青海引勝地區(qū)晚奧陶世扣門子組火山巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境分析

曾獻(xiàn)文

(中陜核工業(yè)集團(tuán)地質(zhì)調(diào)查院有限公司，陜西 西安 710100)

青海引勝地區(qū)晚奧陶世扣門子組火山巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境分析

曾獻(xiàn)文

(中陜核工業(yè)集團(tuán)地質(zhì)調(diào)查院有限公司，陜西 西安 710100)

研究區(qū)位處北祁連造山帶與中祁連地塊接壤，屬秦祁昆地層大區(qū)。測(cè)區(qū)晚奧陶世火山巖賦存于扣門子組淺海相地層中，分布于測(cè)區(qū)東北部扎龍溝及大通河一帶。在對(duì)研究區(qū)地質(zhì)特征、火山巖巖石學(xué)特征，巖石化學(xué)特征分析基礎(chǔ)上，進(jìn)而對(duì)巖石地球化學(xué)特征進(jìn)行深入分析，綜合地質(zhì)、地球化學(xué)特征認(rèn)為火山巖形成于俯沖帶上的弧后盆地環(huán)境。

火山巖；地球化學(xué)特；構(gòu)造環(huán)境

1 地質(zhì)特征

扣門子組為本次工作從前人原劃薊縣紀(jì)克素爾組中新解體出的填圖單位，通過(guò)路線調(diào)查及剖面測(cè)制工作，基本查明了該組的巖石組合特征，且將該組劃分為上、下兩個(gè)非正式段級(jí)填圖單位。下段主要是一套碳酸鹽巖的巖石組合，上段是一套火山碎屑巖的巖石組合。火山巖于該套地層上段，成層狀出現(xiàn)，厚度較大。宏觀露頭上大面積的火山巖不甚發(fā)育，地貌上多形成巨大的高山，山體陡峭，溝谷深切。以灰綠色火山碎屑巖為主，夾少量火山角礫巖，巖性有含火山角礫巖屑凝灰?guī)r、火山角礫晶屑巖屑熔凝灰?guī)r及火山角礫巖。該巖性段分布于扎龍溝上中—下游一帶，呈北西—南東向展布。產(chǎn)出面積較小，約10 km2，岀露厚度達(dá)288.55 m；該段位于新元古代—早古生代扎龍溝構(gòu)造混雜巖帶內(nèi)，受構(gòu)造影響，多呈斷塊狀產(chǎn)出，在區(qū)內(nèi)沒(méi)有較好的橫向延展，該巖性段不整合覆蓋與早奧陶世中酸性侵入巖及中奧陶世石英閃長(zhǎng)巖體之上[1]。

2 火山巖巖石學(xué)特征

綜合路線及剖面資料，主要為一套火山碎屑巖組合，主要巖石特征描述如下：

1)含火山角礫巖屑凝灰?guī)r：巖石呈灰色，礦物細(xì)小，見有個(gè)別角礫大小在5 mm×10 mm，呈火山角礫凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分：火山角礫40%左右(以透閃石綠簾石千糜巖、綠簾石絹云母蝕變巖為主，綠簾石碳酸鹽蝕變巖、綠泥石蝕變巖為次)，巖屑40%左右(蝕變巖為主，粉砂巖為次，個(gè)別有石英巖)，火山灰塵30%左右。火山角礫約占巖石的40%左右，透閃石綠簾石千糜巖是主要成分，礦物呈拉纖狀定向排列分布，呈千糜狀構(gòu)造。外形呈長(zhǎng)條形，大小約在2 mm×15 mm以上棱角狀。綠簾石、絹云母蝕變巖也是主要角礫，形狀不規(guī)則大小在5～8 mm。角礫雜亂分布。巖屑約占巖石的40%左右，成分主要是絹云母蝕變巖，其次有粉砂巖和石英巖。巖屑形狀不規(guī)則，粒徑大小在0.3～2 mm。呈棱角—次棱角狀，長(zhǎng)軸定向排列分布?；鹕交覊m約占30%左右，呈隱晶狀，成分看不清，呈大致的條帶狀充填于碎屑和角礫之間[2]。

2)火山角礫晶屑巖屑熔凝灰?guī)r：巖石呈灰綠色，火山角礫凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分：火山角礫30%(石英斑巖，花崗細(xì)晶巖、蝕變基性熔巖)，巖屑45%～50%左右(蝕變?nèi)蹘r、霏細(xì)巖、蝕變巖為主，硅質(zhì)巖為次)，火山灰塵15%～20%左右?；鹕浇堑[約占巖石的30%左右，石英斑巖由石英斑晶和細(xì)晶基質(zhì)組成。細(xì)晶巖呈細(xì)晶結(jié)構(gòu)?；匀蹘r發(fā)生了次生蝕變，殘留有少量細(xì)板條狀斜長(zhǎng)石，角礫形狀不規(guī)則，粒徑大小在2～6 mm，次棱角—次圓狀雜亂分布。巖屑含量約在45%～50%左右，成分主要有蝕變中基性熔巖、霏細(xì)巖、粉砂巖，炭質(zhì)蝕變巖和石英巖等。形狀不規(guī)則，粒徑大小在0.3～2 mm范圍內(nèi)。呈棱角—次棱角狀雜亂分布。晶屑很少約占5%左右，成分主要有石英，長(zhǎng)石極少。均呈不規(guī)則柱狀，粒徑大小在0.1～0.5 mm，棱角狀雜亂分布。碎屑之間的填隙物約占15%～20%，成分主要有綠泥石，其次有隱晶狀長(zhǎng)英質(zhì)和少量碳酸鹽。礦物均很細(xì)小為火山灰塵蝕變充填于碎屑之間。推測(cè)其成分可能是中基性熔巖質(zhì)。主要成分是綠泥石和隱晶狀長(zhǎng)英質(zhì)，可能是熔巖成分變質(zhì)形成。

3 巖石化學(xué)特征

根據(jù)晚奧陶世扣門子組火山巖巖石化學(xué)成分分析結(jié)果，巖石SiO2含量在44.75%～49.29%之間，屬于基性巖范圍，從H2O和燒失量數(shù)據(jù)較大的情況來(lái)看，巖石蝕變較嚴(yán)重，將4組樣品鐵調(diào)整后換算成100%，投點(diǎn)于國(guó)際地科聯(lián)推薦的TAS分類圖解上，可見樣品落入玄武巖與玄武安山巖系列?？紤]到由于該地區(qū)火山巖經(jīng)歷了蝕變作用和構(gòu)造變形，易發(fā)生K、Na等活動(dòng)性元素的遷移，因而，進(jìn)一步利用不活潑元素SiO2-Zr/TiO2×0.000 1圖解，樣品落入玄武巖、安山巖區(qū)域，與TAS圖解基本一致[3]。

樣品具有高的TiO2含量(1.25%～1.62%)，大多數(shù)樣品該值低于火山弧拉斑玄武巖平均值(0.84%)，與洋中脊拉斑玄武巖平均值(1.44%)較為一致；具有高的MgO(6.14%～7.97%)，Mg指數(shù)(46.61～50.21)、Al2O3(14.37%～16.10%)和低的P2O5(0.13%～0.18%)，其中Mg指數(shù)低于原生巖漿(68～75)，反映巖漿經(jīng)歷了一定程度的結(jié)晶分異作用；樣品的全堿含量(K2O+Na2O=1.37%～2.46%)較低，相對(duì)富鈉(Na2O的含量為1.45%～2.19%)貧K(K2O含量為0.15%～0.62%)。在SiO2-Na2O+K2O圖解中(圖1a)，所有巖石投點(diǎn)顯示為亞堿性系列巖石；利用AFM圖解(圖1b)進(jìn)行進(jìn)一步判別，扣門子組火山巖屬于拉斑系列。

圖1 晚奧陶世扣門子組火山巖化學(xué)特征

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 稀土元素特征

測(cè)區(qū)扣門子組火山巖稀土稀土元素總量總體偏低，樣品稀土元素總量較低(∑REE=43.08×10-6～96.54×10-6)略高于洋脊玄武巖平均值(MORB，39.11×10-6)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線上(圖2a)，稀土元素分布模式為輕稀土(LREE)輕微富集型，輕、重稀土分餾較弱((La/Yb)N=2.18～3.38)。具有弱的負(fù)Eu異常(Eu/Eu*=0.75～0.92)，表明巖漿上升過(guò)程中可能發(fā)生斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用。玄武巖的REE配分模式與洋島玄武巖(OIB)的REE分布模式區(qū)別明顯，與大洋中脊玄武巖(E-MORB)具有相似特征，但輕稀土元素(LREE)整體含量偏低。各樣品REE配分曲線基本平行，只有相對(duì)位置的高低，顯示稀土分異程度相當(dāng)，具有同源巖漿演化的特征。

圖2 火山巖稀土元素特征

4.2 微量元素特征

在微量元素蛛網(wǎng)圖(圖2b)中，樣品相對(duì)富集大離子親石元素Rb、Ba、Th元素。虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Ta、Zr、Hf，Sr無(wú)明顯異常。可見明顯高的Ti/Yb和Zr/Yb比值(分別為3 511.54～5 325.71，52～93)。樣品Nb/Ta比值為2.34～18.2，平均為12.16，低于OIB(17.78)與原始地幔Nb/Ta比值(17.5±2.0)。Zr含量為115×10-6～178×10-6，Zr/Hf比值為70.95～113.56，高于OIB(Zr/Hf=35.9)與原始地幔，遠(yuǎn)高于大陸地殼值(Zr/Hf=11)。相容元素Cr、Ni含量(分別為303～307×10-6和70.8～79.5×10-6)低于原生玄武質(zhì)巖漿范圍(Cr=300～500×10-6，Ni=300～400×10-6)，表明成巖過(guò)程經(jīng)歷了橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶作用。總體上微量元素的含量特征與富集型洋中脊玄武巖(E-MORB)接近。

5 構(gòu)造環(huán)境分析

研究區(qū)氧化物TiO2含量與洋中脊拉斑玄武巖平均值(1.44%)較為一致，所有樣品稀土配分曲線和微量元素蛛網(wǎng)圖均顯示出與E-MORB相似的地球化學(xué)特征。強(qiáng)不相容元素Th和Ta在軟流圈地幔中具有相近的豐度，在熔體與結(jié)晶礦物間具有相近的分配系數(shù)，該值是與俯沖相關(guān)的匯聚大地構(gòu)造環(huán)境判別的重要標(biāo)志。樣品Th/Ta=0.29～2.28，除一個(gè)樣品外，其余均高于MORB中Th/Ta值(一般小于1.6)，與大陸板內(nèi)玄武巖和島弧玄武巖Th/Ta值相當(dāng)。Th/Ta比值的增大可能由于巖漿與陸殼物質(zhì)發(fā)生混染，微量元素Ce/Y-Zr/Nb投圖亦顯示沉積物加入的趨勢(shì)較為明顯，表明大量陸殼物質(zhì)加入的可能性較大。進(jìn)一步采用抗蝕變?cè)厝鏩r、Y、Nb、La等進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境判別。在TiO2-MnO*10-P2O5*10判別圖(圖3a)中，樣品投點(diǎn)結(jié)果落入MORB區(qū)域；而在Ti/100-Zr-Y*3判別圖(圖3b)中，樣品投點(diǎn)落入火山弧鈣堿性玄武巖區(qū)域。

A 島弧拉斑玄武巖；B MORB、島弧拉斑和鈣堿性玄武巖；C 鈣堿性玄武巖；D 板內(nèi)玄武巖

圖3 火山巖成分特征

6 結(jié) 論

通常認(rèn)為弧后盆地玄武巖形成于消減帶之上的弧后盆地?cái)U(kuò)張洋脊環(huán)境，兼具有洋中脊和島弧玄武巖的成分特征。研究區(qū)巖石地球化學(xué)特征顯示，樣品相對(duì)富集LREE和LILE，而虧損HSFE，具有類似于火山弧玄武巖的特征。這種既具有洋中脊玄武巖的組分同時(shí)又具有島弧火山巖組分的成分特征通常被認(rèn)為是弧后盆地火成巖所特有。因此我們認(rèn)為火山巖形成于俯沖帶上的弧后盆地環(huán)境。

[1] 青海省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 青海省區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 1991.

[2] 青海省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 青海省巖石地層[M]. 武漢: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社, 1997.

[3] 李昌年. 火山巖微量元素巖石學(xué)[M]. 武漢: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社, 1992.

Geochemical Characteristics and Tectonic Environment of Volcanic Rocks of Ordovician Koumenzi Fm in Qinghai

ZENG Xianwen

(ChinaShanxiNuclearIndustryGroupGeologyResearchInstituteLimited,Xi’an,Shanxi710100,China)

Northern Qilian orogenic belt is adjacent to middle Qilian area, which is a large area of Qinqikunshan formation. The volcanic rocks of ordovician were deposited in shallow Marine facies of the group, which was distributed in the area of Zhalong Ditch and Datong River in the northeast area. Based on geological characteristics, we have studied volcanics petrology characteristics in the area, including an analysis of the rock geochemical characteristics. After an analysis was carried out on the rock geochemical characteristics, we made an analysis of the comprehensive geological and geochemical characteristics about the volcanic rocks in back-arc basin formed in the subduction zone environment.

Volcanic rock; Geochemistry characteristic; Tectonic environment

2017-05-30

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青海省樂(lè)都縣引勝地區(qū)1:5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(12120113033012)

曾獻(xiàn)文(1965-)，男，湖南常德人，高級(jí)工程師，研究方向：地質(zhì)礦產(chǎn)勘查，手機(jī)：13468610049，E-mail：13609248663@163.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.010