甘肅省北山墩墩山群火山巖地球化學特征及構造環境分析

何平平, 李 倩, 賈 軒, 周賢君

(甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院,甘肅 蘭州 730020)

甘肅北山屬古中亞巨型縫合帶的復合部位，介于哈薩克斯坦板塊、塔里木板塊和華北三大板塊的交匯處。該地區地層出露較為齊全，地質構造復雜，火山活動頻繁，中酸性火山巖分布廣泛，因其豐富的礦產資源備受地學界的關注[1]。本文通過對北山地區墩墩山群火山巖巖石地球化學進行研究，以探討構造環境。

1 地質及巖石學特征

泥盆世墩墩山群地層呈近東西向展布，出露面積較廣。該地層按巖性組合分為上、下兩個巖性段，上部為英安質火山角礫巖、角礫凝灰巖、角礫熔巖及熔結角礫凝灰巖夾流紋巖；下部為玄武巖、安山巖、玄武安山巖及安山質角礫巖夾凝灰質砂巖，巖性橫向變化較大，多呈透鏡體[2]。墩墩山群與三個井群呈不整合接觸(圖1)。

本次研究采集的火山巖分為兩類，一類是英安質凝灰巖，另一類是英安巖，均屬陸相火山噴發巖，垂向上從早到晚火山作用由弱到強，以中基性噴溢相與噴發間歇相交互→強烈的酸性爆發相為主。

(1)英安質凝灰巖：巖石風化面呈灰、淺灰色，新鮮面呈灰白色、紫灰色、灰色，凝灰結構，塊狀構造。巖石由約5%巖屑、約5%晶屑、約90%火山灰組成。巖屑，灰黑色、灰色，棱角狀-次棱角狀，成分為玄武巖、安山巖、安山質凝灰巖、英安巖、英安質凝灰巖，大小0.2～2 mm；晶屑，成分為斜長石、石英、少許黑云母，灰白色、灰色、黑色，棱角狀-次棱角狀，粒徑0.2～2 mm；填隙物為火山灰，細小難辨。

圖1 甘肅省北山地區墩墩山一帶地質簡圖

1—第四系；2—上泥盆統墩墩山群；3—中泥盆統三個井群；4—上奧陶統錫林柯博組；5—奧陶統羅雅楚山組；6—中上寒武統西雙鷹山組；7—下寒武統雙鷹山組；8—薊縣系平頭山組；9—前長城系敦煌群；10—安山玢巖；11—花崗巖；12—次英安巖；13—次流紋英安巖；14—輝長巖；15—實測斷層；16—推測斷層；17—不整合界線；18—樣品采集區域

(2)英安巖：巖石風化面呈灰、淺灰色，新鮮面呈灰白色、紫灰色、灰色。巖石由斑晶和基質兩部分組成，斑狀結構，基質為隱晶質結構，塊狀構造。斑晶由5%～20%斜長石、2%～3%石英、3%～5%黑云母組成。斜長石，灰白色，自形-半自形，柱狀，粒徑0.2～2.5 mm；石英，灰色，半自形，粒狀，粒徑0.2～2.0 mm；黑云母，黑色，片狀，粒徑0.2～1.0 mm；基質由隱晶的長英質組成。

2 主量元素地球化學特征

從表1可見，墩墩山群陸相火山巖中化學成分總體變化趨勢是：隨著SiO2增長，TiO2、TFe2O3、MgO、CaO、MnO、P2O5等組分大體呈降低的趨勢，而K2O有增長的趨勢，Na2O、Al2O3則無明顯的變化規律，這可能與斜長石的分離結晶作用有關。英安質凝灰巖的巖石固結指數(SI)為20.86～20.97，英安巖為7.9，表明英安巖比英安質凝灰巖巖漿分異程度高；英安質凝灰巖中的A/NCK為0.66～0.84，英安巖為1.09，表明它們分別屬于偏鋁質巖石系列和準鋁質巖系列；英安質凝灰巖和英安巖的里特曼指數(σ)為2～2.39，均屬鈣堿性巖石。

表1 墩墩山群火山巖主量元素分析結果表(%)

3 微量元素地球化學特征

從微量元素特征表(表2)和微量元素原始地幔蛛網圖(圖2)中可以看出，墩墩山群火山巖微量元素分為較明顯的兩組，一組總體略平坦,巖性為英安質凝灰巖，曲線總體右緩傾，其中Nb、Ta、Sr虧損較強烈，K、Pb呈弱隆起狀。另一組元素曲線起伏較大，巖性為英安巖，大離子親石元素除Sr外總體富集，Rb、K、Pb、Zr呈隆起狀，Sr、P、Ti強烈虧損，Nb、Ta元素弱虧損[3]。

表2 墩墩山群火山巖微量元素分析結果表(×10-6)

圖2 墩墩山群火山巖微量元素原始地幔標準化蛛網圖

從稀土元素特征表(表3、表4)和稀土元素球粒隕石標準化圖中(圖3)可以看出，墩墩山火山巖稀土元素總體較富集，曲線總體右傾，表明輕稀土較重稀土分異程度高。輕稀土總體斜率較大，重稀土總體呈平坦狀，說明輕稀土內部分餾程度較重稀土高，δEu異常介于0.64～0.93，均為負異常，可能與斜長石為大量析出有關。

表3 墩墩山群火山巖稀土元素分析結果表(×10-6)

表4 墩墩山群火山巖稀土元素特征值表

圖3 墩墩山群火山巖稀土元素球粒隕石準化分布型式圖

4 構造環境分析

墩墩山群火山巖的巖石組合以中基性火山巖與酸性火山巖為主，顯示出較為典型的雙鋒式火山巖組合，是典型裂谷環境的產物。在Zr-Zr/Y圖中(圖4)，樣品有2個落入板內火山巖區，1個落入MORB中。在Ti-Zr圖中(圖5)中，樣品也是有2個落入板內環境，1個落入MORB中。由此推斷，墩墩山群火山巖產于裂谷環境，是北山晚古生代多旋回陸內裂谷初拉張的產物。

圖4 墩墩山群火山巖Zr-Zr/Y圖解

A區為火山弧玄武巖；B區為MORB；C區為板內玄武巖；D區為MORB和火山弧玄武巖(據Pearce和Nory，1973)

圖5 墩墩山群火山巖Ti-Zr圖解(據Pearce和Cann，1973)

5 結論

(1)墩墩山群火山巖為陸相火山巖，均屬鈣堿性巖石，其化學成分隨SiO2增長大體呈降低的趨勢，這可能與斜長石的分離結晶作用有關。

(2)從微量元素特征來看，墩墩山火山巖可分為兩組，一組元素曲線略平坦，Nb、Ta、Sr虧損較強烈，另一組元素曲線起伏較大，Sr、P、Ti強烈虧損，Nb、Ta呈弱虧損。

(3)從稀土元素特征來看，墩墩山火山巖稀土元素總體較富集，標準化曲線總體右傾，且δEu均為負異常，表明輕稀土較重稀土分異程度高。

(4)墩墩山群火山巖的巖石組合以中基性火山巖與酸性火山巖為主，顯示出較為典型的雙鋒式火山巖組合，是典型裂谷環境的產物。