中國東部中-新生代玄武巖揮發(fā)分與鋰同位素：深部地質(zhì)過程的關(guān)鍵示蹤一、引言1.1研究背景與意義地球作為人類賴以生存的家園，其內(nèi)部無時無刻不在進(jìn)行著復(fù)雜而又神秘的物理和化學(xué)過程。這些過程不僅塑造了地球的外貌，推動了生命的演化，還深刻影響著人類的生存與發(fā)展。在眾多地質(zhì)現(xiàn)象中，火山活動無疑是最為壯觀和引人注目的之一。而玄武巖，作為火山活動的重要產(chǎn)物，廣泛分布于地球的各個角落，尤其是在中國東部，中-新生代玄武巖的出露為研究地球深部過程提供了一扇寶貴的窗口。中國東部地區(qū)地處歐亞板塊與太平洋板塊的相互作用地帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，演化歷史悠久。在中-新生代時期，這里經(jīng)歷了頻繁而強(qiáng)烈的火山活動，形成了大量的玄武巖。這些玄武巖不僅記錄了地球深部物質(zhì)的組成和性質(zhì)，還蘊(yùn)含著板塊運(yùn)動、地幔對流等深部過程的重要信息。通過對中國東部中-新生代玄武巖的研究，可以深入了解地球內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)和能量交換，揭示板塊運(yùn)動的動力學(xué)機(jī)制，進(jìn)而為地球演化歷史的重建提供關(guān)鍵線索。玄武質(zhì)巖漿直接來源于上地幔，并可產(chǎn)于多種構(gòu)造環(huán)境中，因此研究玄武巖對于反演地幔物質(zhì)成分、分析構(gòu)造環(huán)境和地球的深部動力學(xué)均具有重大意義。地幔橄欖巖部分熔融是形成玄武質(zhì)巖漿的主要方式，而導(dǎo)致地幔橄欖巖部分熔融的因素包括溫度的升高、壓力的降低以及揮發(fā)組分的加入。在不同的構(gòu)造部位，誘發(fā)源巖熔融的因素存在差異，例如洋中脊和大陸裂谷主要是減壓熔融，俯沖帶則是下插板塊升溫或脫水，引起上部地幔楔部分熔融。揮發(fā)分在玄武巖的形成和演化過程中扮演著至關(guān)重要的角色。它們不僅可以降低地幔巖石的熔點(diǎn)，促進(jìn)部分熔融的發(fā)生，還可以影響巖漿的物理性質(zhì)和化學(xué)組成，進(jìn)而控制巖漿的上升和噴發(fā)過程。同時，揮發(fā)分也是地球內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)和能量交換的重要載體，對地球的大氣圈、水圈和生物圈的演化產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。常見的揮發(fā)分包括H?O、CO?、S、F、Cl等，它們在玄武巖中的含量和賦存狀態(tài)受到多種因素的制約，如源區(qū)物質(zhì)組成、部分熔融程度、巖漿演化過程等。鋰同位素作為一種重要的地球化學(xué)示蹤劑，在揭示玄武巖的成因和地幔演化方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。鋰（Li）是自然界中最輕的金屬元素，其同位素組成主要由?Li和?Li組成。不同地質(zhì)儲庫中鋰同位素組成存在顯著差異，這使得鋰同位素能夠有效地示蹤物質(zhì)來源和地質(zhì)過程。例如，地幔的鋰同位素組成相對均一，而地殼物質(zhì)由于受到各種地質(zhì)作用的影響，鋰同位素組成變化較大。通過對玄武巖中鋰同位素的研究，可以了解巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成和演化歷史，以及地幔與地殼之間的物質(zhì)交換過程。研究中國東部中-新生代玄武巖的揮發(fā)分和鋰同位素特征，對于深入理解地球深部過程和地幔演化具有不可替代的重要意義。從地球科學(xué)理論研究方面來看，地球的演化是一個漫長而復(fù)雜的過程，涉及到地球內(nèi)部物質(zhì)的分異、循環(huán)和重組。玄武巖作為地幔物質(zhì)的直接或間接產(chǎn)物，其形成和演化過程記錄了地球深部物質(zhì)的變化歷史。通過對玄武巖揮發(fā)分和鋰同位素的研究，可以追溯地球內(nèi)部物質(zhì)的起源和演化，了解地球在不同地質(zhì)時期的物理和化學(xué)狀態(tài)，從而為地球演化理論的完善提供重要依據(jù)。板塊運(yùn)動是地球表面最顯著的地質(zhì)現(xiàn)象之一，它控制著地球的地形地貌、火山活動、地震分布等。中國東部位于歐亞板塊與太平洋板塊的交匯處，受到太平洋板塊向西俯沖、歐亞板塊向東擠壓等多種構(gòu)造應(yīng)力的作用。這些板塊運(yùn)動在中國東部產(chǎn)生了復(fù)雜的構(gòu)造變形和巖漿活動，而玄武巖正是這些構(gòu)造活動的重要見證者。通過對中國東部中-新生代玄武巖揮發(fā)分和鋰同位素的研究，可以獲取板塊運(yùn)動的方向、速率、強(qiáng)度等信息，揭示板塊運(yùn)動的動力學(xué)機(jī)制，為板塊構(gòu)造理論的發(fā)展提供重要支持。除了在地球科學(xué)理論研究方面的重要性，研究中國東部中-新生代玄武巖的揮發(fā)分和鋰同位素特征還具有重要的實(shí)際應(yīng)用價值。在資源勘探領(lǐng)域，玄武巖與多種礦產(chǎn)資源的形成密切相關(guān)。例如，一些玄武巖中富含銅、鎳、鈷等金屬礦產(chǎn)，這些礦產(chǎn)資源對于現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。通過對玄武巖揮發(fā)分和鋰同位素的研究，可以了解礦產(chǎn)資源的形成條件和分布規(guī)律，為資源勘探和開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)，提高資源勘探的效率和準(zhǔn)確性，降低勘探成本，保障國家的資源安全。此外，玄武巖還在建筑、道路、環(huán)保等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。玄武巖具有硬度高、耐磨性好、耐腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，是一種優(yōu)質(zhì)的建筑材料和道路骨料。在環(huán)保領(lǐng)域，玄武巖可以用于處理污水、凈化空氣等，具有良好的環(huán)境效益。對中國東部中-新生代玄武巖揮發(fā)分和鋰同位素的研究，可以為這些應(yīng)用提供更好的材料選擇和技術(shù)支持，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的增長和社會的進(jìn)步。研究中國東部中-新生代玄武巖的揮發(fā)分和鋰同位素特征對理解地球演化、板塊運(yùn)動及資源勘探具有重要的意義。它不僅有助于深入了解地球內(nèi)部的奧秘，推動地球科學(xué)理論的發(fā)展，還能為資源勘探和開發(fā)、工程建設(shè)等實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。1.2研究現(xiàn)狀與問題近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對中國東部中-新生代玄武巖開展了大量研究工作，在揮發(fā)分和鋰同位素領(lǐng)域取得了一定進(jìn)展。在揮發(fā)分研究方面，早期的研究主要集中在對玄武巖中揮發(fā)分含量的測定。學(xué)者們運(yùn)用多種分析技術(shù)，如高溫爆裂法、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、二次離子質(zhì)譜（SIMS）等，對中國東部不同地區(qū)、不同時代的玄武巖進(jìn)行了揮發(fā)分含量分析，初步揭示了其揮發(fā)分含量的變化范圍。研究發(fā)現(xiàn)，中國東部中-新生代玄武巖中H?O含量一般在0.1-5wt.%之間，CO?含量在0.01-2wt.%左右，S含量在0.001-0.5wt.%范圍內(nèi)。同時，對不同構(gòu)造環(huán)境下玄武巖揮發(fā)分含量的對比研究表明，大陸裂谷環(huán)境下的玄武巖相較于洋中脊玄武巖，往往具有更高的揮發(fā)分含量，這可能與大陸裂谷環(huán)境下更強(qiáng)烈的地幔交代作用以及巖石圈減薄導(dǎo)致的深部物質(zhì)上涌有關(guān)。隨著研究的深入，學(xué)者們開始關(guān)注揮發(fā)分在玄武巖形成和演化過程中的作用機(jī)制。通過實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)和地球化學(xué)模擬等手段，探討了揮發(fā)分對巖漿熔點(diǎn)、黏度、結(jié)晶分異等過程的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，H?O和CO?等揮發(fā)分的加入能夠顯著降低地幔巖石的熔點(diǎn)，促進(jìn)部分熔融的發(fā)生，且H?O還能降低巖漿的黏度，使其更易于上升和噴發(fā)。在巖漿演化過程中，揮發(fā)分的逸出或保留會影響巖漿的成分和物理性質(zhì)，進(jìn)而控制巖漿的結(jié)晶分異路徑和最終產(chǎn)物。例如，當(dāng)巖漿中CO?含量較高時，可能會抑制斜長石的結(jié)晶，導(dǎo)致巖漿向富堿方向演化。在鋰同位素研究方面，隨著分析技術(shù)的不斷進(jìn)步，多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜（MC-ICP-MS）等高精度分析方法的應(yīng)用，使得對玄武巖鋰同位素組成的準(zhǔn)確測定成為可能。國內(nèi)外學(xué)者對中國東部中-新生代玄武巖鋰同位素組成進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)果表明，該地區(qū)玄武巖的鋰同位素組成（δ?Li）變化范圍較寬，大致在0‰-10‰之間。通過對不同地區(qū)玄武巖鋰同位素與其他地球化學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)，δ?Li值與SiO?含量、Mg#值等存在一定的關(guān)聯(lián)，這為探討巖漿源區(qū)性質(zhì)和演化過程提供了重要線索。部分研究嘗試?yán)娩囃凰厥聚櫺鋷r的巖漿源區(qū)和地質(zhì)過程。由于地幔和地殼物質(zhì)具有不同的鋰同位素組成，地幔的鋰同位素組成相對均一，而地殼物質(zhì)的鋰同位素組成變化較大，因此可以通過玄武巖鋰同位素特征來判斷巖漿源區(qū)是否受到地殼物質(zhì)的混染，以及混染的程度和方式。研究發(fā)現(xiàn)，一些中國東部中-新生代玄武巖的鋰同位素組成顯示出明顯的地殼物質(zhì)混染特征，這可能與巖漿上升過程中與地殼巖石發(fā)生相互作用有關(guān)；而另一些玄武巖則具有接近地幔的鋰同位素組成，表明其巖漿源區(qū)主要為地幔物質(zhì)，受地殼混染的影響較小。盡管在揮發(fā)分和鋰同位素研究方面取得了上述成果，但當(dāng)前研究仍存在一些空白和待解決的問題。在揮發(fā)分研究中，對于一些痕量揮發(fā)分（如F、Cl、Br、I等）的研究相對較少，其在玄武巖中的含量、賦存狀態(tài)以及在巖漿演化過程中的行為尚不完全清楚。不同分析技術(shù)測定揮發(fā)分含量時存在一定的差異和不確定性，如何提高揮發(fā)分測定的準(zhǔn)確性和可靠性，建立統(tǒng)一的分析標(biāo)準(zhǔn)和方法，仍是需要解決的問題。此外，揮發(fā)分在不同構(gòu)造環(huán)境下玄武巖中的來源和演化機(jī)制還需要進(jìn)一步深入研究，以揭示其與深部地質(zhì)過程的內(nèi)在聯(lián)系。在鋰同位素研究方面，雖然對中國東部中-新生代玄武巖鋰同位素組成有了一定的了解，但對于鋰同位素在復(fù)雜地質(zhì)過程中的分餾機(jī)制尚未完全明確。例如，在巖漿部分熔融、結(jié)晶分異、地殼混染等過程中，鋰同位素的分餾行為及其影響因素還需要通過更多的實(shí)驗(yàn)和理論研究來深入探討。目前對于鋰同位素與其他地球化學(xué)示蹤劑（如Sr、Nd、Pb等同位素）的綜合應(yīng)用研究還不夠充分，如何將鋰同位素與其他示蹤劑有機(jī)結(jié)合，更全面、準(zhǔn)確地揭示玄武巖的成因和地幔演化過程，是未來研究的重要方向之一。1.3研究內(nèi)容與方法本研究聚焦中國東部中-新生代玄武巖，全面剖析其揮發(fā)分和鋰同位素特征，深入探究相關(guān)影響因素及地質(zhì)意義，具體研究內(nèi)容如下：系統(tǒng)分析玄武巖揮發(fā)分和鋰同位素特征：對中國東部中-新生代不同區(qū)域、不同時代的玄武巖樣品進(jìn)行揮發(fā)分和鋰同位素分析，精確測定H?O、CO?、S、F、Cl等揮發(fā)分含量以及鋰同位素組成（δ?Li），全面掌握其含量變化范圍和同位素組成特征，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。剖析揮發(fā)分和鋰同位素的影響因素：結(jié)合玄武巖的主量元素、微量元素及其他同位素組成，綜合分析源區(qū)物質(zhì)組成、部分熔融程度、巖漿演化過程等因素對揮發(fā)分和鋰同位素特征的影響機(jī)制。例如，通過對比不同構(gòu)造環(huán)境下玄武巖的地球化學(xué)特征，探討構(gòu)造背景對揮發(fā)分來源和鋰同位素分餾的控制作用；利用微量元素比值和同位素相關(guān)性，判斷巖漿上升過程中是否存在地殼混染及其對揮發(fā)分和鋰同位素的影響。揭示揮發(fā)分和鋰同位素的地質(zhì)意義：基于揮發(fā)分和鋰同位素特征及其影響因素的研究，揭示中國東部中-新生代玄武巖的巖漿起源、演化過程以及深部地質(zhì)過程。通過揮發(fā)分含量和組成特征，推斷地幔源區(qū)的性質(zhì)和部分熔融條件，了解巖漿上升過程中的物理化學(xué)變化；依據(jù)鋰同位素組成，示蹤巖漿源區(qū)物質(zhì)來源，判斷是否存在地幔柱活動、板塊俯沖等深部地質(zhì)過程，并探討其對玄武巖成因的影響。為達(dá)成上述研究內(nèi)容，采用以下研究方法：樣品采集：在野外對中國東部中-新生代玄武巖進(jìn)行系統(tǒng)采樣，涵蓋山東、江蘇、浙江、安徽等多個省份，不同構(gòu)造單元和地質(zhì)背景下的玄武巖出露點(diǎn)。采集新鮮、無風(fēng)化且具代表性的樣品，記錄樣品的地理位置、地質(zhì)產(chǎn)狀、巖石特征等信息，確保樣品的真實(shí)性和可靠性，為后續(xù)分析測試提供高質(zhì)量的研究材料。分析測試：運(yùn)用多種先進(jìn)分析技術(shù)，對玄武巖樣品進(jìn)行全面分析。采用高溫爆裂法結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）測定H?O、CO?、S等揮發(fā)分含量；利用二次離子質(zhì)譜（SIMS）或激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜（LA-ICP-MS）測定F、Cl等痕量揮發(fā)分含量，獲取高精度的揮發(fā)分?jǐn)?shù)據(jù)。使用多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜（MC-ICP-MS）測定鋰同位素組成（δ?Li），嚴(yán)格控制分析流程和質(zhì)量，確保鋰同位素數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。同時，采用X射線熒光光譜儀（XRF）分析主量元素組成，電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）分析微量元素組成，為綜合研究提供全面的地球化學(xué)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理與分析：運(yùn)用相關(guān)地球化學(xué)軟件和統(tǒng)計方法，對分析測試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。繪制揮發(fā)分含量與主量元素、微量元素的相關(guān)性圖，以及鋰同位素組成與其他同位素組成的關(guān)系圖，通過數(shù)據(jù)間的相關(guān)性分析，揭示揮發(fā)分和鋰同位素與其他地球化學(xué)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而深入探討其影響因素和地質(zhì)意義。利用地質(zhì)模擬軟件，結(jié)合實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)數(shù)據(jù)，對巖漿形成和演化過程進(jìn)行模擬，進(jìn)一步驗(yàn)證和解釋研究結(jié)果。二、中國東部中-新生代玄武巖地質(zhì)背景2.1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造中國東部在中-新生代時期處于歐亞板塊的東南部，其東部緊鄰太平洋板塊，南部與印度板塊存在一定的相互作用。這種復(fù)雜的板塊構(gòu)造格局對中國東部的地質(zhì)演化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，尤其體現(xiàn)在區(qū)域構(gòu)造變形和巖漿活動方面。太平洋板塊的俯沖是中國東部中-新生代最重要的構(gòu)造事件之一。在中生代早期，太平洋板塊開始向歐亞板塊下方俯沖，這一過程持續(xù)至今。俯沖角度和深度在不同時期和區(qū)域有所變化，對中國東部大陸巖石圈產(chǎn)生了強(qiáng)烈的改造作用。俯沖帶的存在導(dǎo)致了巖石圈的減薄、地幔物質(zhì)的上涌以及地殼應(yīng)力場的改變，進(jìn)而引發(fā)了大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動和巖漿活動。華北克拉通作為中國東部重要的構(gòu)造單元，在中-新生代經(jīng)歷了復(fù)雜的演化過程。古生代時期，華北克拉通巖石圈厚度較大，約為200km，處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。進(jìn)入中生代，受太平洋板塊俯沖的影響，華北克拉通東部巖石圈發(fā)生強(qiáng)烈減薄，厚度減至約80km。這種巖石圈減薄過程導(dǎo)致了軟流圈地幔的上涌，為玄武巖的形成提供了深部動力學(xué)背景。在新生代，華北克拉通東部繼續(xù)受到太平洋板塊俯沖和深部地幔對流的影響，構(gòu)造活動仍然較為活躍，形成了一系列北北東向的裂谷和斷陷盆地，如渤海灣盆地、汾渭地塹等，這些區(qū)域也是新生代玄武巖的主要分布區(qū)。華南地塊在中-新生代同樣受到板塊運(yùn)動的影響，但與華北克拉通相比，其構(gòu)造演化具有一定的獨(dú)特性。中生代時期，華南地塊主要受到古太平洋板塊俯沖和特提斯構(gòu)造域的共同作用，構(gòu)造變形以褶皺和斷裂為主，形成了一系列北東向和北北東向的構(gòu)造帶。新生代以來，隨著印度板塊與歐亞板塊的碰撞，華南地塊受到遠(yuǎn)程效應(yīng)的影響，地殼應(yīng)力場發(fā)生調(diào)整，但總體構(gòu)造活動相對較弱。在華南地塊的一些地區(qū)，如浙江、福建等地，新生代玄武巖的分布相對較少，且主要集中在一些局部的構(gòu)造活動區(qū)域，如斷裂帶附近。中國東部還發(fā)育有一系列規(guī)模較大的斷裂帶，如郯廬斷裂帶、大興安嶺-太行山斷裂帶等。這些斷裂帶在中-新生代時期活動強(qiáng)烈，對區(qū)域構(gòu)造格局和巖漿活動起到了重要的控制作用。郯廬斷裂帶是東亞大陸上一條重要的北北東向巨型斷裂系，在中國境內(nèi)延伸2400多公里，切穿了中國東部不同大地構(gòu)造單元。它不僅是地殼斷塊差異運(yùn)動的接合帶，也是地球物理場異常帶和深源巖漿活動帶。在中-新生代，郯廬斷裂帶的活動導(dǎo)致了兩側(cè)巖石圈的變形和應(yīng)力狀態(tài)的改變，控制了中新生代斷陷盆地的形成及火山巖-巖漿巖帶的空間展布。沿郯廬斷裂帶分布著許多新生代玄武巖，這些玄武巖的形成與斷裂帶活動引發(fā)的深部地幔物質(zhì)上涌密切相關(guān)。2.2玄武巖分布與產(chǎn)出特征中國東部中-新生代玄武巖在時空上呈現(xiàn)出較為復(fù)雜的分布規(guī)律。從時間上看，中生代時期，玄武巖的噴發(fā)活動相對較為集中在侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)。侏羅紀(jì)時期，受太平洋板塊俯沖的影響，中國東部大陸邊緣地區(qū)地殼運(yùn)動活躍，巖漿活動頻繁，在東北地區(qū)的一些區(qū)域，如松遼盆地周邊，出現(xiàn)了大量的侏羅紀(jì)玄武巖。這些玄武巖的形成與深部地幔物質(zhì)上涌以及地殼的拉張作用密切相關(guān)，它們記錄了當(dāng)時地球內(nèi)部的動力學(xué)過程和構(gòu)造環(huán)境的變化。到了白堊紀(jì)，玄武巖的分布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，不僅在東北地區(qū)繼續(xù)有噴發(fā)，在華北地區(qū)的一些斷陷盆地，如渤海灣盆地、膠萊盆地等，也出現(xiàn)了大量的白堊紀(jì)玄武巖。這一時期，太平洋板塊俯沖的角度和速度發(fā)生了變化，導(dǎo)致地幔物質(zhì)的運(yùn)動和地殼應(yīng)力場的調(diào)整，從而引發(fā)了更為廣泛的玄武巖噴發(fā)活動。新生代是中國東部玄武巖噴發(fā)的又一個重要時期，從古近紀(jì)到新近紀(jì)再到第四紀(jì)，玄武巖的分布范圍和噴發(fā)規(guī)模呈現(xiàn)出逐漸變化的趨勢。古近紀(jì)時期，玄武巖主要分布在一些大型的裂谷系和斷陷盆地中，如汾渭地塹、蘇北盆地等。這些地區(qū)的巖石圈在新生代早期受到強(qiáng)烈的拉張作用，導(dǎo)致軟流圈地幔上涌，部分熔融形成玄武質(zhì)巖漿，噴發(fā)后形成玄武巖。新近紀(jì)時期，玄武巖的分布范圍有所擴(kuò)大，在東北地區(qū)的五大連池、鏡泊湖等地，以及華北地區(qū)的一些山區(qū)，如太行山、燕山等，都有新近紀(jì)玄武巖的出露。這些地區(qū)的玄武巖形成與深部地幔柱活動以及巖石圈的局部伸展有關(guān)。到了第四紀(jì)，玄武巖的噴發(fā)活動主要集中在一些特定的區(qū)域，如雷瓊地區(qū)、長白山地區(qū)等。雷瓊地區(qū)的玄武巖是由于地幔熱柱的上涌，導(dǎo)致巖石圈局部熔融，形成大量的玄武質(zhì)巖漿噴發(fā)而形成的；長白山地區(qū)的玄武巖則與太平洋板塊的俯沖以及深部地幔物質(zhì)的上涌密切相關(guān)，其噴發(fā)活動塑造了長白山獨(dú)特的火山地貌。在空間分布上，中國東部中-新生代玄武巖大致可以分為幾個主要的區(qū)域。東北地區(qū)是玄武巖分布較為廣泛的區(qū)域之一，主要集中在松遼盆地周邊以及長白山地區(qū)。松遼盆地周邊的玄武巖形成于不同時期，從侏羅紀(jì)到新生代都有出露，這些玄武巖的形成與盆地的演化以及深部地幔物質(zhì)的運(yùn)動密切相關(guān)。長白山地區(qū)的玄武巖以其壯觀的火山地貌而聞名，如長白山天池就是由火山噴發(fā)形成的火山口積水而成。這里的玄武巖主要為新生代噴發(fā)產(chǎn)物，其噴發(fā)活動反映了太平洋板塊俯沖對東北地區(qū)深部地質(zhì)過程的影響。華北地區(qū)的玄武巖主要分布在華北克拉通東部的裂谷系和斷陷盆地中，如渤海灣盆地、汾渭地塹等。渤海灣盆地是中國東部重要的含油氣盆地之一，其新生代玄武巖的分布與盆地的構(gòu)造演化密切相關(guān)。在新生代，渤海灣盆地受到太平洋板塊俯沖和深部地幔對流的影響，巖石圈發(fā)生減薄和伸展，導(dǎo)致軟流圈地幔上涌，形成大量的玄武質(zhì)巖漿噴發(fā)，形成了廣泛分布的玄武巖。汾渭地塹是一條新生代的裂谷帶，其玄武巖的形成也與巖石圈的伸展和地幔物質(zhì)的上涌有關(guān)。這些玄武巖的出露為研究華北地區(qū)新生代的構(gòu)造演化和深部地質(zhì)過程提供了重要線索。華東地區(qū)的玄武巖分布相對較為零散，主要出現(xiàn)在山東、江蘇、浙江等地的一些局部區(qū)域。山東地區(qū)的玄武巖在中生代和新生代都有出露，中生代的玄武巖主要分布在魯西地區(qū)，如費(fèi)縣等地，其形成與當(dāng)時的構(gòu)造運(yùn)動和深部地幔物質(zhì)的活動有關(guān)；新生代的玄武巖則主要分布在山東東部沿海地區(qū)，如青島、威海等地，這些玄武巖的形成與太平洋板塊的俯沖以及深部地幔柱的活動有關(guān)。江蘇和浙江地區(qū)的玄武巖分布較少，主要出現(xiàn)在一些斷裂帶附近，如郯廬斷裂帶沿線，這些玄武巖的形成與斷裂帶的活動以及深部地幔物質(zhì)的上涌有關(guān)。華南地區(qū)的玄武巖分布相對較少，主要集中在雷瓊地區(qū)以及一些局部的斷裂構(gòu)造區(qū)域。雷瓊地區(qū)的玄武巖是中國東部新生代玄武巖的重要組成部分，其形成與地幔熱柱活動密切相關(guān)。地幔熱柱的上涌導(dǎo)致巖石圈局部熔融，形成大量的玄武質(zhì)巖漿噴發(fā)，形成了雷瓊地區(qū)廣泛分布的玄武巖。這些玄武巖的噴發(fā)活動塑造了雷瓊地區(qū)獨(dú)特的火山地貌，如湛江的湖光巖就是一個由火山噴發(fā)形成的瑪珥湖。在華南地區(qū)的其他一些地方，如福建、廣東等地的一些斷裂構(gòu)造區(qū)域，也有少量的玄武巖出露，這些玄武巖的形成與斷裂帶的活動以及深部地幔物質(zhì)的上涌有關(guān)。不同地區(qū)的玄武巖在巖相學(xué)、巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造等產(chǎn)出特征上也存在一定的差異。在巖相學(xué)方面，東北地區(qū)的玄武巖主要為拉斑玄武巖和堿性玄武巖，拉斑玄武巖具有較低的堿含量和較高的SiO?含量，其礦物組成主要為基性斜長石、輝石和橄欖石等；堿性玄武巖則具有較高的堿含量，礦物組成中除了基性斜長石、輝石和橄欖石外，還含有一些堿性礦物，如霞石、白榴石等。華北地區(qū)的玄武巖以堿性玄武巖為主，其礦物組成和化學(xué)成分與東北地區(qū)的堿性玄武巖有一定的相似性，但在某些元素的含量上可能存在差異。華東地區(qū)的玄武巖巖相學(xué)特征較為復(fù)雜，既有拉斑玄武巖，也有堿性玄武巖，不同地區(qū)的玄武巖在礦物組成和化學(xué)成分上可能會有所不同。華南地區(qū)的雷瓊地區(qū)玄武巖主要為堿性玄武巖，其礦物組成和化學(xué)成分具有一定的特殊性，與其他地區(qū)的堿性玄武巖可能存在差異。在巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面，東北地區(qū)的玄武巖常見的結(jié)構(gòu)有斑狀結(jié)構(gòu)、間粒結(jié)構(gòu)、間隱結(jié)構(gòu)等。斑狀結(jié)構(gòu)中，斑晶礦物主要為橄欖石、輝石和斜長石等，基質(zhì)則為細(xì)粒的礦物集合體；間粒結(jié)構(gòu)中，礦物顆粒之間充填著玻璃質(zhì)或隱晶質(zhì)物質(zhì)；間隱結(jié)構(gòu)則是礦物顆粒完全被玻璃質(zhì)所包裹。常見的構(gòu)造有氣孔構(gòu)造、杏仁構(gòu)造、柱狀節(jié)理構(gòu)造等。氣孔構(gòu)造是由于巖漿噴發(fā)時氣體逸出而形成的圓形或橢圓形空洞；杏仁構(gòu)造是氣孔被后期的礦物質(zhì)充填而形成的；柱狀節(jié)理構(gòu)造則是由于巖石在冷凝過程中受到均勻的應(yīng)力作用而形成的規(guī)則的柱狀節(jié)理。華北地區(qū)的玄武巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造與東北地區(qū)有一定的相似性，但在某些方面可能會有所不同。例如，在一些地區(qū)的玄武巖中，柱狀節(jié)理構(gòu)造可能更為發(fā)育，其柱狀節(jié)理的直徑和長度可能會更大。華東地區(qū)和華南地區(qū)的玄武巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造也具有各自的特點(diǎn)，需要根據(jù)具體的地區(qū)和樣品進(jìn)行詳細(xì)的研究和分析。三、揮發(fā)分特征3.1揮發(fā)分組成與含量3.1.1主要揮發(fā)分種類中國東部中-新生代玄武巖中揮發(fā)分種類豐富，主要包括H?O、CO?、S、Cl等，它們以不同的形式賦存于玄武巖中。水（H?O）在玄武巖中主要以兩種形式存在，一種是吸附水，它通過物理吸附作用附著在礦物顆粒表面或填充于巖石的孔隙和裂隙中；另一種是結(jié)構(gòu)水，以(OH)?的形式進(jìn)入礦物晶格，成為礦物結(jié)構(gòu)的一部分。例如，在角閃石、黑云母等礦物中，結(jié)構(gòu)水是其晶體結(jié)構(gòu)的重要組成部分。在巖漿上升和噴發(fā)過程中，隨著溫度和壓力的降低，吸附水容易從巖石中逸出，而結(jié)構(gòu)水則需要更高的溫度才能被釋放。二氧化碳（CO?）在玄武巖中多以氣體形式存在于氣孔、杏仁體或礦物包裹體中。在巖漿形成和演化的高溫高壓條件下，CO?可溶解于巖漿中，當(dāng)巖漿上升至地表，壓力降低時，CO?溶解度減小，便會從巖漿中逸出，形成氣孔構(gòu)造。部分CO?還可能與巖石中的某些礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成碳酸鹽礦物，如方解石（CaCO?）、白云石（CaMg(CO?)?）等，從而以礦物形式固定在玄武巖中。硫（S）在玄武巖中主要以硫化物和硫酸鹽的形式存在。常見的硫化物礦物有黃鐵礦（FeS?）、磁黃鐵礦（Fe???S）等，它們通常呈細(xì)小的顆粒狀分布于礦物顆粒之間或充填于巖石的裂隙中。硫酸鹽礦物則以石膏（CaSO??2H?O）、重晶石（BaSO?）等形式出現(xiàn)，這些礦物的形成與巖漿演化過程中的氧化還原條件以及流體的化學(xué)成分密切相關(guān)。在巖漿上升過程中，當(dāng)氧逸度較高時，硫傾向于形成硫酸鹽；而在還原條件下，硫則主要以硫化物的形式存在。氯（Cl）在玄武巖中主要以氯化物的形式存在，如氯鹽礦物（如石鹽NaCl、鉀鹽KCl等），這些氯化物礦物可能以包裹體的形式存在于其他礦物內(nèi)部，也可能分布于巖石的基質(zhì)中。此外，氯還可能以類質(zhì)同象的形式進(jìn)入某些礦物晶格，替代其中的其他陰離子，如在角閃石中，氯可以替代部分(OH)?。氯在巖漿中的溶解度相對較高，它在巖漿演化和噴發(fā)過程中的行為對巖漿的物理性質(zhì)和化學(xué)組成有著重要影響。3.1.2含量變化及區(qū)域差異中國東部中-新生代玄武巖中揮發(fā)分含量存在明顯的變化，且不同地區(qū)之間呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域差異。從含量變化范圍來看，H?O含量在不同地區(qū)的玄武巖中波動較大，一般在0.1-5wt.%之間。例如，在東北地區(qū)的五大連池玄武巖中，H?O含量較高，可達(dá)3-5wt.%，這可能與該地區(qū)的巖漿源區(qū)富含水或在巖漿上升過程中受到富水流體的交代作用有關(guān)。而在華北地區(qū)的一些玄武巖中，H?O含量相對較低，多在0.1-1wt.%之間，這可能反映了其巖漿源區(qū)的水含量較低，或者在巖漿演化過程中經(jīng)歷了較強(qiáng)的去水作用。CO?含量在玄武巖中一般在0.01-2wt.%左右。在大陸裂谷環(huán)境下的玄武巖，如渤海灣盆地的玄武巖，CO?含量相對較高，可達(dá)到1-2wt.%，這與大陸裂谷環(huán)境下巖石圈減薄，深部地幔物質(zhì)上涌，攜帶較多的CO?有關(guān)。相比之下，洋中脊玄武巖的CO?含量通常較低，一般在0.01-0.1wt.%之間，這是由于洋中脊環(huán)境下巖漿形成時的減壓熔融過程使得CO?更容易逸出。S含量在玄武巖中的變化范圍為0.001-0.5wt.%。研究發(fā)現(xiàn)，中國東部新生代地幔中，華北地區(qū)相對華南地區(qū)更富集S，這可能是由于地幔源區(qū)中再循環(huán)物質(zhì)的類型及其比例差異導(dǎo)致的。在華北地區(qū)，地幔源區(qū)中可能含有更多的含硫沉積物或硫化物，使得玄武巖中的S含量相對較高。不同地區(qū)玄武巖揮發(fā)分含量的區(qū)域差異與多種因素相關(guān)。首先，構(gòu)造環(huán)境是一個重要因素。在板塊俯沖帶附近，如中國東部受太平洋板塊俯沖影響的區(qū)域，俯沖板片攜帶的大量揮發(fā)分（如H?O、Cl等）進(jìn)入地幔楔，使得該地區(qū)玄武巖的揮發(fā)分含量相對較高。而在穩(wěn)定的大陸內(nèi)部地區(qū)，構(gòu)造活動相對較弱，揮發(fā)分來源相對較少，玄武巖的揮發(fā)分含量可能較低。其次，巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成對揮發(fā)分含量也有顯著影響。如果巖漿源區(qū)富含水、硫、氯等揮發(fā)分的礦物，或者受到地幔交代作用，使源區(qū)富集揮發(fā)分，那么形成的玄武巖中揮發(fā)分含量就會較高。相反，如果巖漿源區(qū)相對貧揮發(fā)分，玄武巖中的揮發(fā)分含量也會相應(yīng)降低。此外，巖漿演化過程中的結(jié)晶分異、同化混染等作用也會改變揮發(fā)分的含量和分布。在結(jié)晶分異過程中，一些揮發(fā)分可能會隨著礦物的結(jié)晶而被排出到巖漿中，導(dǎo)致巖漿中揮發(fā)分含量發(fā)生變化；而同化混染作用則可能使巖漿從圍巖中獲得額外的揮發(fā)分，從而改變其揮發(fā)分組成和含量。3.2揮發(fā)分特征的影響因素3.2.1源區(qū)性質(zhì)的影響地幔源區(qū)的物質(zhì)組成和富集程度對中國東部中-新生代玄武巖的揮發(fā)分特征起著關(guān)鍵的控制作用。地幔并非是均一的整體，而是存在著多種不同性質(zhì)的源區(qū)端元，這些源區(qū)端元在物質(zhì)組成、微量元素豐度以及同位素組成等方面都存在顯著差異，進(jìn)而導(dǎo)致其所產(chǎn)生的玄武巖揮發(fā)分特征各不相同。飽滿型地幔是地幔源區(qū)的一種類型，其具有相對均勻的物質(zhì)組成和較低的微量元素富集程度。由飽滿型地幔部分熔融形成的玄武巖，揮發(fā)分含量相對較低。這是因?yàn)轱枬M型地幔中揮發(fā)分的原始含量較少，在部分熔融過程中，揮發(fā)分隨著巖漿的形成而被帶出的量也有限。研究表明，在一些遠(yuǎn)離板塊邊界、構(gòu)造活動相對穩(wěn)定的地區(qū)，其玄武巖的源區(qū)可能主要為飽滿型地幔，這些地區(qū)的玄武巖中H?O、CO?等揮發(fā)分含量往往處于較低水平。交代富集型地幔則是另一種重要的地幔源區(qū)類型，它經(jīng)歷了復(fù)雜的地幔交代作用。地幔交代作用是指地幔流體與地幔巖石之間發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)交換過程，這使得地幔巖石中的某些元素（如大離子親石元素LILE、揮發(fā)分等）發(fā)生富集。在交代富集型地幔中，富含揮發(fā)分的流體與地幔巖石相互作用，使地幔巖石中儲存了較多的揮發(fā)分。當(dāng)這種交代富集型地幔發(fā)生部分熔融形成玄武巖時，玄武巖中的揮發(fā)分含量通常較高。在中國東部一些受到強(qiáng)烈構(gòu)造活動影響的地區(qū)，如郯廬斷裂帶附近，其玄武巖的源區(qū)可能受到了強(qiáng)烈的地幔交代作用，這些地區(qū)的玄武巖中揮發(fā)分含量明顯高于其他地區(qū)，這與交代富集型地幔源區(qū)的特性密切相關(guān)。虧損型地幔是指在地幔部分熔融過程中，由于易熔組分的優(yōu)先熔融和遷出，導(dǎo)致殘留地幔中某些元素（如高場強(qiáng)元素HFSE）相對富集，而揮發(fā)分等易熔組分則相對虧損。由虧損型地幔部分熔融形成的玄武巖，其揮發(fā)分含量也相對較低。這種虧損型地幔源區(qū)通常與大洋中脊等構(gòu)造環(huán)境相關(guān)，在這些地區(qū)，地幔物質(zhì)經(jīng)歷了高度的部分熔融，揮發(fā)分大量逸出，使得殘留的地幔源區(qū)相對虧損揮發(fā)分。雖然中國東部中-新生代玄武巖主要形成于大陸內(nèi)部或大陸邊緣的構(gòu)造環(huán)境，但在某些特殊情況下，其源區(qū)也可能受到虧損型地幔的影響，從而導(dǎo)致玄武巖揮發(fā)分含量降低。不同源區(qū)端元對揮發(fā)分的貢獻(xiàn)也存在差異。在交代富集型地幔中，由于地幔交代作用引入了大量的揮發(fā)分，這些揮發(fā)分在巖漿形成過程中成為玄武巖揮發(fā)分的重要來源。例如，地幔流體中富含的H?O、CO?等揮發(fā)分，在交代富集型地幔中與地幔巖石發(fā)生反應(yīng)，形成含揮發(fā)分的礦物相，當(dāng)這些礦物相在部分熔融過程中進(jìn)入巖漿時，就為玄武巖提供了豐富的揮發(fā)分。相比之下，飽滿型地幔和虧損型地幔中揮發(fā)分的原始含量較低，它們對玄武巖揮發(fā)分的貢獻(xiàn)相對較小。在飽滿型地幔中，雖然也存在一定量的揮發(fā)分，但由于其含量有限，在部分熔融過程中能夠進(jìn)入巖漿的揮發(fā)分也較少；而虧損型地幔中揮發(fā)分的虧損狀態(tài)，使得其在形成玄武巖時，無法為巖漿提供充足的揮發(fā)分。地幔源區(qū)中不同礦物相的含量和性質(zhì)也會影響揮發(fā)分的釋放和進(jìn)入巖漿的過程。橄欖石、輝石等礦物是地幔巖石的主要組成礦物，它們對揮發(fā)分的溶解度較低，因此在部分熔融過程中，這些礦物相中的揮發(fā)分較難釋放出來進(jìn)入巖漿。而云母、角閃石等礦物則含有較多的結(jié)構(gòu)水，在部分熔融過程中，這些礦物相中的結(jié)構(gòu)水容易被釋放出來，成為玄武巖中H?O的重要來源。如果地幔源區(qū)中云母、角閃石等含揮發(fā)分礦物的含量較高，那么形成的玄武巖中揮發(fā)分含量也可能相應(yīng)增加。3.2.2巖漿演化過程的影響巖漿在形成后的演化過程中，經(jīng)歷的結(jié)晶分異和同化混染等作用，會對中國東部中-新生代玄武巖的揮發(fā)分特征產(chǎn)生顯著的改造。在巖漿結(jié)晶分異過程中，隨著溫度的降低，巖漿中的礦物會按照一定的順序結(jié)晶析出。早期結(jié)晶的礦物通常富含鐵、鎂等元素，如橄欖石、輝石等，而這些礦物對揮發(fā)分的溶解度較低。當(dāng)這些礦物結(jié)晶時，它們會將周圍巖漿中的揮發(fā)分排擠出去，導(dǎo)致巖漿中揮發(fā)分的相對含量增加。隨著結(jié)晶分異作用的繼續(xù)進(jìn)行，巖漿中的揮發(fā)分不斷富集，當(dāng)達(dá)到一定程度時，揮發(fā)分可能會以氣泡的形式從巖漿中逸出。如果巖漿在上升過程中壓力降低，這種逸出作用會更加明顯，從而導(dǎo)致玄武巖中揮發(fā)分含量降低。在一些大規(guī)模的玄武巖流中，底部的玄武巖由于結(jié)晶分異作用時間較長，揮發(fā)分逸出較多，其揮發(fā)分含量往往低于頂部的玄武巖。巖漿的同化混染作用是指巖漿在上升過程中與圍巖發(fā)生物質(zhì)交換，從而改變巖漿成分的過程。如果圍巖中富含揮發(fā)分，那么巖漿在同化混染過程中會從圍巖中獲取額外的揮發(fā)分，導(dǎo)致玄武巖中揮發(fā)分含量增加。在一些地區(qū)，玄武巖巖漿上升穿過富含水和二氧化碳的沉積巖地層時，巖漿會與沉積巖發(fā)生同化混染作用，使巖漿中H?O和CO?含量顯著增加。相反，如果圍巖中揮發(fā)分含量較低，同化混染作用可能對玄武巖揮發(fā)分特征影響較小，甚至在某些情況下，由于巖漿與圍巖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)消耗了部分揮發(fā)分，導(dǎo)致玄武巖中揮發(fā)分含量降低。巖漿演化過程中，揮發(fā)分的行為還受到巖漿的物理性質(zhì)和動力學(xué)條件的影響。巖漿的粘度對揮發(fā)分的逸出和擴(kuò)散具有重要影響。粘度較低的巖漿，揮發(fā)分更容易在其中擴(kuò)散和逸出；而粘度較高的巖漿，揮發(fā)分的擴(kuò)散和逸出則受到阻礙。在一些富含硅質(zhì)的玄武巖中，由于巖漿粘度較高，揮發(fā)分在巖漿中的遷移和逸出較為困難，這可能導(dǎo)致玄武巖中揮發(fā)分含量相對較高。巖漿的上升速度和停留時間也會影響揮發(fā)分的行為。巖漿上升速度較快時，揮發(fā)分來不及充分逸出，會使玄武巖中保留較高的揮發(fā)分含量；而巖漿在深部停留時間較長時，揮發(fā)分有更多的時間逸出，從而導(dǎo)致玄武巖中揮發(fā)分含量降低。3.2.3構(gòu)造環(huán)境的影響不同的構(gòu)造環(huán)境，如大陸裂谷和島弧等，對中國東部中-新生代玄武巖的揮發(fā)分特征有著顯著的影響，這種影響源于構(gòu)造環(huán)境所決定的深部地質(zhì)過程和物質(zhì)來源的差異。在大陸裂谷環(huán)境下，巖石圈發(fā)生強(qiáng)烈的拉伸和減薄。這種拉伸和減薄作用使得軟流圈地幔物質(zhì)上涌，減壓熔融形成玄武質(zhì)巖漿。由于巖石圈的減薄，深部地幔物質(zhì)更容易攜帶揮發(fā)分上升到淺部，因此大陸裂谷環(huán)境下的玄武巖通常具有較高的揮發(fā)分含量。大陸裂谷環(huán)境中，地幔源區(qū)可能受到更強(qiáng)烈的地幔交代作用，使得源區(qū)富集揮發(fā)分，這也進(jìn)一步導(dǎo)致了玄武巖中揮發(fā)分含量的增加。研究表明，中國東部的一些大陸裂谷地區(qū)，如渤海灣盆地，其新生代玄武巖中H?O、CO?等揮發(fā)分含量明顯高于其他構(gòu)造環(huán)境下的玄武巖。在渤海灣盆地，巖石圈的減薄導(dǎo)致深部地幔物質(zhì)上涌，這些物質(zhì)攜帶了大量的揮發(fā)分，同時，該地區(qū)的地幔源區(qū)可能受到了地幔柱活動的影響，進(jìn)一步富集了揮發(fā)分，使得形成的玄武巖揮發(fā)分含量較高。島弧環(huán)境是由于大洋板塊向大陸板塊俯沖而形成的。在島弧環(huán)境下，俯沖板片攜帶了大量的水、二氧化碳等揮發(fā)分以及沉積物進(jìn)入地幔楔。這些揮發(fā)分和沉積物在高溫高壓條件下發(fā)生脫水和部分熔融，形成富含揮發(fā)分的流體，這些流體交代地幔楔，使得地幔楔發(fā)生部分熔融形成玄武質(zhì)巖漿。因此，島弧環(huán)境下的玄武巖揮發(fā)分含量通常也較高，且其揮發(fā)分組成可能受到俯沖板片物質(zhì)的影響。島弧玄武巖中可能含有來自俯沖板片的海水和沉積物中的氯、硫等揮發(fā)分，這些揮發(fā)分的存在使得島弧玄武巖的揮發(fā)分特征與其他構(gòu)造環(huán)境下的玄武巖有所不同。中國東部沿海地區(qū)，受到太平洋板塊俯沖的影響，在一些島弧構(gòu)造區(qū)域形成的玄武巖，其揮發(fā)分含量較高，且揮發(fā)分組成復(fù)雜，這與島弧環(huán)境下特殊的物質(zhì)來源和深部地質(zhì)過程密切相關(guān)。不同構(gòu)造環(huán)境下，巖漿上升過程中的物理化學(xué)條件也存在差異，這進(jìn)一步影響了玄武巖的揮發(fā)分特征。在大陸裂谷環(huán)境下，巖漿上升速度相對較快，壓力降低迅速，揮發(fā)分來不及充分逸出，使得玄武巖中能夠保留較高的揮發(fā)分含量。而在島弧環(huán)境下，巖漿上升過程中可能會受到俯沖帶復(fù)雜構(gòu)造和流體的影響，揮發(fā)分的逸出和再分配過程更為復(fù)雜。島弧巖漿在上升過程中可能會與俯沖帶流體發(fā)生相互作用，導(dǎo)致?lián)]發(fā)分的組成和含量發(fā)生變化。構(gòu)造環(huán)境還會影響巖漿的停留時間和結(jié)晶分異程度，進(jìn)而影響揮發(fā)分的行為。在一些構(gòu)造活動相對穩(wěn)定的地區(qū)，巖漿停留時間較長，結(jié)晶分異作用充分，揮發(fā)分逸出較多；而在構(gòu)造活動強(qiáng)烈的地區(qū)，巖漿快速上升噴發(fā)，結(jié)晶分異作用不充分，揮發(fā)分保留較多。3.3揮發(fā)分的地質(zhì)意義3.3.1對巖漿起源與演化的指示中國東部中-新生代玄武巖的揮發(fā)分特征為研究巖漿的起源與演化提供了重要線索，通過對揮發(fā)分的深入分析，可以推斷巖漿的起源深度、部分熔融程度以及其在上升和噴發(fā)過程中的演化路徑。揮發(fā)分含量與巖漿起源深度之間存在密切聯(lián)系。在地球深部，壓力和溫度條件對揮發(fā)分的溶解度和存在形式有著顯著影響。隨著深度的增加，壓力增大，揮發(fā)分在巖漿中的溶解度也相應(yīng)增加。研究表明，H?O和CO?等揮發(fā)分在深部地幔中的溶解度較高，當(dāng)巖漿起源于較深的部位時，它會攜帶更多的揮發(fā)分。在中國東部一些地區(qū)的玄武巖中，若H?O和CO?含量較高，可能暗示其巖漿起源于相對較深的地幔區(qū)域。通過實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究和熱力學(xué)模擬，可以建立揮發(fā)分含量與巖漿起源深度的定量關(guān)系，從而更準(zhǔn)確地推斷巖漿的起源深度。揮發(fā)分在判斷巖漿的部分熔融程度方面也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。地幔巖石的部分熔融是形成玄武質(zhì)巖漿的重要過程，而揮發(fā)分的加入可以顯著降低地幔巖石的熔點(diǎn)，促進(jìn)部分熔融的發(fā)生。當(dāng)巖漿源區(qū)富含揮發(fā)分時，在較低的溫度和壓力條件下就能夠發(fā)生部分熔融，且部分熔融程度可能相對較高。相反，如果源區(qū)揮發(fā)分含量較低，則需要更高的溫度和壓力才能引發(fā)部分熔融，且部分熔融程度可能較低。在對中國東部中-新生代玄武巖的研究中，通過分析揮發(fā)分含量與其他地球化學(xué)指標(biāo)（如主量元素、微量元素）的相關(guān)性，可以判斷巖漿的部分熔融程度。若玄武巖中揮發(fā)分含量較高，同時某些微量元素（如稀土元素）的分配模式顯示出較高的部分熔融特征，那么可以推斷該巖漿在形成過程中經(jīng)歷了較高程度的部分熔融。在巖漿演化過程中，揮發(fā)分的行為對巖漿的上升和噴發(fā)過程有著重要影響。巖漿在上升過程中，隨著壓力的降低，揮發(fā)分的溶解度減小，會逐漸從巖漿中逸出。這種逸出過程會改變巖漿的物理性質(zhì)，如降低巖漿的密度和粘度，從而影響巖漿的上升速度和噴發(fā)方式。當(dāng)巖漿中揮發(fā)分含量較高時，揮發(fā)分的快速逸出可能導(dǎo)致巖漿的噴發(fā)更為劇烈，形成爆發(fā)式火山噴發(fā)，產(chǎn)生大量的火山碎屑物質(zhì)；而當(dāng)揮發(fā)分含量較低時，巖漿可能以較為平靜的溢流方式噴發(fā)，形成大面積的熔巖流。在中國東部一些地區(qū)的火山活動中，根據(jù)玄武巖的噴發(fā)特征和揮發(fā)分含量，可以推斷巖漿在上升和噴發(fā)過程中的演化情況。通過對火山巖相學(xué)的研究，分析火山碎屑物的粒度分布、成分組成以及熔巖流的結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征，結(jié)合揮發(fā)分含量的測定結(jié)果，可以重建巖漿的噴發(fā)歷史和演化路徑，了解巖漿在不同階段的物理化學(xué)變化。3.3.2對深部地幔物質(zhì)循環(huán)的示蹤揮發(fā)分作為地球內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)的重要參與者，其來源和演化過程能夠有效地追蹤地幔中物質(zhì)循環(huán)的路徑，揭示板塊俯沖、地幔柱活動等地幔深部過程。板塊俯沖是地球深部物質(zhì)循環(huán)的重要過程之一，它將大量的地殼物質(zhì)帶入地幔深部。在板塊俯沖帶，俯沖板片攜帶了海水、沉積物以及洋殼等富含揮發(fā)分的物質(zhì)進(jìn)入地幔楔。這些揮發(fā)分在高溫高壓條件下會發(fā)生釋放和再分配，從而影響地幔楔的部分熔融過程和巖漿的形成。通過對中國東部中-新生代玄武巖揮發(fā)分的研究，可以識別出其中來自俯沖板片的揮發(fā)分信號。在一些靠近板塊俯沖帶的地區(qū)，玄武巖中可能含有較高含量的Cl、S等揮發(fā)分，這些揮發(fā)分可能來源于俯沖板片中的海水和沉積物。通過分析這些揮發(fā)分的同位素組成（如氯同位素、硫同位素），可以進(jìn)一步確定其來源，追蹤俯沖板片物質(zhì)在深部地幔中的遷移路徑和混合過程，從而了解板塊俯沖對地幔物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的影響。地幔柱活動是另一種重要的深部地質(zhì)過程，它被認(rèn)為是地幔深部物質(zhì)上涌的表現(xiàn)形式。地幔柱攜帶了深部地幔的物質(zhì)和能量上升到淺部，對地球的構(gòu)造演化和巖漿活動產(chǎn)生重要影響。地幔柱物質(zhì)通常具有較高的溫度和獨(dú)特的化學(xué)成分，其中揮發(fā)分的組成和含量也與周圍地幔物質(zhì)有所不同。在中國東部一些地區(qū)，玄武巖的揮發(fā)分特征可能反映了地幔柱活動的影響。如果玄武巖中揮發(fā)分含量異常高，且其組成顯示出與正常地幔不同的特征，如富含某些稀有揮發(fā)分或具有特殊的同位素組成，這可能暗示該地區(qū)受到了地幔柱活動的影響。通過對這些玄武巖揮發(fā)分的研究，可以追蹤地幔柱物質(zhì)的上升路徑和擴(kuò)散范圍，了解地幔柱活動對地幔物質(zhì)循環(huán)和巖漿起源的作用機(jī)制。揮發(fā)分還可以作為示蹤劑，研究地幔內(nèi)部不同源區(qū)之間的物質(zhì)交換和混合過程。地幔并非是均一的，而是存在著多個不同性質(zhì)的源區(qū)，這些源區(qū)在漫長的地質(zhì)歷史中可能發(fā)生相互作用和混合。揮發(fā)分在不同源區(qū)中的含量和同位素組成存在差異，通過對玄武巖揮發(fā)分的分析，可以識別出不同源區(qū)的貢獻(xiàn)比例和混合程度。在一些地區(qū)的玄武巖中，揮發(fā)分的同位素組成可能呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化，這可能是由于不同源區(qū)的揮發(fā)分在巖漿形成和演化過程中發(fā)生了混合。通過建立揮發(fā)分同位素混合模型，可以定量地計算不同源區(qū)的貢獻(xiàn)，揭示地幔內(nèi)部物質(zhì)交換和混合的過程，為理解地幔的不均一性和演化歷史提供重要依據(jù)。四、鋰同位素特征4.1鋰同位素組成與變化4.1.1鋰同位素分析方法鋰同位素分析是研究中國東部中-新生代玄武巖鋰同位素特征的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜（MC-ICP-MS）是目前廣泛應(yīng)用且極為重要的分析技術(shù)。該技術(shù)的原理基于電感耦合等離子體（ICP）將樣品離子化，使鋰元素轉(zhuǎn)化為離子態(tài)。在高溫等離子體環(huán)境中，樣品被充分電離，鋰原子失去電子形成鋰離子。隨后，這些鋰離子在電場的作用下被加速，并進(jìn)入質(zhì)量分析器。質(zhì)量分析器是MC-ICP-MS的核心部件之一，它利用磁場或電場對不同質(zhì)荷比的離子進(jìn)行分離。由于鋰有?Li和?Li兩種同位素，它們的質(zhì)量不同，在質(zhì)量分析器中會沿著不同的軌跡運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)分離。多接收系統(tǒng)則用于同時接收和檢測不同質(zhì)量的離子束，通過精確測量不同同位素離子的強(qiáng)度，計算出鋰同位素的比值，進(jìn)而得到鋰同位素組成（δ?Li）。δ?Li的計算公式為：δ?Li=[(?Li/?Li)樣品/(?Li/?Li)標(biāo)準(zhǔn)-1]×1000‰，其中(?Li/?Li)標(biāo)準(zhǔn)通常采用國際公認(rèn)的鋰同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。MC-ICP-MS具有極高的精度和可靠性。在理想條件下，其對鋰同位素組成的分析精度可達(dá)±0.2‰-±0.5‰，這使得能夠準(zhǔn)確捕捉到玄武巖中鋰同位素組成的細(xì)微變化。在對中國東部中-新生代玄武巖樣品進(jìn)行鋰同位素分析時，通過嚴(yán)格控制分析流程，包括樣品的消解、儀器的調(diào)試與校準(zhǔn)、空白樣品的分析等步驟，有效降低了分析誤差，確保了數(shù)據(jù)的可靠性。為了保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，通常會對同一樣品進(jìn)行多次重復(fù)測量，取平均值作為最終結(jié)果，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和評估。如果多次測量結(jié)果的偏差在允許范圍內(nèi)，則說明分析結(jié)果可靠；若偏差較大，則需要重新檢查分析流程，找出可能存在的問題并加以解決。除了MC-ICP-MS技術(shù)外，熱電離質(zhì)譜（TIMS）也曾被用于鋰同位素分析。TIMS的原理是利用熱電離源將樣品中的鋰元素電離成離子，然后通過電場和磁場的作用對離子進(jìn)行加速和分離，最后通過離子計數(shù)器測量不同同位素離子的強(qiáng)度。雖然TIMS在早期的鋰同位素研究中發(fā)揮了重要作用，但與MC-ICP-MS相比，其分析過程較為復(fù)雜，分析效率較低，且對樣品的要求較高，需要將樣品制成特定的形式，這在一定程度上限制了其應(yīng)用。隨著MC-ICP-MS技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，目前在鋰同位素分析領(lǐng)域，MC-ICP-MS已逐漸取代TIMS成為主流分析技術(shù)。4.1.2鋰同位素組成特征對中國東部中-新生代玄武巖鋰同位素組成的系統(tǒng)分析顯示，其鋰同位素組成（δ?Li）呈現(xiàn)出較為寬泛的變化范圍，大致在0‰-10‰之間。不同地區(qū)和不同類型的玄武巖，其鋰同位素組成存在明顯差異，這些差異蘊(yùn)含著豐富的地質(zhì)信息，反映了玄武巖形成過程中復(fù)雜的物質(zhì)來源和地質(zhì)作用。在東北地區(qū)，部分新生代玄武巖的鋰同位素組成相對較高，δ?Li值可達(dá)8‰-10‰。如五大連池地區(qū)的新生代玄武巖，其較高的鋰同位素組成可能與該地區(qū)深部地幔源區(qū)受到俯沖板片物質(zhì)的交代作用有關(guān)。太平洋板塊向歐亞板塊俯沖，攜帶了大量富含鋰的地殼物質(zhì)進(jìn)入地幔楔，這些物質(zhì)與地幔源區(qū)發(fā)生相互作用，使得地幔源區(qū)的鋰同位素組成發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致形成的玄武巖具有較高的δ?Li值。在該地區(qū)的玄武巖中，可能檢測到與俯沖板片相關(guān)的微量元素和同位素特征，進(jìn)一步支持了這一推斷。華北地區(qū)的中-新生代玄武巖鋰同位素組成變化范圍較大，從較低的3‰-5‰到較高的7‰-9‰都有分布。以渤海灣盆地的玄武巖為例，盆地內(nèi)部不同位置的玄武巖鋰同位素組成存在差異?？拷璧剡吘壍男鋷r，其δ?Li值相對較低，可能是由于巖漿在上升過程中受到了相對貧鋰的地殼物質(zhì)的混染，導(dǎo)致鋰同位素組成發(fā)生變化；而盆地中心部分的玄武巖，δ?Li值相對較高，可能與深部地幔源區(qū)的性質(zhì)以及巖漿演化過程中的分異作用有關(guān)。在盆地中心，巖漿上升速度較快，受到地殼混染的程度較小，更多地保留了深部地幔源區(qū)的鋰同位素特征。華東地區(qū)的玄武巖鋰同位素組成也具有一定的特點(diǎn)。在山東半島的部分地區(qū)，新生代玄武巖的δ?Li值一般在5‰-7‰之間。這些玄武巖的鋰同位素組成可能受到了多種因素的影響，包括地幔源區(qū)的不均一性、巖漿上升過程中的地殼混染以及巖漿演化過程中的結(jié)晶分異作用等。在江蘇和浙江等地，雖然玄武巖分布相對較少，但已有的研究表明，其鋰同位素組成也存在一定的變化范圍，這可能與該地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造和深部地質(zhì)過程有關(guān)。華南地區(qū)的雷瓊地區(qū)新生代玄武巖鋰同位素組成相對較為均一，δ?Li值大多在6‰-8‰之間。這可能與該地區(qū)獨(dú)特的地幔柱活動有關(guān)。地幔柱攜帶的深部地幔物質(zhì)具有相對均一的鋰同位素組成，在上升過程中，雖然也會受到一定程度的地殼混染和巖漿演化作用的影響，但總體上保持了相對穩(wěn)定的鋰同位素特征。雷瓊地區(qū)的玄武巖形成于地幔柱上涌的熱點(diǎn)區(qū)域，地幔柱物質(zhì)的快速上升和噴發(fā)，使得巖漿沒有足夠的時間與地殼物質(zhì)發(fā)生充分的相互作用，從而保留了深部地幔源區(qū)的鋰同位素特征。不同類型的玄武巖，如拉斑玄武巖和堿性玄武巖，其鋰同位素組成也可能存在差異。一般來說，堿性玄武巖相較于拉斑玄武巖，可能具有更高的鋰同位素組成。這是因?yàn)閴A性玄武巖通常形成于更富集的地幔源區(qū)，或者在巖漿演化過程中經(jīng)歷了更強(qiáng)烈的地幔交代作用，使得鋰同位素發(fā)生了分異。在一些地區(qū)的堿性玄武巖中，檢測到了較高含量的大離子親石元素（LILE），這些元素與鋰具有相似的地球化學(xué)行為，它們的富集可能伴隨著鋰同位素的分餾，導(dǎo)致堿性玄武巖具有較高的δ?Li值。而拉斑玄武巖形成于相對虧損的地幔源區(qū)，其鋰同位素組成相對較低。通過對中國東部中-新生代玄武巖鋰同位素組成的研究，可以發(fā)現(xiàn)其分布并非完全隨機(jī)，而是呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。這種規(guī)律性與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、深部地幔過程以及巖漿演化歷史密切相關(guān)。通過進(jìn)一步分析鋰同位素組成與其他地球化學(xué)參數(shù)（如主量元素、微量元素、其他同位素組成等）之間的相關(guān)性，可以更深入地揭示玄武巖的成因和地幔演化過程。將鋰同位素組成與Sr、Nd、Pb等同位素組成相結(jié)合，可以更全面地了解巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成和演化歷史，判斷巖漿源區(qū)是否受到不同端元物質(zhì)的混合以及混合的程度和方式。4.2鋰同位素特征的影響因素4.2.1源區(qū)物質(zhì)的鋰同位素組成地幔源區(qū)是玄武巖形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，其物質(zhì)組成對玄武巖鋰同位素特征起著決定性作用。地幔并非是均一的整體，而是存在著多種不同性質(zhì)的源區(qū)端元，這些源區(qū)端元在鋰同位素組成上存在顯著差異。虧損地幔是地幔源區(qū)的一種重要類型，其鋰同位素組成相對均一，δ?Li值通常在3‰-5‰之間。虧損地幔是由于長期的部分熔融作用，使得其中的易熔組分和大離子親石元素（如鋰等）相對虧損，從而導(dǎo)致其鋰同位素組成較為穩(wěn)定。當(dāng)虧損地幔發(fā)生部分熔融形成玄武巖時，這些玄武巖往往繼承了虧損地幔的鋰同位素特征，具有較低的δ?Li值。在一些遠(yuǎn)離板塊邊界、構(gòu)造活動相對穩(wěn)定的地區(qū)，其玄武巖的源區(qū)可能主要為虧損地幔，這些地區(qū)的玄武巖鋰同位素組成相對較低，與虧損地幔的特征相符。富集地幔則是另一種重要的地幔源區(qū)類型，它是由于地幔受到俯沖板片物質(zhì)、地殼物質(zhì)混染或地幔交代作用等影響，使得其中的大離子親石元素和鋰同位素發(fā)生富集。富集地幔的鋰同位素組成變化較大，δ?Li值可高達(dá)8‰-10‰甚至更高。俯沖帶是導(dǎo)致地幔富集的重要區(qū)域，俯沖板片攜帶了大量富含鋰的地殼物質(zhì)進(jìn)入地幔楔，這些物質(zhì)與地幔物質(zhì)發(fā)生相互作用，使得地幔楔中的鋰同位素組成發(fā)生改變，形成富集地幔。在一些靠近板塊俯沖帶的地區(qū)，如中國東部受太平洋板塊俯沖影響的區(qū)域，其玄武巖的源區(qū)可能受到俯沖板片物質(zhì)的交代作用，形成富集地幔，這些地區(qū)的玄武巖鋰同位素組成相對較高，反映了富集地幔的特征。地幔源區(qū)中不同礦物相的鋰同位素組成也存在差異，這進(jìn)一步影響了玄武巖的鋰同位素特征。橄欖石、輝石等礦物是地幔巖石的主要組成礦物，它們的鋰含量相對較低，且鋰同位素組成相對均一，與虧損地幔的鋰同位素組成相近。而云母、角閃石等礦物則含有較高的鋰含量，且其鋰同位素組成可能與周圍地幔物質(zhì)不同。在部分熔融過程中，這些礦物相的熔融程度和鋰同位素的釋放情況會影響巖漿的鋰同位素組成。如果云母、角閃石等礦物在部分熔融過程中優(yōu)先熔融并釋放出鋰，且其鋰同位素組成與其他礦物相存在差異，那么形成的巖漿鋰同位素組成也會受到影響，進(jìn)而影響玄武巖的鋰同位素特征。當(dāng)源區(qū)存在不同類型地幔物質(zhì)的混合時，會導(dǎo)致玄武巖鋰同位素組成呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化。例如，虧損地幔與富集地幔的混合，會使得玄武巖的鋰同位素組成介于兩者之間，具體數(shù)值取決于混合比例。通過對中國東部中-新生代玄武巖鋰同位素組成與其他地球化學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性分析，可以推斷源區(qū)混合的程度和方式。若玄武巖的鋰同位素組成與其他指示富集地幔的地球化學(xué)指標(biāo)（如高場強(qiáng)元素比值、其他同位素組成等）呈現(xiàn)出良好的相關(guān)性，且鋰同位素組成處于虧損地幔和富集地幔之間，那么可以推斷該玄武巖的源區(qū)可能存在虧損地幔與富集地幔的混合，且富集地幔的貢獻(xiàn)比例相對較大。4.2.2巖漿過程中的鋰同位素分餾巖漿在形成后的演化過程中，經(jīng)歷的結(jié)晶分異和流體交代等作用，會導(dǎo)致鋰同位素發(fā)生分餾，從而對中國東部中-新生代玄武巖的鋰同位素特征產(chǎn)生重要影響。在巖漿結(jié)晶分異過程中，鋰同位素會發(fā)生明顯的分餾。隨著巖漿溫度的降低，礦物開始結(jié)晶析出，不同礦物對鋰的親和力和鋰同位素的分餾能力存在差異。早期結(jié)晶的礦物，如橄欖石、輝石等，它們對鋰的溶解度較低，且在結(jié)晶過程中傾向于富集輕鋰同位素（?Li）。當(dāng)這些礦物結(jié)晶時，會將周圍巖漿中的輕鋰同位素優(yōu)先捕獲，導(dǎo)致剩余巖漿中重鋰同位素（?Li）相對富集。隨著結(jié)晶分異作用的持續(xù)進(jìn)行，巖漿中的鋰同位素組成逐漸向重鋰同位素方向偏移。在一些玄武巖的演化過程中，早期結(jié)晶的橄欖石和輝石會帶走部分輕鋰同位素，使得晚期結(jié)晶的礦物和殘余巖漿具有較高的δ?Li值。流體交代作用是巖漿演化過程中的另一個重要過程，它對鋰同位素分餾也有著顯著的影響。在巖漿上升過程中，可能會與周圍的流體發(fā)生相互作用，這些流體可以來自于地幔深部、地殼巖石的脫水作用或其他地質(zhì)過程。當(dāng)?shù)蒯Ａ黧w與巖漿相互作用時，流體中的鋰會與巖漿中的鋰發(fā)生交換，從而改變巖漿的鋰同位素組成。如果流體中富含重鋰同位素，與巖漿發(fā)生交代作用后，會使巖漿的δ?Li值升高；反之，如果流體中富含輕鋰同位素，交代作用會導(dǎo)致巖漿的δ?Li值降低。在俯沖帶環(huán)境下，俯沖板片脫水產(chǎn)生的流體富含鋰等元素，這些流體交代地幔楔形成的巖漿，其鋰同位素組成會受到俯沖帶流體的顯著影響，可能具有較高的δ?Li值，反映了俯沖帶流體的特征。巖漿過程中鋰同位素分餾還受到溫度、壓力、氧逸度等物理化學(xué)條件的影響。溫度是影響鋰同位素分餾的重要因素之一，一般來說，溫度升高會促進(jìn)鋰同位素的分餾。在高溫條件下，鋰原子的活動能力增強(qiáng)，輕鋰同位素和重鋰同位素在不同礦物相或流體與巖漿之間的分配系數(shù)差異增大，從而導(dǎo)致鋰同位素分餾更加明顯。壓力對鋰同位素分餾也有一定的影響，在高壓環(huán)境下，礦物的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵性質(zhì)會發(fā)生變化，這可能會改變礦物對鋰同位素的分餾能力。氧逸度則會影響鋰在不同氧化態(tài)下的存在形式和化學(xué)活性，進(jìn)而影響鋰同位素分餾。在氧化條件下，鋰可能會以不同的氧化態(tài)存在，其在礦物和流體中的分配行為也會發(fā)生改變，從而導(dǎo)致鋰同位素分餾的差異。通過實(shí)驗(yàn)研究和理論計算，可以深入了解這些物理化學(xué)條件對鋰同位素分餾的影響機(jī)制，為解釋玄武巖鋰同位素特征提供理論依據(jù)。4.2.3后期改造作用的影響中國東部中-新生代玄武巖在形成后，會受到風(fēng)化、熱液蝕變等后期改造作用的影響，這些作用會改變玄武巖的鋰同位素組成，進(jìn)而干擾對其原始巖漿源區(qū)和演化過程的判斷。風(fēng)化作用是玄武巖遭受的常見后期改造作用之一。在地表環(huán)境下，玄武巖長期暴露在大氣、水和生物等作用下，發(fā)生物理和化學(xué)風(fēng)化。化學(xué)風(fēng)化過程中，玄武巖中的礦物會與水、二氧化碳等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鋰元素的溶解和遷移。鋰在風(fēng)化過程中的遷移行為與鋰同位素分餾密切相關(guān)，輕鋰同位素（?Li）相對重鋰同位素（?Li）更易被淋濾進(jìn)入溶液，從而使殘留的玄武巖中重鋰同位素相對富集，δ?Li值升高。在一些長期遭受風(fēng)化的玄武巖地區(qū)，通過對不同風(fēng)化程度玄武巖樣品的鋰同位素分析發(fā)現(xiàn)，風(fēng)化程度較高的樣品其δ?Li值明顯高于風(fēng)化程度較低的樣品，這表明風(fēng)化作用對玄武巖鋰同位素組成產(chǎn)生了顯著影響。熱液蝕變作用也是影響玄武巖鋰同位素組成的重要后期改造作用。當(dāng)?shù)叵聼嵋号c玄武巖發(fā)生相互作用時，熱液中的化學(xué)成分會與玄武巖中的礦物發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致礦物的蝕變和鋰元素的重新分配。熱液蝕變過程中，鋰同位素會發(fā)生分餾，其分餾方向和程度取決于熱液的成分、溫度、pH值等因素。在酸性熱液條件下，鋰元素更易從玄武巖中溶解進(jìn)入熱液，且輕鋰同位素在熱液中的溶解度相對較高，這可能導(dǎo)致玄武巖中重鋰同位素富集，δ?Li值升高；而在堿性熱液條件下，鋰同位素的分餾行為可能會有所不同，具體情況需要根據(jù)熱液的具體成分和反應(yīng)條件來確定。在一些熱液活動頻繁的地區(qū)，玄武巖經(jīng)歷了強(qiáng)烈的熱液蝕變，其鋰同位素組成發(fā)生了明顯變化，與原始巖漿的鋰同位素組成相比有較大差異，這使得在研究玄武巖成因時需要充分考慮熱液蝕變作用的影響。為了準(zhǔn)確評估后期改造作用對玄武巖鋰同位素組成的干擾程度，需要綜合考慮多種因素?？梢酝ㄟ^對比不同地區(qū)、不同巖相、不同蝕變程度的玄武巖鋰同位素組成，以及結(jié)合其他地球化學(xué)指標(biāo)（如主量元素、微量元素、其他同位素組成等）進(jìn)行分析。在研究某一地區(qū)的玄武巖時，如果發(fā)現(xiàn)其鋰同位素組成與周圍地區(qū)或同一地區(qū)不同巖相的玄武巖存在明顯差異，且這種差異與后期改造作用的特征相符（如風(fēng)化程度與δ?Li值的相關(guān)性、熱液蝕變礦物組合與鋰同位素變化的關(guān)系等），那么可以推斷該地區(qū)的玄武巖可能受到了較強(qiáng)的后期改造作用的影響。還可以通過對未受后期改造或受影響較小的樣品進(jìn)行分析，如采集深部新鮮的玄武巖樣品，或者對受后期改造作用較弱的巖相進(jìn)行研究，來獲取相對準(zhǔn)確的原始巖漿鋰同位素信息，從而更好地揭示玄武巖的成因和演化歷史。4.3鋰同位素的地質(zhì)意義4.3.1對巖漿源區(qū)性質(zhì)的約束鋰同位素作為一種有效的地球化學(xué)示蹤劑，為深入研究中國東部中-新生代玄武巖巖漿源區(qū)的性質(zhì)提供了獨(dú)特視角，能夠幫助我們更好地理解地球深部物質(zhì)的組成和演化過程。地幔源區(qū)的性質(zhì)對玄武巖的鋰同位素組成有著決定性影響。虧損地幔由于長期經(jīng)歷部分熔融作用，大離子親石元素相對虧損，鋰同位素組成相對均一，其δ?Li值通常在3‰-5‰之間。當(dāng)玄武巖的鋰同位素組成接近這一范圍時，可推斷其巖漿源區(qū)主要為虧損地幔。在遠(yuǎn)離板塊邊界、構(gòu)造活動相對穩(wěn)定的地區(qū)，部分玄武巖具有較低的鋰同位素組成，這表明這些玄武巖可能起源于虧損地幔，反映了源區(qū)相對原始和未受強(qiáng)烈改造的特征。富集地幔的鋰同位素組成變化較大，δ?Li值可高達(dá)8‰-10‰甚至更高。這種富集地幔的形成通常與俯沖板片物質(zhì)的加入、地殼物質(zhì)混染或強(qiáng)烈的地幔交代作用有關(guān)。在靠近板塊俯沖帶的區(qū)域，俯沖板片攜帶的富含鋰的地殼物質(zhì)進(jìn)入地幔楔，與地幔物質(zhì)發(fā)生相互作用，使得地幔楔中的鋰同位素組成發(fā)生改變，形成富集地幔。中國東部受太平洋板塊俯沖影響的一些地區(qū)，其玄武巖具有較高的鋰同位素組成，這暗示其巖漿源區(qū)可能受到俯沖板片物質(zhì)的交代作用，屬于富集地幔。通過對鋰同位素組成與其他地球化學(xué)指標(biāo)的綜合分析，可以更準(zhǔn)確地判斷巖漿源區(qū)的性質(zhì)。將鋰同位素與Sr、Nd、Pb等同位素組成相結(jié)合，能夠提供更全面的源區(qū)信息。不同的地幔端元在這些同位素組成上具有各自的特征，通過對比和分析，可以識別出源區(qū)中不同端元物質(zhì)的貢獻(xiàn)比例。若玄武巖的鋰同位素組成較高，同時Sr-Nd同位素組成顯示出富集特征，且Pb同位素組成也偏離虧損地幔的范圍，這可能表明巖漿源區(qū)存在富集地幔與其他端元物質(zhì)的混合，且富集地幔的貢獻(xiàn)相對較大。鋰同位素與微量元素比值（如La/Yb、Nb/Ta等）也存在一定的相關(guān)性，這些微量元素比值能夠反映源區(qū)的部分熔融程度和元素分異情況，與鋰同位素組成相結(jié)合，可以進(jìn)一步推斷巖漿源區(qū)的性質(zhì)和演化歷史。鋰同位素還可以用于研究巖漿源區(qū)的不均一性。地幔并非是完全均一的，而是存在著不同程度的不均一性，這種不均一性會導(dǎo)致玄武巖鋰同位素組成的變化。在一些地區(qū)，玄武巖的鋰同位素組成呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化趨勢，這可能是由于巖漿源區(qū)中存在多個不同性質(zhì)的地幔端元，或者源區(qū)受到了不同程度的交代作用和物質(zhì)混合的影響。通過對鋰同位素組成的詳細(xì)分析，可以揭示巖漿源區(qū)的不均一性，為研究地幔的結(jié)構(gòu)和演化提供重要線索。4.3.2對殼幔相互作用的示蹤鋰同位素在追蹤中國東部中-新生代殼幔之間的物質(zhì)交換和相互作用過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，有助于深入理解地球深部圈層的相互關(guān)系和地質(zhì)演化歷史。板塊俯沖是殼幔相互作用的重要過程之一，鋰同位素能夠有效地示蹤俯沖板片物質(zhì)在深部地幔中的遷移和混合。在俯沖帶，俯沖板片攜帶了大量的地殼物質(zhì)進(jìn)入地幔深部，這些地殼物質(zhì)具有與地幔不同的鋰同位素組成。當(dāng)俯沖板片物質(zhì)與地幔發(fā)生相互作用時，會導(dǎo)致地幔源區(qū)鋰同位素組成的改變，從而在形成的玄武巖中留下獨(dú)特的鋰同位素信號。中國東部沿海地區(qū)受到太平洋板塊俯沖的影響，在一些玄武巖中檢測到了較高的鋰同位素組成，這可能與俯沖板片攜帶的富含鋰的地殼物質(zhì)進(jìn)入地幔源區(qū)有關(guān)。通過分析這些玄武巖的鋰同位素組成及其與其他地球化學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性，可以推斷俯沖板片物質(zhì)在深部地幔中的遷移路徑和混合程度，揭示板塊俯沖對殼幔物質(zhì)循環(huán)的影響。地殼混染也是殼幔相互作用的一種重要形式，鋰同位素可以用來判斷巖漿上升過程中是否受到地殼混染以及混染的程度。地殼物質(zhì)的鋰同位素組成通常與地幔物質(zhì)存在差異，當(dāng)巖漿上升過程中與地殼巖石發(fā)生相互作用，發(fā)生同化混染時，巖漿的鋰同位素組成會發(fā)生改變。如果玄武巖的鋰同位素組成偏離了地幔源區(qū)的特征，向地殼物質(zhì)的鋰同位素組成方向偏移，這可能表明巖漿受到了地殼混染。通過對比不同地區(qū)、不同類型玄武巖的鋰同位素組成，以及結(jié)合其他地球化學(xué)指標(biāo)（如微量元素、其他同位素組成等）的分析，可以定量地估算地殼混染的程度，了解地殼混染對巖漿成分和演化的影響。鋰同位素還可以用于研究地幔柱活動與殼幔相互作用的關(guān)系。地幔柱攜帶深部地幔物質(zhì)上升，與周圍的巖石圈地幔和地殼發(fā)生相互作用，這一過程會導(dǎo)致鋰同位素的重新分配和分餾。在一些受到地幔柱活動影響的地區(qū)，玄武巖的鋰同位素組成可能顯示出與正常地幔不同的特征，這可能反映了地幔柱物質(zhì)與周圍地幔和地殼物質(zhì)的混合。通過對這些地區(qū)玄武巖鋰同位素的研究，可以追蹤地幔柱物質(zhì)的上升路徑和擴(kuò)散范圍，了解地幔柱活動對殼幔相互作用和地球深部物質(zhì)循環(huán)的影響。殼幔相互作用過程中，鋰同位素的分餾和遷移還受到多種因素的影響，如溫度、壓力、流體成分等。在高溫高壓條件下，鋰同位素的分餾行為會發(fā)生變化，這可能導(dǎo)致不同深度和構(gòu)造環(huán)境下形成的玄武巖具有不同的鋰同位素組成。流體在殼幔相互作用中起著重要的作用，它可以攜帶鋰等元素在不同圈層之間遷移，促進(jìn)殼幔物質(zhì)的交換和混合。通過實(shí)驗(yàn)研究和理論計算，可以深入了解這些因素對鋰同位素分餾和遷移的影響機(jī)制，為解釋玄武巖鋰同位素特征提供更堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。五、揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系5.1耦合關(guān)系的表現(xiàn)中國東部中-新生代玄武巖中揮發(fā)分與鋰同位素之間存在著顯著的耦合關(guān)系，這種耦合關(guān)系在含量變化和分布特征等方面均有體現(xiàn)。在含量變化上，揮發(fā)分與鋰同位素的含量呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性。當(dāng)玄武巖中H?O、CO?等揮發(fā)分含量較高時，鋰同位素組成（δ?Li）往往也相對較高。在東北地區(qū)的五大連池新生代玄武巖中，其H?O含量可達(dá)3-5wt.%，處于較高水平，同時該地區(qū)玄武巖的鋰同位素組成δ?Li值可達(dá)8‰-10‰，明顯高于其他地區(qū)一些揮發(fā)分含量較低的玄武巖。這可能是因?yàn)樵趲r漿形成過程中，富含揮發(fā)分的地幔源區(qū)往往也經(jīng)歷了更為復(fù)雜的地質(zhì)過程，如俯沖板片物質(zhì)的交代作用，這種作用不僅使得地幔源區(qū)富集揮發(fā)分，還導(dǎo)致鋰同位素組成發(fā)生改變，使得形成的玄武巖中揮發(fā)分與鋰同位素含量呈現(xiàn)同步升高的趨勢。在分布特征方面，揮發(fā)分與鋰同位素在玄武巖中的分布也存在耦合現(xiàn)象。在一些受到強(qiáng)烈構(gòu)造活動影響的地區(qū)，如郯廬斷裂帶附近，玄武巖的揮發(fā)分含量較高，同時鋰同位素組成也表現(xiàn)出明顯的異常。這是由于構(gòu)造活動導(dǎo)致深部地幔物質(zhì)上涌，地幔源區(qū)受到強(qiáng)烈的交代作用，使得揮發(fā)分和鋰同位素在這些地區(qū)的玄武巖中均呈現(xiàn)出相對富集的特征。在空間分布上，揮發(fā)分含量高的區(qū)域往往與鋰同位素組成異常的區(qū)域相重合，這種耦合關(guān)系反映了深部地質(zhì)過程對兩者的共同影響。不同類型的玄武巖中，揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系也有所差異。在拉斑玄武巖中，揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系可能相對較弱，這可能與拉斑玄武巖形成于相對虧損的地幔源區(qū)，其源區(qū)的揮發(fā)分和鋰同位素含量相對較低，且在巖漿演化過程中受到的改造作用相對較小有關(guān)。而在堿性玄武巖中，由于其形成于更富集的地幔源區(qū)，或者在巖漿演化過程中經(jīng)歷了更強(qiáng)烈的地幔交代作用，揮發(fā)分與鋰同位素之間的耦合關(guān)系可能更為明顯。堿性玄武巖中較高的揮發(fā)分含量往往伴隨著較高的鋰同位素組成，這進(jìn)一步說明了兩者在巖漿形成和演化過程中的密切聯(lián)系。5.2耦合關(guān)系的成因分析5.2.1源區(qū)因素的影響地幔源區(qū)的性質(zhì)是導(dǎo)致中國東部中-新生代玄武巖揮發(fā)分與鋰同位素耦合關(guān)系的重要因素之一。地幔并非是均一的整體，存在著多種不同性質(zhì)的源區(qū)端元，這些源區(qū)端元在揮發(fā)分和鋰同位素的富集程度上存在顯著差異。交代富集型地幔是一種重要的地幔源區(qū)類型，它經(jīng)歷了復(fù)雜的地幔交代作用。在交代過程中，富含揮發(fā)分（如H?O、CO?、S等）的流體與地幔巖石相互作用，使地幔巖石中的揮發(fā)分含量顯著增加。這些富含揮發(fā)分的流體通常也攜帶了大量的鋰元素，且其鋰同位素組成與周圍地幔物質(zhì)不同。在交代富集型地幔中，鋰元素與揮發(fā)分一同被引入地幔巖石，導(dǎo)致地幔源區(qū)在富集揮發(fā)分的同時，鋰同位素組成也發(fā)生改變。當(dāng)這種交代富集型地幔發(fā)生部分熔融形成玄武巖時，玄武巖中就會同時表現(xiàn)出較高的揮發(fā)分含量和獨(dú)特的鋰同位素組成，從而呈現(xiàn)出揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系。俯沖帶是導(dǎo)致地幔源區(qū)發(fā)生交代富集的重要區(qū)域。在俯沖帶，俯沖板片攜帶了大量的海水、沉積物以及洋殼等富含揮發(fā)分和鋰的物質(zhì)進(jìn)入地幔楔。這些物質(zhì)在高溫高壓條件下發(fā)生脫水和部分熔融，形成富含揮發(fā)分和鋰的流體，這些流體交代地幔楔，使得地幔楔中的揮發(fā)分和鋰同位素發(fā)生富集。在靠近太平洋板塊俯沖帶的中國東部地區(qū)，其玄武巖的源區(qū)可能受到俯沖板片物質(zhì)的強(qiáng)烈交代作用，從而導(dǎo)致這些地區(qū)的玄武巖中揮發(fā)分與鋰同位素呈現(xiàn)出明顯的耦合關(guān)系，即揮發(fā)分含量較高的玄武巖，其鋰同位素組成也相對較高。地幔源區(qū)中不同礦物相的含量和性質(zhì)也會影響揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系。云母、角閃石等礦物是地幔巖石中常見的含揮發(fā)分礦物，同時它們也含有較高的鋰含量。在部分熔融過程中，這些礦物相的熔融程度和鋰同位素的釋放情況會影響巖漿的揮發(fā)分和鋰同位素組成。如果云母、角閃石等礦物在部分熔融過程中優(yōu)先熔融并釋放出揮發(fā)分和鋰，且其鋰同位素組成與其他礦物相存在差異，那么形成的巖漿中揮發(fā)分與鋰同位素就會呈現(xiàn)出耦合關(guān)系。當(dāng)云母、角閃石等礦物大量熔融進(jìn)入巖漿時，會使巖漿中的揮發(fā)分和鋰含量同時增加，且由于這些礦物中鋰同位素的特征，會導(dǎo)致巖漿的鋰同位素組成發(fā)生相應(yīng)變化，進(jìn)而影響玄武巖中揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系。5.2.2巖漿演化過程的作用巖漿在形成后的演化過程中，經(jīng)歷的結(jié)晶分異和流體交代等作用，對中國東部中-新生代玄武巖揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系產(chǎn)生了重要的影響。在巖漿結(jié)晶分異過程中，隨著溫度的降低，礦物會按照一定的順序結(jié)晶析出。不同礦物對揮發(fā)分和鋰的親和力存在差異，這導(dǎo)致在結(jié)晶分異過程中，揮發(fā)分和鋰同位素會發(fā)生分異和再分配。早期結(jié)晶的礦物，如橄欖石、輝石等，它們對揮發(fā)分的溶解度較低，且在結(jié)晶過程中傾向于富集輕鋰同位素（?Li）。當(dāng)這些礦物結(jié)晶時，會將周圍巖漿中的輕鋰同位素優(yōu)先捕獲，同時也會排擠掉部分揮發(fā)分，導(dǎo)致剩余巖漿中重鋰同位素（?Li）和揮發(fā)分相對富集。隨著結(jié)晶分異作用的持續(xù)進(jìn)行，巖漿中的揮發(fā)分和鋰同位素組成逐漸發(fā)生改變，兩者之間的耦合關(guān)系也隨之變化。在一些玄武巖的演化過程中，早期結(jié)晶的橄欖石和輝石帶走了部分輕鋰同位素和揮發(fā)分，使得晚期結(jié)晶的礦物和殘余巖漿具有較高的δ?Li值和揮發(fā)分含量，從而表現(xiàn)出揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系。流體交代作用是巖漿演化過程中的另一個關(guān)鍵過程，它對揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系有著顯著的影響。在巖漿上升過程中，可能會與周圍的流體發(fā)生相互作用，這些流體可以來自于地幔深部、地殼巖石的脫水作用或其他地質(zhì)過程。當(dāng)?shù)蒯Ａ黧w與巖漿相互作用時，流體中的揮發(fā)分和鋰會與巖漿中的揮發(fā)分和鋰發(fā)生交換，從而改變巖漿的揮發(fā)分和鋰同位素組成。如果流體中富含揮發(fā)分和重鋰同位素，與巖漿發(fā)生交代作用后，會使巖漿的揮發(fā)分含量和δ?Li值同時升高；反之，如果流體中富含輕鋰同位素和較少的揮發(fā)分，交代作用會導(dǎo)致巖漿的揮發(fā)分含量和δ?Li值降低。在俯沖帶環(huán)境下，俯沖板片脫水產(chǎn)生的流體富含揮發(fā)分和鋰等元素，這些流體交代地幔楔形成的巖漿，其揮發(fā)分和鋰同位素組成會受到俯沖帶流體的顯著影響，往往表現(xiàn)出較高的揮發(fā)分含量和鋰同位素組成，呈現(xiàn)出明顯的耦合關(guān)系。巖漿演化過程中，揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系還受到溫度、壓力、氧逸度等物理化學(xué)條件的影響。溫度的變化會影響礦物的結(jié)晶順序和揮發(fā)分的溶解度，從而改變揮發(fā)分和鋰同位素在巖漿中的分配行為。在高溫條件下，揮發(fā)分在巖漿中的溶解度增加，鋰同位素的分餾作用也可能增強(qiáng)，這可能導(dǎo)致?lián)]發(fā)分和鋰同位素在巖漿演化過程中的耦合關(guān)系發(fā)生變化。壓力的改變會影響礦物的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵性質(zhì)，進(jìn)而影響礦物對揮發(fā)分和鋰的捕獲能力，對揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系產(chǎn)生影響。氧逸度則會影響鋰在不同氧化態(tài)下的存在形式和化學(xué)活性，以及揮發(fā)分的化學(xué)反應(yīng)過程，從而間接影響揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)研究和理論計算，可以深入了解這些物理化學(xué)條件對揮發(fā)分與鋰同位素耦合關(guān)系的影響機(jī)制，為解釋玄武巖中揮發(fā)分與鋰同位素的耦合現(xiàn)象提供理論依據(jù)。5.3耦合關(guān)系的地質(zhì)意義5.3.1對巖漿起源與演化過程的進(jìn)一步約束中國東部中-新生代玄武巖揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系為研究巖漿的起源與演化過程提供了更為全面和深入的約束，有助于我們更準(zhǔn)確地理解巖漿的形成和演化機(jī)制。從巖漿起源角度來看，揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系可以為判斷巖漿源區(qū)的性質(zhì)提供重要線索。如前文所述，交代富集型地幔源區(qū)往往會導(dǎo)致玄武巖中揮發(fā)分與鋰同位素呈現(xiàn)出耦合關(guān)系，即較高的揮發(fā)分含量伴隨著較高的鋰同位素組成。當(dāng)我們在研究中發(fā)現(xiàn)玄武巖具有這種耦合特征時，就可以推斷其巖漿源區(qū)可能受到了強(qiáng)烈的地幔交代作用，且源區(qū)中可能含有俯沖板片物質(zhì)等富含揮發(fā)分和鋰的組分。這對于深入了解地幔的不均一性以及不同地幔端元的分布和相互作用具有重要意義。通過對耦合關(guān)系的分析，還可以進(jìn)一步探討巖漿起源的深度和部分熔融程度。在深部地幔中，壓力和溫度條件對揮發(fā)分和鋰同位素的行為有著顯著影響，通過研究耦合關(guān)系與這些條件的相關(guān)性，可以推斷巖漿起源的深度范圍；而揮發(fā)分和鋰同位素在不同部分熔融程度下的分異行為也不同，結(jié)合耦合關(guān)系可以更準(zhǔn)確地判斷巖漿在形成過程中的部分熔融程度。在巖漿演化過程方面，揮發(fā)分與鋰同位素的耦合關(guān)系能夠幫助我們更好地理解巖漿在上升和噴發(fā)過程中的物理化學(xué)變化。在巖漿結(jié)晶