自Khan^[1]和Ellwood^[2]在半个世纪前开创性地利用磁组构推断镁铁质岩墙的岩浆流向后，这种方法得到了广泛的应用，尤其近20 年来，岩石磁组构已成为研究岩墙侵位时岩浆流向最有效的方法之一^[3～9].岩墙侵位时，岩浆在侵入与冷凝过程中受到力的作用而使岩石中的磁性矿物显示出择优取向^[10]，导致不同方向磁化率的差异，即磁组构的产生.岩石磁组构的来源主要有：(1)矿物颗粒的定向情况，如形状各向异性^[2]；(2)矿物颗粒的分布情况，如分布各向异性^[11]；(3)磁畴的排列情况，如磁畴各向异性^[12].在镁铁质火成岩中，原生钛铁矿-磁铁矿固溶体系列矿物控制磁组构.这些磁性矿物与长石的结晶时间相近，具有类似的择优取向特点^{[11， 13]}.

Rochette等^{[14， 15]}将磁组构分为正常磁组构、倒转磁组构和中间磁组构3 种类型.通常认为只有正常磁组构与岩浆流有关^{[14， 15]}.正常磁组构为最小磁化率主轴(K₃)近垂直于岩墙壁，而磁面理(K₁-K₂面)近平行于岩墙壁.倒转磁组构则为K₁主轴与K₃主轴发生互换.正常磁组构的磁线理(K₁)平行于岩浆流向^{[3， 16～18]}.Knight和Walker^[3]则进一步提出岩墙两边部磁线理的轻微叠瓦状构造能指示岩浆流向.然而，研究发现K₁主轴既可平行岩浆流向，也可垂直流向^{[3， 19]}.Khan^[1]和Ellwood^[2]发现在冰岛岩墙中，K₂主轴指示流向.另外，磁线理也有可能是磁面理交叉的结果^[20].单独根据磁线理推断的流向并不完全可信.Geoffroy^[21]和Callot^[22]等研究了磁面理与岩墙壁之间的叠瓦状构造，发现磁面理必是平行或轻微斜交于岩墙壁，提出根据磁面理与岩墙壁之间的相交情况来推断岩浆流向^{[23， 24]}.本文采用这个新方法研究了嵊泗辉绿岩岩墙群的侵位方式.

嵊泗列岛位于浙江省东部沿海，主要由白垩纪的花岗岩所构成(图 1)，大量晚白垩世辉绿岩岩墙群穿插于其中.嵊泗岛五龙乡黄沙村岩墙群由穿插于花岗岩中的两期岩墙组成，近东西向的岩墙穿插北北东向的岩墙.近东西向岩墙主要有3条，北北东向岩墙1条.岩墙厚度3～0.2 m 不等(图 2).六井潭岩墙群也为两期岩墙，北西向岩墙穿插北东向岩墙.北东向岩墙主脉至少有8 条，分支较多；北西向岩墙1条.岩墙厚度在4.7～0.2m 之间.岩墙倾角都近直立，与围岩的界线清晰.岩墙间的分支复合现象常见(图 3).另外，在黄沙村岩墙群以北约300m出露了一条近东西向小田岙岩墙，宽约2.5m(图 4).不同走向的各条岩墙其岩性基本一致，均为角闪辉绿岩，主要矿物成分为基性斜长石(约50%)、辉石(约30%)和角闪石(约8%).常见板条状斜长石组成的格架内填充辉石或角闪石颗粒，组成典型的辉绿结构.副矿物为磁铁矿，含量约2%.

图 1

Fig. 1

图 1 嵊泗主岛地质简图及采样区位置 Fig. 1 Geological map of Shengii Island and sampling sites

图 2

Fig. 2

图 2 黄沙村岩墙群及其磁化率主轴等面积投影图(下半球投影)和流向推断(以五角星表示) 方括号内N、S、E、W、C分别代表采样点位于岩墙的北缘、南缘、东缘、西缘及岩墙内部. Fig. 2 AMS axes of different dykes at Huangsha Village in geographic coordinates. The star indicates the sense of flow inferred from the imbrication of magnetic foliation

图 3

Fig. 3

图 3 六井潭岩墙群及其磁化率主轴等面积投影图(下半球投影)和流向推断(以五角星表示) Fig. 3 AMS axes of different dykes at Liujingtan in geographic coordinates. The star indicates the sense

图 4

Fig. 4

图 4 小田岙岩墙及其磁化率主轴等面积投影图(下半球投影)(图示符号同图 2) Fig. 4 AMS axes of the dyke at XiaoTian'ao in geographic coordinates

野外采样使用便携式汽油钻机，对8条不同走向岩墙进行了采样.沿岩墙两边部及横跨岩墙剖面设置了27个采点，系统钻取了共273个独立定向岩芯样品.沿岩墙两侧边部设置的钻孔基本控制在距岩墙壁10cm 之内，而横跨岩墙剖面进行的采样则基本平均分布在岩墙壁的垂直方向.室内将每块定向岩芯加工成1～3个直径25 mm、长22 mm 的标准圆柱标本，共计532个，其中黄沙村岩墙群近东西向岩墙(1-2，1-3)标本40块，北北东向岩墙(1-1)标本120块，六井潭岩墙群北东向岩墙(2-2，2-3，2-4)标本197 块，北西向岩墙(2-1)标本104 块，小田岙岩墙(3-1)标本71 块.对代表性标本进行了扫描电镜和岩石磁学测试，后者包括κ-T曲线、磁滞回线.使用MFK1-A 卡帕桥磁化率仪，对所有标本进行了磁化率各向异性测试.

对代表性标本进行了扫描电镜和岩石磁学测试，后者包括κ-T曲线、磁滞回线.使用MFK1-A 卡帕桥磁化率仪，对所有标本进行了磁化率各向异性测试.

扫描电镜测试在浙江大学分析测试中心进行.样品破碎后，用强磁性永久磁铁吸取少量磁性矿物，喷金后进行扫描电镜观察.电镜下，磁性矿物呈八面体晶形，晶形完整，粒径可达60μm(图 5a)，部分磁铁矿显示极为明显的沿[001]方向的拉长现象(图5b).能谱显示这些磁性晶体以Fe 元素为主(图5c)，含约2.53%的Ti，表明可能为贫钛磁铁矿，它是基性岩浆冷凝结晶的产物，为原生磁铁矿.

图 5

Fig. 5

图 5 嵊泗辉绿岩墙磁性矿物扫描电镜图像(a，b)及能谱图(c) Fig. 5 SEM images of magnetic mineral from a diabase dyke located in Shengti Island (a，b) and EDX spectrum(c)

κ-T曲线测定在南京大学古地磁实验室完成.代表性辉绿岩样品的磁化率随温度变化的特征见图6，指示两条岩墙各自包含居里点各不相同的3种磁性矿物相.

岩墙1-2 代表性样品的加热曲线(图 6a)在130℃左右开始出现磁化率的第一次快速升高，表明可能存在钛磁铁矿^[25].所有样品的磁化率随温度升高而增加，加热到260～280℃ 时达到峰值，随后出现磁化率的快速下降，在330～370℃ 出现拐点，指示居里点为330～370℃之间的矿物相.此处排除居里点为325℃的磁黄铁矿，因磁黄铁矿加热到500℃时不可逆转地转化为磁铁矿，那么冷却曲线应高于加热曲线.该温度段的加热与冷却曲线不可逆，且冷却曲线低于加热曲线，表明样品在加热过程中相当数量的高磁化率贡献矿物转变为低磁化率贡献矿物.因此，260～370℃之间磁化率的变化可能是由于在加热过程中亚稳定的磁赤铁矿向弱磁性的赤铁矿转变的结果^{[26， 27]}.但是，钛磁铁矿(Fe_3-xTi_xO₄)居里点随x值的变化在280～350℃ 之间，因此，与磁赤铁矿重叠.

图 6

Fig. 6

图 6 嵊泗辉绿岩的κ-T曲线 Fig. 6 Thermomagnetic curves under argon atmosphere for representative sample

第三种矿物相在不同岩墙代表性样品中均有显1580℃后磁化率变化曲线的可逆性，指示了磁铁矿为主要的携磁矿物.因此，携磁矿物以磁铁矿为主，含磁赤铁矿或钛磁铁矿.

磁赤铁矿、含钛磁铁矿和磁铁矿是基性岩中常见的磁性矿物.当浅成基性岩墙冷却到250℃ 以下时，磁铁矿-磁赤铁矿系列就会出现.嵊泗岛处于气候温暖的中低纬度带，辉绿岩中的钛磁铁矿低温氧化也会形成磁赤铁矿^[28].当加热到350℃ 以上时，钛磁铁矿和磁赤铁矿均转变为赤铁矿.这是造成冷却曲线总是低于加热曲线的原因.

在上述磁性矿物中，磁铁矿呈主导，其他的磁性矿物微量.辉绿岩墙的磁组构是由磁铁矿的分布各向异性或形状各向异性造成的.

使用MicroMag3900振动磁力仪测定室温下磁滞回线并计算了磁滞参数.采自不同走向岩墙样品的磁滞回线都呈“细腰形”(narrow-waisted)(图 7)，在0.2～0.4T 的外加磁场下趋于闭合，但H＞0.4T时，磁滞回线仍未完全饱和，表明低矫顽力铁磁性颗粒占主导，含极少量高矫顽力磁性矿物，指示磁铁矿为主要的携磁矿物^[29]，与κ-T曲线结果一致.

图 7

Fig. 7

图 7 不同走向岩墙代表性样品的磁滞回线(顺磁校正后) Fig. 7 Representative hysteresis loops for samples from different dykes. M is magnetization in 10-5 Am2•kg-1 and ttis applied field. Loops are corrected for paramagnetic slopes

由饱和等温剩磁和矫顽力比值关系确定的Day氏图可以确定磁性矿物磁颗粒的磁畴状态.选取代表性样品的磁滞回线比值Mrs/Ms=0.04～0.11，Hcr/Hc=4.41～11.10.Day 氏图(图 8)显示，所有样品的磁性矿物落在多畴区域附近，指示携磁矿物磁铁矿为多畴磁铁矿^{[30， 31]}.

图 8

Fig. 8

图 8 DA Y氏图 SD-单畴;PSD-假单畴;MD-多畴. Fig. 8 Plot of Mrs/Ms versus Her/He (Day et al.，1977)[30] for the diabase samples of Shengti dykes

磁化率各向异性测试在浙江大学古地磁实验室完成，使用捷克Agico公司生产的MFK1-A 卡帕桥磁化率仪，灵敏度为2×10^-8SI，用ANISOFT 软件记录及计算获得磁化率各向异性常用的参数，并按不同岩墙及不同采点位置划分单元统计常用参数(表 1).体积磁化率，其中K₁ ＞K₂ ＞ K₃，分别对应最大、中间、最小磁化率主轴.K₁ 代表磁线理，K₃ 代表磁面理(K₁-K₂ 面)的极.P_j为磁各向异性度，(i= 1，2，3).T_j =(2lnK₂-lnK₁-lnK₃) /(lnK₁-lnK₃)，表示磁组构椭球的形状，0 ≤T_j≤1时，磁组构椭球形状为扁球型；-1 ≤T_j≤0时，磁组构椭球形状为长球型.

表 1(Table 1)

表 1 不同岩墙的磁化率各向异性测试结果 Table 1 AMS results after tensorial analysis

表 1 不同岩墙的磁化率各向异性测试结果 Table 1 AMS results after tensorial analysis

磁化率各向异性测试结果(表 1)表明，所有样品的平均磁化率K_m 都较高，集中在10^-2～10^-3SI数量级，指示主要携磁矿物为铁磁性矿物.综合考虑AMS椭球主轴的空间方位与对应的岩墙走向，本次研究的岩墙磁组构主要有正常磁组构和倒转磁组构两种.除岩墙3-1外，绝大部分岩墙的磁面理都近平行于岩墙壁，而K₃主轴近垂直于岩墙壁，即磁组构类型基本为正常磁组构.岩墙3-1 中，K₁主轴与K₃主轴发生了互换，K₁主轴近垂直于岩墙壁，K₂ 与K₃主轴组成的平面近平行于岩墙壁，即为典型的倒转磁组构.所有岩墙标本的磁各向异性度P_j集中在0.013～1.043之间.大部分岩墙的AMS椭球T_j＞0，表明磁面理较磁线理发育，AMS椭球以压扁状为主.T_j＜0的拉长型AMS椭球集中在岩墙1-2A，2-1A、B及3-1.

为清除天然剩磁的影响，提高磁组构结果的可信度，我们对不同岩墙代表性样品进行了场强为100mT 的交变退磁.结果(图 9)显示，所有岩墙标本在交变退磁后，K₃主轴几乎不变，而K₁和K₂主轴则在磁面理内发生互换或发生一定幅度的偏移.交变退磁前呈正常磁组构的岩墙在退磁后仍呈正常磁组构，而呈倒转磁组构的岩墙在退磁后仍呈倒转磁组构，即磁组构类型未发生变化.本文采用磁面理与岩墙壁的相交情况推断岩浆流向，而交变退磁后K₃主轴几乎不变，即磁面理方位几乎不变，因此，天然剩磁对磁组构造成的改变不会影响岩浆流向的推断结果.

图 9

Fig. 9

图 9 不同岩墙样品在交变退磁前(a、c)与退磁后(b、d)的磁组构对比 Fig. 9 AMS from different dykes before (a、c) and after (b、d) AF demagnetisation at 100mT

利用磁组构方法研究侵入岩的侵位机制，最重要的前提是确定岩石是否为流动磁组构，排除后期构造作用对侵位时的磁组构的改造^[32].对于岩浆流动造成的磁化率各向异性度，通常P_j＜1.2^[33].嵊泗辉绿岩岩墙所有样品的P_j＜1.068，说明为原生的岩浆流动磁组构.薄片观察未见后期改造形成的塑性变形或动态重结晶和碎裂等固态变形特征^[34]，这也说明嵊泗辉绿岩岩墙基本未受到后期构造应力应变的改造.另外，若岩墙侵位后采样区域遭受了后期改造，则不同岩墙的磁化率椭球型式及各主轴空间方位应受区域应力作用而变得一致.然而，采样区不同走向岩墙的磁化率椭球主轴空间方位都各不相同，反映了岩墙磁组构受后期区域构造应力的影响较小，表明保留了原生的流动磁组构.因此，我们认为嵊泗辉绿岩岩墙的磁组构为原生的岩浆流动磁组构.

本次研究的岩墙中，除小田岙岩墙(3-1)外，其他岩墙磁化率椭球的磁面理(K₁-K₂)近平行于岩墙走向，且随走向改变发生相应变化，K₃主轴近垂直于岩墙壁，为正常磁组构，是受岩浆流动方向控制的产物，可用于推断岩墙侵位时的岩浆流向.是K₁还是K₂主轴代表岩浆流向还存在争议，为避免因选择K₁、K₂主轴或磁面理内任一中间方向作为岩浆流向而产生的质疑，本文采用Geoffroy^[21]提出的模型，即利用磁面理和岩墙面之间的叠瓦角度来推断岩浆流向.若K₃集中，岩墙两壁的磁面理与岩墙边界以一定的夹角相交，磁面理呈现良好的叠瓦状构造，则岩墙壁内与磁面理相交形成的锐角的反方向在岩墙壁上的投影方向指示岩浆流向.

所有岩墙采点中，距岩墙两壁10cm 内采点的AMS椭球均显示出较好的磁面理叠瓦状构造，可用于推断岩浆流向.而岩墙中部采点的AMS椭球的3个主轴都较分散，不能用于流向的推断.

黄沙村岩墙群(图 2)中，岩墙1-1两壁的磁面理呈现良好的对称叠瓦构造，磁面理与岩墙壁相交而成的锐角指向南西方向，指示岩墙从南西向北东近水平侵位.岩墙1-2A 南北两侧采点的磁面理不呈对称状分布，却呈平行分布，这是由于北侧采点正好处在岩墙向北扩展的拐点上，使得北侧磁面理受岩浆北向流动的影响而呈北东-南西向展布.岩墙1-2A 南侧采点与1-2B北侧采点的磁面理与岩墙壁的夹角指向西方，指示岩墙1-2为从西向东侧向侵位.六井潭岩墙群(图 3)中，岩墙2-1两壁的磁面理呈对称分布，磁面理与岩墙壁的夹角指向南东方向，说明岩浆从南东向北西水平侵位；岩墙2-2，2-3 两壁的磁面理与岩墙壁夹角指示岩浆从南西向北东侧向侵位.

然而，岩墙2-4 的磁组构特点却指示岩浆从北东向南西侧向侵位，这与岩墙2-2，2-3的岩浆流向相反.对岩墙2-4 样品进行粉碎后强磁铁磁性分选物进行X 射线衍射分析，发现该样品磁选物中强磁性矿物总量极少，为其他岩墙的五分之一左右.XRD 中出现了1.44nm、0.718nm、0.358nm 为特征的斜绿泥石矿物，对应岩墙2-4 所有样品较低的体积磁化率，仅为其他样品体积磁化率的五分之一左右(表 1).绿泥石是顺磁性矿物.蚀变的斜绿泥石可析出铁质，使其具有表观强磁性的特征，因而可以被磁铁吸取.斜绿泥石的蚀变，改变了岩石原有组构，使岩墙2-4叠加了侵位期后的铁质析出物的磁组构，从而影响了原生磁组构的指示性.因此这种情况下，磁组构指示的方向并非代表岩浆流向，可能是后期铁质析出物的择优取向排布的结果.

小田岙岩墙具有T_j＜0 为特征的拉长型椭球，在其退磁前后均呈现典型的倒转磁组构(图 4)，这种磁组构可归因于次生作用如热液作用、侵位后的改造或者由于岩石中存在单畴颗粒^{[14， 35]}的结果.然而，磁滞参数在DAY 氏图(图 8)中落在多畴区域附近，SEM 观察显示磁铁矿颗粒为50～60μm，表明该岩墙中并无单畴颗粒存在.另外，薄片观察也见具有退变质作用形成的绿泥石，且这些绿泥石均具强磁性的特点，为绿泥石析出铁质物的结果.因此，小田岙岩墙3-1呈现的拉长型椭球表明很可能磁性矿物像磁小体链那样由多个磁性颗粒的集合体组成^[36]，这有待于进一步样品原位磁性矿物观察来证明.倒转磁组构也可能是由于岩墙侵位时磁性颗粒线状排列以及绿泥石蚀变等晚期叠加事件的影响的结果.鉴于此处呈倒转磁组构，因此不适用于推断岩浆流向.

通常认为，岩石中斜长石斑晶的择优定向代表实际的岩浆流向^{[21， 22]}.为比较斜长石斑晶长轴定向与磁组构的关系，我们从不同走向的岩墙中选取代表性样品制作了平行于磁面理的薄片，并统计斜长石斑晶长轴的优选方向(图 10).结果显示，岩墙1-1、1-2及2-1代表性样品在磁面理上的斜长石斑晶长轴定向与K₁主轴方向之间的角度差都小于30°，岩墙2-3的角度差稍大，仍具有良好的一致性.上述根据磁面理的叠瓦状构造推断的流向中，岩墙1-2的流向与K₂ 主轴接近，斜长石斑晶长轴统计却与K₁主轴较接近.这一矛盾可能与岩墙1-2 采样点正好处于岩墙膨大的节点上，使流向的规则性受到岩墙变宽的影响所致.其他岩墙磁组构得出的流向均平行K₁主轴，这与薄片统计得到的结果相一致.

图 10

Fig. 10

图 10 磁面理内斜长石斑晶长轴方位统计(玫瑰花图)与&主轴的对应关系 Fig. 10 The thin-sections in the magnetic foliation plane and rose diagram of phenocrysts of plagioclase contrasting with K1 axis

嵊泗岛地处华南沿海，空间上处于太平洋板块与欧亚板块的结合部位.自中侏罗世开始，古太平洋板块对欧亚大陆板块的消减作用使华南地壳整体上处于伸展应力环境^[37].嵊泗岛大量基性岩墙群的存在指示了嵊泗岛在晚白垩世处于拉张的构造背景.90 Ma左右的基性岩墙群在东南沿海广泛存在，如福建晋江石圳的岩墙群形成于90±2 Ma和87±2Ma^[38]，呈北北东走向；粤北贵东的岩墙群形成于90 Ma^{[39， 40]}，也呈北北东走向，海南岛的叉河及三亚岩墙群形成于93 Ma左右^[41]，走向为近南北.本文嵊泗岛的黄沙村北北东向岩墙和六井潭大量北东向岩墙均形成于90± Ma(与董传万等私人通讯，2011).以上情况表明在晚白垩世90 Ma左右，在太平洋板块对欧亚板块的碰撞消减后，使中国东南部沿海处于伸展应力，受到了强烈的近东西向或北北西向的拉张作用，形成了NE-NNE 向、EW 向及NW向等一系列张性断裂，导致了北东-北北东向基性岩墙带侵位.

研究岩墙的侵位方式能指示岩浆源的方位.岩浆既可从岩浆房直接垂直向上侵位，也可通过先存破裂通道侧向侵位到较远处.垂直向上的岩浆流向往往指示临近岩浆源，而侧向的岩浆流向则指示远离岩浆源^[16].从上述各岩墙侵位时的岩浆流向可推测，基性岩浆源可能存在于研究区的西南部的较远处.

嵊泗岛广泛发育有近东西向、北东向和北西向三组辉绿岩岩墙群.磁化率各向异性特征表明，它们的磁组构以正常磁组构为主，只有一处岩墙呈倒转磁组构.交变退磁前后的磁组构类型未发生变化.利用磁面理与岩墙壁的夹角的反方向可指示岩浆流向.黄沙村岩墙群中，北北东向岩墙为南西向北东近水平侵位；东西向岩墙为从西向东侧向侵位.六井潭岩墙群中，北西向岩墙为从南东向北西水平侵位，北东向岩墙则为从南西向北东侧向侵位，指示了基性岩浆源可能存在于研究区的西南部的较远处.嵊泗岛岩墙群是太平洋板块向欧亚板块俯冲后的伸展阶段，岩石圈受到强烈的近东西向至北北西向的拉张作用的产物.