及Menderes沉積巖數(shù)據(jù)參考 et al. (2012)；沉積物GLOSS數(shù)據(jù)參考自Plank and Langmuir (1998)；全硅酸鹽地球(BSE)；富集地幔(EMⅠ and EM Ⅱ)；普通地幔成分(PREMA)數(shù)據(jù)來(lái)自于Zindler and Hart (1986)；北半球參考線(NHRL)：207Pb/204Pb=0.1084×206Pb/204Pb+13.469；208Pb/204Pb=1.209×206Pb/204Pb+15.627Fig.8 Plots of Sr-Nd-Pb isotopes for the postcollisional potassic rocks from the Lesvos Island(a) plot of initial Sr-Nd isotopes; (b) 207Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb plot; (c) 208Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb plot. The data of lithospheric mantle, the eastern and wstern Mediterranean lamprophyres, and the Manderes sedimentary rocks are based on et al. (2012). GLOSS is based on Plank and Langmuir (1998). Bulk Silicate Earth (BSE), enriched mantle components (EMⅠ and EM Ⅱ), and prevalent mantle (PREMA) are based on Zindler and Hart (1986). Northern Hemisphere Reference Line (NHRL): 207Pb/204Pb=0.1084×206Pb/204Pb+13.469; 208Pb/204Pb=1.209×206Pb/204Pb+15.627

在Pb同位素組成上，本文三類(lèi)鉀質(zhì)火山巖(206Pb/204Pb=18.628～18.711、207Pb/204Pb=15.185～15.678、208Pb/204Pb=38.961～39.044)和研究區(qū)同時(shí)代的基性巖石(206Pb/204Pb=18.498～18.838、207Pb/204Pb=15.643～15.699、208Pb/204Pb=38.749～39.127)相似，均落在北半球參考線(NHRL)上方(圖8b, c)。三者在Pb同位素組成上雖然有部分重疊，但是粗面巖的Pb同位素比值略高于玄武安山巖和玄武粗安巖，更接近富集地幔(EMⅡ)的范圍。

4 討論

4.1 巖漿形成與演化

Lesovs島發(fā)育的鉀質(zhì)玄武安山巖和玄武粗安巖均具有較高的Mg#(57～70)和相容元素含量(Cr=322×10-6～500×10-6，Ni=75.4×10-6～170×10-6)，表明這兩類(lèi)鉀質(zhì)基性巖漿直接起源于深部地幔的部分熔融。La/Yb-La的協(xié)變圖常被用于判斷巖漿巖的部分熔融和分離結(jié)晶過(guò)程(Lietal., 2016)。由于La和Yb在熔體相和結(jié)晶相之間分配系數(shù)的差異，在部分熔融過(guò)程中，La/Yb比值與La含量呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)趨勢(shì)；而在分離結(jié)晶過(guò)程中，La/Yb比值隨著La含量的增加基本保持不變。如圖9a所示，因此研究區(qū)的兩類(lèi)基性巖石的La/Yb比值La含量的正相關(guān)趨勢(shì)與部分熔融趨勢(shì)一致，表明分離結(jié)晶作用在巖漿形成和演化過(guò)程中并未占主導(dǎo)，而兩者的原始巖漿最可能直接起源于地幔不同程度的部分熔融。兩類(lèi)巖石的Al2O3與SiO2則表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)趨勢(shì)(圖5b)，而Ni含量與MgO則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢(shì)(圖9b)。結(jié)合兩類(lèi)巖石巖相學(xué)特征(圖2)，可以推斷在巖漿演化過(guò)程中發(fā)生過(guò)橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶作用。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖中(圖6a)，兩類(lèi)基性巖石均具有微弱的Eu負(fù)異常，表明斜長(zhǎng)石同樣是分離結(jié)晶礦物相之一。此外，在基性巖漿演化過(guò)程中，對(duì)巖石圈地幔和地殼物質(zhì)的同化混染可能導(dǎo)致Sr-Nd同位素的富集。礦物電子探針?lè)治鼋Y(jié)果表明，玄武安山巖和玄武粗安巖斑晶礦物中存在地幔橄欖石的捕擄晶(圖3b)，表明巖石圈地幔物質(zhì)對(duì)這兩種鉀質(zhì)基性巖漿存的物質(zhì)貢獻(xiàn)。而“綠核”輝石斑晶的核部具有低Mg#、貧Al2O3的特征(圖3c)，明顯偏離鉀質(zhì)巖漿結(jié)晶的單斜輝石成分范圍而且與典型的高壓環(huán)境下結(jié)晶的 “綠核”單斜輝石存在很大差異(Huangetal., 2010)。因此，這些“綠核”輝石的存在不僅表明了地殼捕虜晶來(lái)源，還證實(shí)了這兩種鉀質(zhì)基性巖巖漿在演化過(guò)程中存在少量地殼混染作用。但是在圖9c-d中，玄武安山巖和玄武粗安巖樣品的初始87Sr/86Sr和143Nd/144Nd比值并未隨SiO2含量的增加而呈現(xiàn)顯著變化。因此，我們推測(cè)兩者的同位素組成在巖漿演化作用中受巖石圈地幔和地殼物質(zhì)混染的影響很小，其富集的Sr-Nd-Pb同位素組成可以用來(lái)探討地幔源區(qū)的交代特征。

表5 Lesvos島中新世鉀質(zhì)巖石全巖Sr-Nd-Pb同位素

圖9 Lesvos島碰撞后鉀質(zhì)火山巖巖漿過(guò)程與起源判別圖(a)La/Yb-La 判別圖；(b)Ni-MgO協(xié)變圖；(c)87Sr/86Sr(i)-SiO2協(xié)變圖；(d)143Nd/144Nd(i)-SiO2協(xié)變圖；(e)Sr/Y-Y(Defant and Drummond, 1990)；(f)(La/Yb)N-YbN(Castillo, 2012)Fig.9 Plots of magma process and origin for the postcollisional potassic rocks from the Lesvos Island(a) La/Yb vs. La diagram; (b) Ni vs. MgO diagram; (c)87Sr/86Sr(i) vs SiO2 diagram;(d) 143Nd/144Nd(i) vs. SiO2 diagram; (e) Sr/Y vs. Y diagram (Defant and Drummond, 1990); (f) (La/Yb)N vs. YbN diagram (Castillo, 2012)

粗面巖樣品具有較低的MgO含量(1.86%～2.22%)和Cr(39.3×10-6～39.9×10-6)、Ni(19.4×10-6～23.1×10-6)等相容元素含量(表2)。此外，粗面巖樣品還具有比同時(shí)代的兩類(lèi)鉀質(zhì)基性巖相比更虧損的Sr-Nd同位素組成(圖8a)，因此可以推測(cè)這種中酸性巖漿可能直接起源于地殼的部分熔融而非兩種基性巖漿通過(guò)結(jié)晶分異作用形成的。通過(guò)對(duì)粗面巖樣品的中新世鋯石進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)其Hf同位素組成均勻，εHf(t)值變化范圍小于5個(gè)單位(圖7c)，這進(jìn)一步排除了粗面質(zhì)巖漿在演化過(guò)程中發(fā)生過(guò)顯著地殼混染或者巖漿混合作用的可能(Harrisonetal., 2005; Iizukaetal., 2005; 吳福元等, 2007)。粗面巖具有較低的Sr/Y和(La/Yb)N比值和較高的Y和Yb含量(圖9e, f)，和青藏高原南部廣泛出露的、碰撞后階段起源于加厚下地殼部分熔融的富鉀埃達(dá)克質(zhì)巖石明顯不同(Chungetal., 2003; Houetal., 2004; Guanetal., 2012; Jietal., 2012; Yangetal., 2015)。因此，這些不具備埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征的粗面質(zhì)巖漿可能起源于中-上地殼的部分熔融。

4.2 地幔交代作用

Lesvos島鉀質(zhì)玄武粗安巖和玄武安山巖富集大離子親石元素和輕稀土元素、相對(duì)虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素的地球化學(xué)特征(圖6)與俯沖板片起源流體或熔體交代上覆地幔楔發(fā)生部分熔融形成的島弧環(huán)境下的基性巖一致。兩類(lèi)鉀質(zhì)基性巖較高的初始87Sr/86Sr(i)和較低的εNd(t)值與洋中脊玄武巖和洋島玄武巖相對(duì)虧損的Sr-Nd同位素組成存在顯著差異，暗示研究區(qū)的基性巖石更可能起源于交代富集的淺部巖石圈地幔部分熔融而非更深的軟流圈地幔?；詭r漿源區(qū)起源深度和源區(qū)礦物組成可以通過(guò)巖石的稀土元素分異特征進(jìn)行判斷(Thirlwalletal., 1994; Xuetal., 2001; Liuetal., 2014)，在Dy/Yb-La/Yb的協(xié)變圖(圖10a)中，鉀質(zhì)玄武粗安巖和玄武安山巖樣品的Dy/Yb比值較低并且變化范圍很小(1.6～2.0)，而La/Yb比值這表現(xiàn)出了更顯著的變化(16～27)。這種稀土元素分異特征符合含尖晶石相巖石圈地幔低度部分熔融模擬曲線預(yù)測(cè)的變化趨勢(shì)，因此可以推斷研究區(qū)Lesvos島兩類(lèi)鉀質(zhì)基性巖是經(jīng)歷過(guò)交代改造的尖晶石相巖石圈地幔低度部分熔融的產(chǎn)物。

圖10 Lesvos島鉀質(zhì)玄武粗安巖和玄武安山巖特殊微量元素比值協(xié)變圖(a)Dy/Yb-La/Yb圖解(據(jù)Xu et al., 2001);(b)Th/Yb-Ba/La圖解(據(jù)Woodhead et al., 2001);(c)Hf/Sm-Zr/Hf圖解(據(jù)Liu et al., 2014)Fig.10 Diagrams of Dy/Yb vs. La/Yb (a, after Xu et al., 2001), Th/Yb vs. Ba/La(b, after Woodhead et al., 2001) and Hf/Sm vs. Zr/Hf (c, after Liu et al., 2014) diagrams for the postcollisional potassic rocks from the Lesvos Island

圖11 Pindos洋殼板片斷離與Lesvos島碰撞后鉀質(zhì)巖漿作用示意圖Fig.11 The break-off of Pindos oceanic slab and postcollisional potassic magmatism in the Lesvos Island

4.3 動(dòng)力學(xué)機(jī)制

前人研究表明：巖石圈地幔加厚拆沉(Kay and Kay, 1993; Manleyetal., 2000)、巖石圈伸展(Royden, 1993; Van Hinsbergenetal., 2005)和俯沖的Pindos洋殼板片斷離(Wortel and Spakman, 2000; Pe-Piper and Piper, 2007)都可能是觸發(fā)Lesvos島中新世巖漿作用的深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制。我們認(rèn)為Pindos洋殼板塊斷離引起軟流圈上涌能更加合理地解釋Lesvos島碰撞后鉀質(zhì)巖漿活動(dòng)的形成。首先，地震波層析成像為研究區(qū)漸新世-中新世發(fā)生俯沖洋殼板片斷離提供了直接證據(jù)(Wortel and Spakman, 2000)。其次，同造山期和后造山期盆地的地層證據(jù)(Zelilidisetal., 2002)和變質(zhì)核雜巖中的P-T-t軌跡(Buick and Holland, 1989)表明Pelagonia和Apulian之間的陸-陸碰撞和地殼加厚發(fā)生在晚始新世-漸新世。由于洋殼和陸殼巖石圈之間的差異導(dǎo)致陸-陸碰撞之后會(huì)發(fā)生俯沖洋殼板片的斷離(Ton and Wortel, 1997)。前人研究表明陸-陸碰撞和之后洋殼板片斷離之間的時(shí)間間隔大約為 10～15Myr(Maceraetal., 2008)，這與Lesvos島碰撞后鉀質(zhì)巖漿活動(dòng)的形成時(shí)間(～17Ma)和Pelagonia-Apulian陸-陸初始碰撞之間的時(shí)間間隔基本吻合。因此，愛(ài)琴海東北部構(gòu)造巖漿演化過(guò)程可以簡(jiǎn)要分成三個(gè)階段：(1)晚白堊紀(jì)-早古近紀(jì)，Pelagonian板塊與Apulian板塊之間的Pindos洋殼持續(xù)向北俯沖消減，陸源碎屑沉積物脫水、部分熔融形成的流體/熔體交代上覆地幔楔；(2)晚古近紀(jì)，Pindos洋盆關(guān)閉、Pelagonian板塊和Apulian板塊發(fā)生陸-陸碰撞導(dǎo)致地殼加厚；(3)中新世，俯沖的Pindos洋殼發(fā)生板片斷離，導(dǎo)致軟流圈上涌加熱上覆巖石圈和巖石圈各圈層部分熔融，最終形成Lesvos島各類(lèi)碰撞后鉀質(zhì)巖漿作用(圖11)。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)希臘Lesvos島出露的中新世鉀質(zhì)火山巖進(jìn)行礦物學(xué)、年代學(xué)和全巖地球化學(xué)分析，得出以下結(jié)論：

(1)主要是識(shí)別出三類(lèi)中新世鉀質(zhì)巖石，分別是玄武粗安巖、玄武安山巖和粗面巖，鋯石U-Pb定年結(jié)果表明其形成時(shí)代為17.2Ma。

(2)玄武粗安巖和玄武安山巖樣品中存在地幔橄欖石捕擄晶和具有低Mg#的綠色核部的單斜輝石斑晶，而斜長(zhǎng)石斑晶則發(fā)育明顯的成分環(huán)帶。這些結(jié)果表明在鉀質(zhì)基性巖漿演化過(guò)程中存在少量巖石圈地幔和地殼物質(zhì)的混染作用。

(3)玄武粗安巖和玄武安山巖均起源于尖晶石相巖石圈地幔的低度部分熔融，地幔源區(qū)在板片俯沖過(guò)程中經(jīng)歷過(guò)陸源沉積物起源的流體/熔體的交代富集，在隨后演化過(guò)程中經(jīng)歷了橄欖石、單斜輝石和斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用。而粗面巖具有與兩類(lèi)基性火山巖不同的Sr-Nd同位素組成，這種中酸性鉀質(zhì)巖漿起源于中-上地殼的部分熔融，其均勻的鋯石Hf同位素組成表明在巖漿演化過(guò)程幾乎不受巖漿混合和圍巖的同化混染作用的影響。

(4)俯沖的Pindos洋殼在中新世發(fā)生板片斷離，引起熱的軟流圈地幔上涌導(dǎo)致上覆巖石圈不同圈層發(fā)生部分熔融，最終形成了研究區(qū)各類(lèi)碰撞后鉀質(zhì)火山巖。