伊通實習基地玄武巖的特征及其成因分析

2018-04-09 03:30:19鄧承來董福湘常梁杰邱明峰李霞鵬

吉林地質 2018年1期

鄧承來，董福湘，常梁杰，邱明峰，李霞鵬

長春工程學院，吉林長春 130012

0 引言

伊通大孤山玄武巖位于吉林省四平市伊通滿族自治縣大孤山鎮。關于伊通玄武巖火山群也有一些學者做了相應的研究工作[1-10]，對伊通火山群地質地貌及旅游地質資源、火山群遺跡、火山機構、地球化學特征、玄武巖的巖漿起源等進行了研究，但對玄武巖的成因研究，都不算十分完整。本文意在研究伊通實習基地所處大地構造位置基礎上，通過調查實習區所出露玄武巖的分布特征，進而在玄武巖的化學成分研究基礎上，系統研究該區玄武巖的類型、堿度、巖漿演化及來源深度，對玄武巖形成的構造環境進行判別。

1 地質背景及巖相學特征

在巖體分布圖中，火山群有七座火山，南列為小孤山、大孤山、團山子、西尖山及東尖山，北列為莫里青山和馬鞍山[2]，其中大孤山海拔高430 m，山體高150 m，山體呈似圓錐體，底座直徑800 m，分布面積0.64 km2。東南角有一小出口，其余三面被高地所圍。其玄武巖體橫截面多呈四邊形,直徑10～30 cm左右,為長短參差不齊的短柱狀,巖柱直立產出,總體形態為塔形[4]（圖1）。

圖 1 研究區玄武巖地質分布圖Fig.1 Geological distribution of basalt in the study area

伊通地區火山群位于伊通地塹平原，該地塹位于郯廬深大斷裂的北延部分[9]，寬約25 km，面積約為3 400 km2。自晚三疊世以來,由于太平洋板塊向歐亞板塊運動,使中國東部產生了一系列北東向構造薄弱帶,沿這些構造薄弱帶,受熱的具一定塑性的地幔物質向上運動發生底辟作用,使伊通斷裂帶發育成地塹型裂陷盆地[7]。根據前人資料顯示，大孤山所處位置由東西向、北西向、北東向（華夏式構造）構造的復合部位[3]，特別是新生代之后，在太平洋板塊與歐亞板塊的俯沖作用影響下，其構造活動頻繁，導致高熱流值異常的含水上地幔在底辟上升過程中熔融并分凝,從而決定了本區新生代玄武巖漿的性質和火山活動特征[4]（圖2）。

根據手標本觀察，大孤山玄武巖有四組解理面，隱晶質結構，長柱狀構造。鏡下可觀察到以橄欖石為斑晶的斑狀結構[7]，橄欖石的含量在20%～25%之間，其主要特征是：（1）單偏光鏡：無色，正高突起，裂紋發育，多為半自形，少數也可見自形晶，呈菱形。粒度最大可達1 mm，最小0.15 mm；（2）正交偏光鏡：二級頂至三級底干涉色，平行消光?；|由紫蘇輝石（15%～20%），斜長石（20%～25%），玻璃質以及磁鐵礦構成，呈間粒結構。8號、9號、12號含有較多的玻璃質，故基質呈間粒間隱結構。斜長石搭成三角格架，內部充填輝石顆粒，沿著橄欖石的裂紋還可見到黑云母的蝕變，局部還可見到輝石顆粒的聚集。綜上所述，對其定名為橄欖玄武巖[7]。且其MgO高(平均10.02%)、堿高（平均5.87%）、TiO2高（平均2.26%）；而低SiO2（平均43.39%）、低Al2O3（平均13.9%），與前人結論相近。

2 樣品采集和分析方法

本次研究所用的樣品采自伊通地區大孤山的新鮮巖體。樣品的主元素和微量元素分析均在國土資源部長春礦產資源監督檢測中心完成。巖石主元素及Zr、Hf、Ba采用ADVANT’X型X射線熒光光譜儀方法完成，溫度23℃，濕度40%和45%，檢測依據分別為GB/T14506.28-2010、DZ/T0167-2006；微量元素及稀土元素采用等離子體質譜儀完成，儀器型號XSeries2，溫度24℃，濕度70%，檢測依據為GB/T14506.30-2010和GB/T14506.29-2010；FeO采用50 ml滴定管測定，溫度23℃，濕度55%，依據GB/T14506 14-2010；LOI采用ALB-124型天平測定，溫度24℃，濕度55%，依據DZG20.01-1991。本文利用Geokit軟件[11]對巖石地球化學數據進行了處理。

圖 2 研究區玄武巖構造略圖[1]Fig.2 Basalt structural sketch in the study area

圖 3 樣品照片Fig. 3 Photos of sample

3 巖石地球化學特征

3.1 常量元素

分析結果見表1。

表 1 大孤山玄武巖常量元素分析結果Table 1 Analytical results of constant elements of the Dagushan basalt (%)

根據Zr/TiO2-SiO2圖解（圖4）的結果可知，樣品點均落在玄武巖區（Bas區）及其邊界線上。

利用里特曼指數法（表2）、AR- SiO2圖解（圖5）對研究區玄武巖的堿度進行分析，樣品點均落在了過堿性區域內，且里曼指數的計算結果也表明其為過堿性，兩者結果相吻合。在SiO2-K2O圖上(圖6)，樣品點均落在鉀玄巖區域內，且均處于玄武巖區內與圖4的結果和鏡下鑒定的結果以及前人的結果[7，8]相吻合。

表 2 里特曼指數計算結果Table 2 Caculation results of the Litman index

圖 4 Zr/TiO2-SiO2圖Fig. 4 Zr/TiO2 - SiO2 fi gure

圖 5 AR-SiO2圖Fig. 5 AR - SiO2 fi gure

圖 6 SiO2-K2O圖Fig.6 SiO2 - K2O fi gure

3.2 微量元素

分析結果見表3。

表 3 大孤山玄武巖稀土元素以及其他微量元素分析結果Table 3 Analytical results of rare earth elements and other trace elements（μg/g） of the Dagushan basalt

據上表數據，做出微量元素原始地幔蛛網圖[12]（圖7）和稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖[13]（圖8）,可以觀察到不出現Nb和Ta的虧損，出現Ba等大離子親石元素的富集，與洋島玄武巖的分配模式相似，且可以明顯觀察到K的富集。

大孤山玄武巖稀土元素含量為(∑REE=(178.94～198.26)μg/g)，輕重稀土強烈分異 (La/Yb)N=22.1～25.8且LREE/HREE比值為（LREE/HREE=(9.28～9.65)×10-6），表現出LREE富集、HREE虧損的特點，與洋島堿性玄武巖的分配型式圖相似[14]；由于樣品有限，不能使用哈克圖解進行巖漿演化趨勢的說明，根據前人資料[7、8]本區玄武巖演化趨勢自下而上其成分與一般玄武巖趨勢相反，其演化趨勢不可用結晶分異過程來解釋，而是由于部分熔融程度的差異所導致，該結論與王振中[2]所得結論一致。

圖 7 微量元素標準化蛛網圖Fig.7 Standardized spider diagrams of original mantle of trace elements

圖 8 稀土元素配分模式圖Fig.8 Standard distribution pattern of chondritic meteorite of rare earth elements

圖 9 TiO2-10MnO-10P2O5圖Fig. 9 Diagram of TiO2-10MnO-10P2O5

圖 10 TiO2-TFeO/MgO圖解Fig. 10 Diagram of TiO2-TFeO/MgO

4 討論

4.1 成因類型

根據TiO2-TFeO/MgO圖解（圖9），樣品點均落在OIB區，即洋島玄武巖區，結合前文里特曼指數計算結果，推斷其為洋島堿性玄武巖。TiO2-10MnO-10P2O5圖（圖10）中，樣品點也均落在OIA區，即洋島堿性玄武巖區,所得結論與前文吻和且與張輝煌[5]所得結論一致。

4.2 構造環境

根據F1-F2-F3圖解（圖11和圖12），除在F2-F3圖解上，一號樣品點落在CAB區（鈣堿性玄武巖區）以外，其他的樣品點均落在了WPB區（板內玄武巖）。自晚三疊世以來,由于太平洋板塊向歐亞板塊運動,使中國東部產生了一系列北東向構造薄弱帶，沿這些構造薄弱帶,受熱的具一定塑性的地幔物質向上運動發生底辟作用,使伊通斷裂帶發育成地塹型裂陷盆地[8-10]證明其構造環境為板內環境。

根據余芳等[8]以及Ellam[15]利用W（Sm）與W（Yb）的比值來反演巖漿來源深度的圖解，將所采樣品的分析結果（表4）投影在圖上，結果（圖13）顯示其來源深度為82 km～96 km，與經LKP模型[7]投影出來的結果相近。