玄武岩源区岩性识别的理论分析及其在汉诺坝玄武岩中的应用

In recent years, identification of source lithology of basalts has been a widely disputed frontier scientific issue, but the criterion indicating pyroxenite source used in the literature can be easily compromised by source compositional diversity and variations of temperature and pressure during magmatic process. The project applicant recently, from a perspective of major elements combined ratios, proposed a new criteria for source lithology identification of basalts, which has less assumptions but more powerful than the literature criterion. In order to optimize our published criteria or even to find a new discrimination program, this project will carry out further comprehensive theoretical analysis of experimental results on peridotite and pyroxenite using an integrated technique of mineral and rock physic-chemistry, numerical modeling and statistical analysis. For the purpose of testing the validity of our theoretical understanding and broad its significance of application on case study, one outcrop section of the widely known Hannuoba basalts will be selected for detailed study including field geology, petrography, mineralogy, petrology, geochronology and geochemistry and with special emphasis on their quantitative connections, which will be used for identification of source lithology of Hannuoba basalts. Finally, some potential problems and their solutions with respect to petrogenesis and source lithology identification of Hannuoba-like basalts might be presented, and a new petrogenesis model for Hannuoba basalts may be proposed.

近些年，玄武岩源区岩性的识别已经成为一个国内外激烈争论的学科前缘问题，但目前已有的判别标准几乎都会因为源区成分多样性和温压条件的影响而失效。项目申请者最近从主量元素比值组合参数角度初步获得了一个假设前提更少判别效果更优的判别参数。为了进一步优化甚至提出新的更加具体有效的玄武岩源区岩性判别方法，本项目将综合岩矿物理化学，数值模拟和数学统计分析，对与玄武岩有关的高温高压实验数据和洋岛型玄武岩源区可能的岩性进行更全面更深入的理论分析。为深入检验理论上的认识和挖掘理论认识在实例研究中数据解释方面的科学意义，选取汉诺坝玄武岩的一个剖面，进行详细完整的野外地质学，岩相学，矿物学，岩石学，年代学和地球化学研究，突出强调它们之间的定量联系，对汉诺坝玄武岩源区岩性作出判断，给出汉诺坝玄武岩相关类型玄武岩源区岩性识别和成因解释方面的注意问题和可能解决方案，获得汉诺坝玄武岩新的成因模型。

玄武岩源区的岩性不仅关系到玄武岩的成因认识，而且在理解壳源物质循环和地幔交代作用引起的地幔不均一性方面起着关键的岩石学约束。然而，目前几乎所有的玄武岩源区岩性识别标志都存在不同程度的争论，增加了玄武岩成因及其地球动力学意义的不确定性。本项目综合评述了目前普遍使用的玄武岩源区岩性识别标志的理论假设基础，适用条件和不确定性，结合中国东部中新生代高精度玄武岩地球化学数据和橄榄石主要和次要氧化物成分数据，取得以下一些创新性认识：（1）获得了橄榄岩和辉石岩岩性区别的一个简单公式：Ol(wt%)=144.27ln((Fe+Mg+Ca+2Na)/Si), 摩尔比；（2）中国东部中新生代玄武岩中高CaO (>0.1wt%)和低CaO (<0.1wt%)的橄榄石很可能都是地幔捕掳晶与寄主岩浆发生成分扩散后的产物，橄榄石的成分无法直接约束寄主玄武岩的源区岩性；（3）几乎所有的化学标志都暗示中国东部新生代玄武岩源区可能是交代的橄榄岩源区产物，但这些玄武岩具有明显偏高的FC3MS(FeOT/CaO-3*MgO/SiO2)值，结合玄武岩的 Na2O+K2O, Mg#, MgO 和La/Yb等化学特征，表明源区岩性主要是辉石岩（无橄榄石或含少量橄榄石）。许多低镁的玄武岩很可能是幔源辉石岩源区的原生岩浆产物，这些玄武岩在正常的地幔温度下就能产生，传统的橄榄岩源区模型很可能高估了玄武岩源区的温度和压力。（4）中生代玄武岩虽然可以用交代橄榄岩解释，但目前无法排除辉石岩源区的可能性。中国东部中新生代玄武岩源区中的辉石岩可能代表了循环地壳物质或者地幔交代作用，具有重要的地球动力学意义，但是确定具体成因需要进一步深入的研究工作。如果FC3MS值或其他参数与源区总成分（主量，微量，同位素）建立定量联系，辉石岩的成因可能会得到解决，但这需要更多的数值模拟工作以及更多中国东部OIB性玄武岩高精度的地球化学和矿物学数据。本项目目前已经获得了一个汉诺坝玄武岩剖面尺度上的系统的岩石学，地球化学和矿物学数据，相关成果预计结题后正式发表。