2017, Vol. 33
2. 北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871
2. School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China
南极半岛为一条窄长的弧形大陆地壳，其西濒临南太平洋，东临威德尔海，北接斯科舍海 (Barker, 1982)。从地理位置关系上，南极半岛可以分成南部的帕默地 (Palmer Land) 和北部的格雷厄姆地 (Graham Land)；从大地构造格局上，其亦可区分成东部冈瓦纳构造域、中部岩浆弧构造域和西部增生杂岩构造域 (Vaughan and Storey, 2000; 郑光高等, 2015; 图 1a)。中生代以来，受南太平洋构造域构造活动的影响，南极半岛地质构造演化复杂，特别是中生代白垩纪构造变形-岩浆作用响应在全球中生代构造中独具特色 (范蔚茗等, 2003)。主要表现为原太平洋板块向南极半岛之下俯冲增生，同时诱发了大规模的火山-岩浆侵入活动，所形成的火山岩曾被统称为南极半岛火山群 (Antarctic Peninsula Volcanic Group)(Thomson and Pankhurst, 1983)，时代从侏罗纪一直延续到新生代 (Storey and Garrett, 1985)，伴生的中酸性侵入体 (闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩) 具有相似的年龄和类似的成因机制 (Leat et al., 1995)。
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图 1 南极半岛大地构造分区简图及采样位置 (a, 据Vaughan and Storey, 2000修改; b、c, 据Google地图, 2013修改) Fig. 1 Schematic tectonic division map of the Antarctic Peninsula and sampling locations (a, modified after Vaughan and Storey, 2000; b, c, modified after Google Earth, 2013) |
20世纪80年代以来，国外学者对南极半岛白垩纪火山-岩浆侵入作用等方面做了若干研究，并取得一些重要的成果和认识。例如，在格雷厄姆地西部阿德莱德岛 (Adelaide Island) 的迈尔斯通陡崖 (Milestone Bluff) 流纹质熔结凝灰岩中获得113.9±1.2Ma的锆石U-Pb年龄 (Riley et al., 2012)，在帕默地北部弗莱明冰川 (Fleming Glacier) 的硅质熔岩中获得107±1.7Ma的锆石U-Pb年龄 (Leat et al., 2009)，从而证明了白垩纪火山作用的存在。另一方面，在格雷厄姆地西岸线的一套钙碱性花岗质岩石中获得117.0±0.8Ma~73.6±0.4Ma之间的锆石U-Pb年龄 (Tangeman and Mukasa, 1996)，在帕默地南部比恩群峰 (Bean Peaks) 同构造花岗岩席中获得106.9±1.1Ma的SHRIMP锆石U-Pb年龄 (Vaughan et al., 2002)，在帕默地南部英吉利海岸 (English Coast) 的哈里山 (Mount Harry) 石英二长岩中获得105.2±1.1Ma的锆石U-Pb年龄 (Flowerdew et al., 2005)，这些年龄同样确定了白垩纪岩浆作用在南极半岛中部岩浆弧构造域广泛的发生。Smellie et al. (1996)对利文斯顿岛史莱夫角 (Cape Shirreff) 橄榄岩玄武岩进行K-Ar定年，获得90Ma火山作用年龄；郑祥身等 (1996)结合该年龄，并对本样品进行Sr-Nd同位素研究，指出该火山岩由上地幔部分熔融生成。然而，由于南极半岛地理位置的特殊性，露头出露有限，前人对半岛内白垩纪的火山-岩浆侵入活动的研究或局限于某一区域，或样品测试方法有限，或未能有效结合同位素地球化学等方面的研究，使得对半岛上的火山-岩浆侵入活动的精细时序研究工作比较薄弱，无法对半岛地区的火山岩浆作用期次划分提供直接的年代学证据和其源区特征提供有利的同位素证据，从而影响了对半岛出露的火山-岩浆岩的成岩期次、成岩源区特征以及动力学背景等认识。
屈韦维尔岛 (Curverville Island) 地处南极半岛格雷厄姆地西缘，是研究南极半岛中生代以来俯冲增生作用的重要区域之一，国内外学者对该岛的岩石学特征、形成年代及源区特征均暂无报道。中国第29次南极科学考察对该岛进行了系统调查和取样。笔者选取典型的熔岩、脉岩及脉岩中的捕虏体作为研究对象，开展了精细的LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素年代学研究，厘定了其喷发-侵入次序，并结合锆石原位Hf同位素分析，探讨了成岩的源区性质及其成因的深部动力学背景，从而为重建南极半岛白垩纪大地构造演化提供重要依据。
2 区域地质背景以东帕默地韧性剪切带 (Eastern Palmer Land Shear Zone) 为分界线，可将南极半岛地区划分为三个构造域，即东部构造域、中部构造域和西部构造域 (Vaughan and Storey, 2000; 图 1a)。
东部冈瓦纳构造域位于南极半岛东侧，从帕默地向北连续延伸至格雷厄姆地，地理位置上邻近冈瓦纳古陆的核心，具有准原地的性质 (Kellogg and Rowley, 1989)。该构造域以出露有类似于增生楔的晚石炭世-晚三叠世特里尼蒂半岛群 (Trinity Peninsula Group) 的浊积岩地层 (Smellie and Millar, 1995) 为特征，并经历了晚三叠世-早侏罗世变形作用的改造 (Storey and Garrett, 1985)。上覆岩系包括早侏罗世博特尼湾群 (Botany Bay Group) 陆源泥岩/砂岩序列 (Farquharson, 1982, 1984) 以及侏罗纪南极半岛火山群 (Antarctic Peninsula Volcanic Group)(Thomson and Pankhurst, 1983; Riley and Leat, 1999)。中晚侏罗世的花岗质深成岩体切穿了南极半岛火山群的火山岩系和博特尼湾群的沉积岩系 (Pankhurst et al., 2000)。
中部岩浆弧构造域以东帕默地韧性剪切带为界与东部构造域相区分，其主体由中生代以及一些可能更老的火山岩和侵入岩构成。该构造域出露的最古老变质沉积岩为角闪岩相云英片岩和石榴黑云斜长片麻岩 (Wendt et al., 2008)，它们是早侏罗世或更老俯冲杂岩的一部分 (Meneilly, 1988)。最老的岩浆岩是晚三叠世含钾长石巨晶的花岗岩类和层状花岗质片麻岩，中侏罗世辉长岩-花岗岩套侵入于片麻岩中 (Wever et al., 1994; Scarrow et al., 1996; Vaughan and Storey, 2000)。火山岩主要包括晚侏罗世前变形的安山质凝灰岩、熔岩以及未变质的侏罗纪和更年轻的南极半岛火山岩群钙碱性凝灰岩和熔岩 (Thomson and Pankhurst, 1983; Davies, 1984)。在帕默地东部，晚侏罗世-早白垩世埃达克质岩石侵入到三叠纪和侏罗纪的片麻岩和岩浆岩中 (Vaughan et al., 1997, 1998; Wareham et al., 1997)。
西部增生杂岩构造域主要包括南极半岛南部的亚历山大岛 (Alexander Island) 和北部的南设得兰群岛 (South Shetland Islands)，它们分别以新生代裂谷带乔治六世海峡 (George Ⅵ Sound)(Bell and King, 1998) 和布兰斯菲尔德海峡 (Bransfield Strait)(Solari et al., 2008; 郑光高等, 2015) 与中部构造域分隔，其中亚历山大岛中生代地壳主要由弧前的勒梅群 (LeMay Group)、福斯尔陡崖群 (Fossil Bluff Group)、晚白垩世-古近纪火山岩、花岗岩类及形成于俯冲作用停止之后少量新近纪 (≤7Ma) 碱性火山岩组成 (McCarron and Millar, 1997)。南设得兰群岛的斯科舍变质杂岩 (Scotia Metamorphic Complex) 为一套变质程度达蓝片岩-角闪岩相的深位俯冲-增生杂岩 (Trouw et al., 1998)。
屈韦维尔岛是南极半岛格雷厄姆地西部的一个小岛屿，大地构造位置处于南极半岛的中部岩浆弧构造域，其西以热尔拉什海峡 (Gerlache Strati) 与布拉班特岛 (Brabant Island) 和昂韦尔岛 (Anvers Island) 相隔 (图 1b)。该岛出露的地层统称为中侏罗世至白垩纪的南极半岛火山群，主要岩性为含角砾安山质熔岩和安山质火山角砾岩，火山岩体被后期的中酸性的闪长玢岩和花岗斑岩脉体所穿插。安山质熔岩和角砾岩呈灰绿色，风化后呈灰白色，角砾为灰色细粒隐晶质，角砾大小一般小于1~8cm，基质为凝灰质和熔岩，含有大量斜长石斑晶，部分角砾因蚀变呈橄榄绿色 (图 2a, b)。闪长玢岩脉切割火山岩 (图 2c)，主要有两组，一组走向N60°E，另一组走向约N30°E，脉宽0.5~1.8m不等。岩脉内含有较多的10~40cm大小不等的中粒闪长岩捕虏体 (图 2c, d)。
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图 2 屈韦维尔岛火山岩、岩脉及捕掳体的野外产状 (a) 安山质火山角砾岩；(b) 含角砾安山质熔岩；(c) 闪长玢岩脉及其内的闪长岩捕虏体；(d) 闪长玢岩脉中的闪长岩捕虏体 Fig. 2 Field photographs of volcanic rocks, veins and xenoliths of Curverville Island (a) andesitic volcanic breccias; (b) andesitic lava with breccias; (c) diorite porphyrite vein and diorite xenoliths within it; (d) diorite xenoliths within diorite porphyrite vein |
含角砾安山质熔岩 (AP1314-1/12, GPS: 64°41′04.1″S, 62°37′45.5″W)，灰绿色，角砾结构，块状构造。主要成分为安山质角砾 (10%~20%)、斜长石 (40%~50%)、绿帘石 (5%~10%)、绿泥石 (5%~10%)、石英 (5%)、不透明矿物 (不足5%)。安山质角砾呈次棱角状，粒径1~4.5mm，被大小不等的岩屑、晶屑所胶结，安山岩角砾中的斜长石长条状微晶呈弱定向排列，其内可见明显的绿泥石化现象。石英斑晶溶蚀呈港湾状。副矿物有锆石和磷灰石等 (图 3a)。
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图 3 屈韦维尔岛火山岩、岩脉及捕掳体的显微结构照片 (单偏光和正交偏光) (a) AP1314-1/12:含角砾安山质熔岩 (安山质角砾+斜长石+绿帘石+绿泥石+石英+不透明矿物)；(b) AP1314-1/7:安山质火山角砾岩 (安山质角砾+斜长石+石英+绿帘石+绿泥石+不透明矿物)；(c) AP1314-1/11:中粒闪长岩捕虏体 (斜长石+角闪石+辉石+石英+不透明矿物)；(d) AP1314-1/10:闪长玢岩脉 (斜长石+辉石+绿泥石+石英+不透明矿物).Ane-安山质角砾；Chl-绿泥石；Ep-绿帘石；Hbl-角闪石；Op-不透明矿物；Pl-斜长石；Px-辉石；Qtz-石英 Fig. 3 Microphotographs of volcanic rocks, veins and xenoliths of Curverville Island (plane and perpendicular polarizers) (a) AP1314-1/12: Andesitic lava with breccias (Ane+Pl+Ep+Chl+Qtz+Op); (b) AP1314-1/7: Andesitic volcanic breccias (Ane+Pl+Qtz+Chl+Ep+Op); (c) AP1314-1/11: Medium grain diorite xenoliths (Pl+Hbl+Px+Qtz+Op); (d) AP1314-1/10: Diorite porphyrite veins (Pl+Px+Chl+Qtz+Op). Ane-andesitic breccia; Chl-chlorite; Ep-epidote; Hbl-hornblende; Op-opaue mineral; Pl-plagioclase; Px-pyroxene; Qtz-quartz |
安山质火山角砾岩 (AP1314-1/7, GPS: 64°41′02.0″S, 62°37′31.0″W)，灰绿色，火山角砾结构，块状构造。主要成分为安山质角砾 (20%~40%)、斜长石 (30%~40%)、石英 (5%~10%)、绿帘石 (5%~10%)、绿泥石 (5%)、不透明矿物 (不足5%)。安山岩角砾呈次棱角状，粒径1~4mm，同样被大小不等的磨圆化的岩屑和次棱角状的晶屑所胶结，角砾内部的斜长石长条状微晶呈弱定向排列，并可见少量绿泥石化现象，基质呈隐晶质。副矿物有锆石和磷灰石等 (图 3b)。
中粒闪长岩捕虏体 (AP1314-1/11, GPS: 64°41′02.4″S, 62°37′33.8″W)，灰白色，半自形中粒结构、块状构造。主要矿物成分为斜长石 (50%~60%)，角闪石 (20%~30%)，辉石 (10%~15%)，少量石英 (不足5%)、不透明矿物 (不足5%)。斜长石发育聚片双晶，辉石多具绿泥石化和绿帘石化，角闪石被绿帘石化等交代呈假象产出。副矿物有锆石和磷灰石等 (图 3c)。
闪长玢岩脉 (AP1314-1/10, GPS: 64°41′02.4″S, 62°37′33.8″W)，深灰-灰白色，似斑状结构，块状构造。主要矿物成分为斜长石 (60%~70%)、辉石 (20%~30%)、绿泥石 (5%~10%)、少量石英 (不足5%)、不透明矿物 (不足5%)。自形-半自形斜长石斑晶可见聚斑结构，其边部因粘土化呈土灰色，褐色角闪石部分绿泥石化；基质为半自形粒状结构，粒径0.05~0.20mm，含量约65%~70%，主要由斜长石、辉石及少量石英组成。副矿物有锆石和磷灰石等 (图 3d)。
3.2 分析方法用于测年研究的上述4件样品中的锆石采用电磁与重液选法分选，然后在双目镜下挑选出晶型较好、透明度高的锆石颗粒，最后将挑好的锆石置于环氧树脂内固定、抛光，将制好的靶样进行透、反射光照相，并采集阴极发光 (CL) 图像。根据锆石CL图像判别锆石成因，结合透、反射照片，选择无包体、无裂隙的锆石微区，圈定激光剥蚀区域。
AP1314-1/12、AP1314-1/7和AP1314-1/11这3件样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析在中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室完成，AP1314-1/10样品的LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年分析在中国地质调查局天津地质调查中心同位素实验室完成。前者的锆石测试仪器为Bruker M90型ICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统，激光剥蚀所用的束斑直径为40μm，频率为10Hz，能量密度约为2.5J/cm2，以He作为剥蚀物质的载气，详细实验条件与测试分析过程见侯可军等 (2009)。后者的测试仪器为Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪和193nm激光取样系统，激光束斑孔径为35μm，频率为8~10Hz，能量密度13~14J/cm-3，以He作为剥蚀物质的载气，详细实验条件与测试分析过程见李怀坤等 (2009)。对实验数据的处理采用软件ICPMSDataCal 9.0完成，详细的实验过程与数据处理方法参照Liu et al.(2008, 2010a, b)。锆石谐和年龄的绘制利用软件Isoplot 3.0完成 (Ludwig, 2003)。
锆石Lu-Hf同位素分析在中国地质大学 (武汉) 地质过程与矿产资源国家重点实验室的Neptune Plus (Thermo Fisher Scientific, 德国) 多接收等离子质谱和GeoLae 2005(Lambda Physik, 德国) 激光剥蚀系统 (LA-MC-ICP-MS) 上完成，激光剥蚀束斑直径为44μm，仪器详细参数见Hu et al. (2012)。样品测试过程中以91500作为标样，其176Hf/177Hf=0.282308±12(2σ)，对数据的处理利用软件ICPMSDataCal 9.0完成。实验过程及数据处理方法见Liu et al. (2010a)。为使Hf同位素分析与锆石U-Pb测年分析相对应，此次在锆石U-Pb年龄谐和度较好的基础上，选择同一颗锆石晶体内与年龄点环带趋势一致的微区圈定Hf同位素的分析点位。
4 分析结果本文对上述4件样品进行了锆石U-Pb同位素测年和原位Hf同位素分析，数据分析参数及结果列表于表 1、表 2。
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表 1 屈韦维尔岛火山-侵入杂岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学测试结果 Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb isotopic compositions from volcanic rocks, veins and xenoliths of Curverville Island |
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表 2 屈韦维尔岛火山-侵入杂岩锆石Lu-Hf同位素组成 Table 2 Zircon Lu-Hf isotopic compositions from volcanic rocks, veins and xenoliths of Curverville Island |
样品AP1314-1/12挑选出的锆石颗粒为150粒，24粒用于U-Pb测年。CL图像显示锆石呈长柱状或短柱状 (图 4)，锆石颗粒长轴长130~270μm，长宽比为1:3.3~1:1.1。锆石无色，透明至半透明，大多数锆石可见明显的振荡环带。根据测试结果，24个分析点中有1个年龄谐和度低于90%舍弃 (图 5a中的虚线圈，表 1)，1个点误差过大而同样舍弃 (图 5a中的虚线圈，表 1)，剩余22个分析点均落在一致曲线上或其附近，显示出很好的和谐性。锆石的Th、U含量分别为56×10-6~385×10-6和109×10-6~405×10-6，Th/U比值为0.47~1.09，表明它们均属于典型的岩浆锆石 (Hoskin and Black, 2000; Wu and Zheng, 2004)。所测定的22个锆石数据点的206Pb/238U年龄变化于98.2~109.1Ma之间，计算的206Pb/238U加权平均年龄为103.3±1.7Ma (n=22, MSWD=0.74)(图 5a)，该年龄可以代表屈韦维尔岛的火山作用年龄。
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图 4 屈韦维尔岛火山岩、岩脉及捕掳体中典型锆石的阴极发光图像 Fig. 4 Cathodeluminescence images of representative zircons from volcanic rocks, veins and xenoliths of Curverville Island |
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图 5 屈韦维尔岛火山岩、岩脉及捕掳体中锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 5 U-Pb concordia diagram of zircons from volcanic rocks, veins and xenoliths of Curverville Island |
样品AP1314-1/7挑选出的锆石颗粒为150粒，24粒用于U-Pb测年。CL图像显示锆石呈长柱状或菱形 (图 4)，锆石颗粒长轴长120~220μm，长宽比为1:3.5~1:1.2。锆石无色，透明至半透明，大多数锆石可见明显的振荡环带，部分锆石可见暗色继承核。根据测试结果，24个分析点中有1个年龄谐和度低于90%舍弃 (图 5b中的虚线圈，表 1)，剩余23个分析点均落在一致曲线上或其附近，显示出很好的和谐性。锆石的Th、U含量分别为65×10-6~337×10-6和106×10-6~330×10-6，Th/U比值为0.48~1.02，具有典型岩浆锆石的高Th/U比值特征。所测定的23个锆石数据点的206Pb/238U年龄变化于94.7~106.2Ma之间，计算的206Pb/238U加权平均年龄为101.9±1.8Ma (n=23, MSWD=0.65)(图 5b)，这个年龄同样可以代表屈韦维尔岛的火山作用年龄。
样品AP1314-1/11挑选出的锆石颗粒为150粒，12粒用于U-Pb测年。CL图像显示锆石呈长柱状或菱形 (图 4)，锆石颗粒长轴长100~240μm，长宽比为1:3.3~1:1。锆石无色，透明至半透明，部分锆石振荡环带清晰。根据测试结果，12个分析点均落在一致曲线上或其附近，和谐性很好。锆石的Th、U含量分别为49×10-6~342×10-6和75×10-6~296×10-6，Th/U比值为0.65~1.29，具有典型岩浆锆石的高Th/U比值特征。所测定的12个锆石数据点的206Pb/238U年龄变化于87.7~100.1Ma之间，计算的206Pb/238U加权平均年龄为92.0±1.2Ma (n=12, MSWD=0.14)(图 5c)，这个年龄可以代表屈韦维尔岛深成侵入体的结晶年龄。
样品AP1314-1/10挑选出的所有锆石颗粒共55粒，12粒用于U-Pb测年。CL图像显示，锆石颗粒大小不一，部分呈长柱状，部分熔蚀严重呈港湾状 (图 4)，锆石颗粒长轴长80~350μm，长宽比为1:3.6~1:1.2。锆石无色，透明至半透明，振荡环带不明显。根据测试结果，12个分析点锆石的Th、U含量分别为57.9×10-6~1154.4×10-6和56.5×10-6~458.8×10-6，Th/U比值为0.85~2.53，具有典型岩浆锆石的高Th/U比值特征。所测定的12个锆石数据点的206Pb/238U年龄变化于84.0~87.8Ma之间，计算的206Pb/238U加权平均年龄为85.7±0.7Ma (n=12, MSWD=0.93)(图 5d)，代表屈韦维尔岛闪长玢岩脉的侵位时间。
4.2 锆石Hf同位素样品AP1314-1/12对已进行U-Pb测年的22颗锆石再进行原位Hf同位素测试分析，可得176Yb/177Hf值为0.022046~0.044763，176Lu/177Hf值为0.001026~0.002041，176Hf/177Hf值为0.282791~0.282848，其εHf(t) 值为2.8~4.9，fLu/Hf值为-0.97~-0.94，一阶段Hf模式年龄 (tDM1) 为577~664Ma，两阶段Hf模式年龄 (tDM2) 为759~874Ma (图 6)。
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图 6 屈韦维尔岛火山岩、岩脉及捕掳体的锆石tDM1直方图和εHf(t)-t值 Fig. 6 Zircon tDM1 histogram and εHf(t) values vs. t(Ma) diagram from volcanic rocks, veins and xenoliths of Curverville Island |
样品AP1314-1/7对已进行U-Pb测年的23颗锆石再进行原位Hf同位素测试分析，可得除1个测点εHf(t) 值为-0.4(一阶段Hf模式年龄为783Ma，二阶段Hf模式年龄为1054Ma)(图 6)，误差较大可以忽略外，其余22个测点的176Yb/177Hf值为0.023525~0.049566，176Lu/177Hf值为0.001095~0.002234，176Hf/177Hf值为0.282784~0.282834，其εHf(t) 值为2.5~4.2，fLu/Hf值为-0.97~-0.93，一阶段Hf模式年龄 (tDM1) 为605~678Ma，两阶段Hf模式年龄 (tDM2) 为791~887Ma。
样品AP1314-1/11对已进行U-Pb测年的12颗锆石再进行原位Hf同位素测试分析，可得176Yb/177Hf值为0.045014~0.149285，176Lu/177Hf值为0.001857~0.005827，176Hf/177Hf值为0.282848~0.282908，其εHf(t) 值为4.5~6.5，fLu/Hf值为-0.94~-0.82，一阶段Hf模式年龄 (tDM1) 为525~600Ma，两阶段Hf模式年龄 (tDM2) 为655~769Ma。
样品AP1314-1/10对已进行U-Pb测年的12颗锆石中选取10颗锆石再进行原位Hf同位素测试分析，可得176Yb/177Hf值为0.040254~0.288094，176Lu/177Hf值为0.001673~0.010925，176Hf/177Hf值为0.282862~0.282960，其εHf(t) 值为4.9~7.9，fLu/Hf值为-0.95~-0.67，一阶段Hf模式年龄 (tDM1) 为505~607Ma，两阶段Hf模式年龄 (tDM2) 为575~741Ma。
综上所述，4件样品共66个原位Hf同位素测点中，有11个测点的176Lu/177Hf比值大于0.003000，最大的176Lu/177Hf比值为0.010925，其余所有锆石的176Lu/177Hf比值均小于0.003000，其平均值为0.002225，表明锆石在形成后具有较少量放射成因的Hf积累，因此所测定的176Hf/177Hf值能代表锆石形成时期的176Hf/177Hf值 (吴福元等, 2007a)。
5 讨论 5.1 侵入序列西南极白垩纪火山岩浆作用主要集中在南极半岛的帕默地南部、格雷厄姆地西部及其北侧的南设得兰群岛。在南设得兰群岛地区，白垩纪火山作用主要发生在西南部的利文斯顿岛、格林尼治岛 (Greenwich Island)、罗伯特岛 (Robert Island) 和纳尔逊岛 (Nelson Island)(Leat et al., 1995; 胡世玲等, 1995; 郑祥身等, 1998; Zheng et al., 2003; Wang et al., 2009; Kraus et al., 2010)，形成了如利文斯顿岛东部的鲍勒斯山组 (Mount Bowles Formation) 的火山岩系，该岩系以玄武安山质熔岩和火山碎屑岩为主，并包含与其共生的超浅成侵入岩套 (郑祥身等, 1997)。在格雷厄姆地西部，流纹质熔结凝灰岩及钙碱性花岗质岩石零星出露，其锆石U-Pb年龄介于117~74Ma之间。在帕默地南部，超过100×800km2面积范围内广泛分布有白垩纪中期 (岩浆作用峰期年龄为110Ma和100Ma) 岩浆作用形成的拉西特海岸侵入岩套 (Lassiter Coaster Intrusive Suite)(Vennum and Rowley, 1986; Vaughan et al., 2012a) 等，该岩套的岩性从辉长岩变化到花岗岩，并以花岗闪长岩为主，变质程度可达角闪岩相 (Vaughan et al., 2012b)。
屈韦维尔岛位于格雷厄姆地西部，火山岩和侵入岩脉分布广泛。本次研究获得含角砾安山质熔岩、安山质火山角砾岩、中粒闪长岩捕虏体和闪长玢岩脉的形成年龄分别为103.3±1.7Ma、101.9±1.8Ma、92.0±1.2Ma和85.7±0.65Ma。结合野外接触关系可以推断，在102Ma左右，屈韦维尔岛经历过一次强烈的火山作用。随后，火山岩被多条闪长玢岩脉所切割，其侵位年龄为86Ma左右。岩脉捕获较多大小不等的中细粒闪长岩捕虏体，锆石年龄为92Ma。所以，屈韦维尔岛存在明显的三幕火山岩浆作用事件：首先火山活动发生在早白垩世晚期 (102Ma)，且喷发时间较短，随后在晚白垩世早期 (92Ma、86Ma) 发生两幕中性岩浆侵入事件，代表了南极半岛中部岩浆弧构造域中-新生代火山岩浆作用的典型时期。本岛南西45°方位约85km处的玛利亚山 (Mount De Emaria) 出露的花岗闪长岩和蒂克森角 (Cape Tuxen) 出露的石英闪长岩均获得约85Ma的锆石U-Pb年龄 (Tangeman and Mukasa, 1996)，证实第三幕侵入作用在南极半岛广泛存在。
5.2 岩浆源区示踪由于锆石Lu-Hf同位素体系具有较高的封闭温度，不同物源的锆石其Hf同位素组成可能有所差异，且相对于U-Pb同位素体系其更不易被后期流体、热事件改造 (Harrison et al., 2005)，因此锆石的εHf(t) 能反映出岩浆的源区特征。通常情况下，εHf(t) 正值代表源区为亏损地幔或从亏损地幔中新增生的年轻地壳 (第五春荣等, 2012)，εHf(t) 负值代表源区为古老地壳 (吴福元等, 2007a, b)，正负变化较大的宽泛εHf(t) 值域很可能指示了壳幔混染或其它物源混染的特征 (Hawkesworth and Kemp, 2006; 禹丽等, 2014)。所以，锆石原位Hf同位素在记录地质演化历史和岩浆源区信息方面具有很好的优越性 (Griffin et al., 2000; 吴福元等, 2007a, b)。
我们对屈韦维尔岛4件火成岩样品锆石Hf同位素组成进行分析，发现各样品的初始176Hf/177Hf比值集中分布在0.2828附近，一阶段Hf模式年龄位于505~678Ma之间 (图 6)，与利文斯顿岛玄武岩的Nd模式年龄相近 (郑祥身等, 1996)。其中，AP1314-1/12的εHf(t) 平均值为4.1，一阶段Hf模式年龄平均值为612Ma；AP1314-1/7的εHf(t) 的平均值为3.4，一阶段Hf模式年龄平均值为636Ma；AP1314-1/11的εHf(t) 平均值为5.5，一阶段Hf模式年龄平均值为566Ma；AP1314-1/10的εHf(t) 平均值为6.0，一阶段Hf模式年龄平均值为550Ma。在εHf(t)-t图解上 (图 6)，66个测点均落在球粒陨石Hf同位素演化线和亏损地幔演化线之间，且后期侵入的岩脉及其捕获的捕虏体εHf(t) 值比早期喷发的火山岩εHf(t) 值较大。结合利文斯顿岛史莱夫角白垩纪中期 (90.2±5.6Ma) 橄榄玄武岩的εNd值为+4.177 (郑祥身等, 1996; Smellie et al., 1996)，揭示出南极半岛中部构造域白垩纪中期火山岩浆作用形成的火成岩由新元古代-寒武纪亏损地幔物质部分熔融生成。这部分地幔物质可能来源于大洋板块在俯冲过程中导致上覆的增生楔受热发生部分熔融所形成的熔体，并具有后期岩浆侵入的熔体幔源比早期火山喷发的熔体幔源亏损程度更高的特征。
5.3 构造背景探讨南极半岛长期以来位于冈瓦纳古陆-太平洋边缘，在西冈瓦纳裂解初期由弧后扩张而与东南极分离 (刘小汉等, 1991)，亦是西冈瓦纳古陆最后裂解的发生地 (沈炎彬, 1998)。晚白垩世冈瓦纳彻底裂解之前，冈瓦纳西缘由南美经南极半岛延伸至玛丽伯德地和新西兰 (McCarron and Larter, 1998)，此刻原太平洋已向南极半岛北端的冈瓦纳古陆之下俯冲增生，在南极半岛表现为石炭纪-三叠纪的特里尼蒂半岛群和迈尔斯陡崖组 (Miers Bluff Formation) 的褶皱及亚历山大岛西部的侏罗纪-早白垩世勒梅群增生杂岩。半岛主体岩浆弧的形成与冈瓦纳古陆裂解相伴生的原太平洋洋底板块向南极半岛西缘展布的海沟之下的俯冲有关 (Suárez, 1976)，且俯冲作用持续了整个中生代和大部分的新生代阶段，并在侏罗纪和白垩纪早期最为强烈，相应的岩浆和活动作用达到高峰，此时太平洋板块、法拉隆板块和菲尼克斯板块很可能形成了简单的三联点板块体系 (Larson and Chase, 1972)。
由于新元古代晚期罗迪尼亚 (Rodinia) 超大陆的开始裂解分离，构成了新元古代裂解体系。此时随着大洋的闭合，两个或更多的陆块拼合成西冈瓦纳大陆，最终在寒武纪末期 (大约500Ma) 聚合形成冈瓦纳古陆 (Dalziel, 1992; Boger, 2011; Harley et al., 2013)。在俯冲增生过程中，古太平洋板块向南极板块之下俯冲，蚀变的大洋板块及其上部的含水沉积物随俯冲温度和压力的升高，形成了脱水流体，这些流体进入到上覆的地幔楔，降低了地幔楔橄榄岩的固相线，发生交代作用，并诱发地幔物质发生部分熔融，形成了初融岩浆。在约102Ma时期，初融岩浆沿火山通道经地壳直接喷出地表，形成了现有的正εHf(t) 值的岛弧火山岩；在大约92Ma和86Ma期间，新生的初融岩浆沿构造薄弱带穿过地壳上升至地表，未受到壳源物质的明显混染，形成了均为正εHf(t) 值的、具有典型亏损幔源物质特征的岛弧岩浆岩，这些岛弧火山-岩浆岩是组成南极半岛中部岛弧岩浆构造域的主体岩性之一。
6 结论(1) 屈韦维尔岛四件火成岩样品的锆石U-Pb年龄分别为101.9±1.8Ma、103.3±1.7Ma、92.0±1.2Ma和85.7±0.7Ma，说明该岛发生明显的三幕火山岩浆作用事件，反映出白垩纪中期火山岩浆作用在南极半岛中部构造域普遍存在。
(2) 屈韦维尔岛四件样品锆石的εHf(t) 值均为正值 (+2.5~+7.9)，一阶段Hf模式年龄tDM2为505~678Ma；在εHf(t)-t图解中，测点均落在球粒陨石和亏损地幔之间，指示出该地火成岩岩浆熔体主要来源于新元古代-寒武纪亏损地幔物质的部分熔融。
(3) 屈韦维尔岛出露的火山-侵入杂岩形成于冈瓦纳古陆裂解过程所伴生的俯冲带之上的岛弧环境中，是构成南极半岛中部岩浆弧构造域的主体岩性之一。
致谢 野外考察工作得到中国第29次南极考察队的支持以及美国德州大学奥斯汀分校Ian Dalziel教授和巴西圣保罗大学Rudolph Trouw教授的帮助; 论文撰写过程中得益于与中国科学院地质力学研究所张拴宏研究员、崔建军博士和西北大学第五春荣教授的讨论; 中国地质科学院矿产资源研究所王倩实验员在样品测试和分析过程中提供了帮助; 审稿人提出了宝贵的修改意见；在此一并致谢。| [] | Barker PF. 1982. The Cenozoic subduction history of the Pacific margin of the Antarctic Peninsula: Ridge crest-trench interactions. Journal of the Geological Society, 139(6): 787–801. DOI:10.1144/gsjgs.139.6.0787 |
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