贵州省大方地区二叠纪玄武岩地球化学特征*

张腊梅 马润则 陈 娟 胡 晰 何显川

(成都理工大学地球科学学院)

贵州省大方地区二叠纪玄武岩地球化学特征*

张腊梅 马润则 陈 娟 胡 晰 何显川

(成都理工大学地球科学学院)

分布于贵州省大方地区的玄武岩属亚碱性拉班玄武岩系列岩石。通过对其主量元素、稀土微量元素及同位素特征进行分析，显示具有与洋岛玄武岩(OIB)相似的源区，与地幔柱活动有关。大方玄武岩具有Nb、Ta负异常特征，表明其为大陆拉班玄武岩，同时Sr、Eu显示负异常特征，说明岩石中发生了广泛的斜长石结晶分离。大方玄武岩Th/Nb<1，Nb/La<1，说明大方玄武岩在形成过程中受到强烈的岩石圈地幔组分的混染。采用构造环境判别图解法对大方玄武岩的地球化学特征进行分析，从而确定该地区玄武岩的喷发构造环境为大陆裂谷区。

玄武岩 地球化学特征 地幔柱 构造环境

贵州二叠纪玄武岩系峨眉山玄武岩的重要组成部分，历来受到地质学界的密切关注，但对于外带贵州境内的玄武岩研究相对较少。为此，依托响水、大方等地区1∶50 000区域地质调查项目，在贵州省大方等地区进行了长期的区域地质调查工作，获得了该地区玄武岩的地球化学数据。以大方县珠场玄武岩剖面为例,对该地区二叠纪玄武岩进行主量元素、微量元素及稀土元素等地球化学特征研究，对其源区和喷发构造环境进行了分析，并且与前人对峨眉山东岩区玄武岩的地球化学性质研究成果进行对比，讨论该岩区和贵州境内不同地区玄武岩的成因关系，为峨眉山大火成岩省的进一步研究提供参考。

1 地质背景

贵州二叠纪玄武岩位于峨眉山大火成岩省的东部，在贵州省境内主要出露于西部地区。玄武岩分布区呈向东凸的舌形，西厚东薄，最厚处位于威宁舍居乐，厚1 249 m，黔西—安顺一带的峨眉山玄武岩厚仅数十米，并在瓮安至福泉一带附近尖灭，主要成岩被假整合于下二叠统茅口组灰岩之上，局部地区与茅口组灰岩呈整合接触关系[1]。

大方县二叠纪玄武岩位于黔西北毕节市境内，大地构造处于扬子准地台内，位于NW向的紫云—娅都断裂、NE向的罗平—贵阳断裂和SN向的小江断裂所夹持的三角形区域内。研究区出露一大套厚层状玄武岩，由下、中、上多段玄武岩地层及两层灰岩夹层组成。玄武岩组(包括灰岩夹层)与下伏茅口组之间产状一致，地层连续，未见明显古风化壳，为整合接触关系。

玄武岩组内部岩性段特征为：①下部玄武岩段(见图1中第7层)岩性为灰黑色微晶玄武岩，含少量2～3 mm厚的杏仁体；②下部灰岩段(见图1中8～10层)岩性为深灰色厚层微晶灰岩夹中—薄层生物碎屑灰岩,见腹足、蜓、介壳、棘皮化石，具缝合线构造；③中部玄武岩段(见图1中11～15层)岩性为灰黑色微晶玄武岩与杏仁状玄武岩不等厚互层，夹含杏仁状玄武岩，构成2个韵律层；④上部灰岩段(见图1中第16层)岩性为深灰色—灰白色—灰黑色中—薄层硅质岩、深灰色中—薄层微晶灰岩夹深灰色薄层凝灰岩；上部玄武岩段(见图1中17～27层)岩性为灰黑色隐晶-微晶玄武岩、杏仁状玄武岩夹玄武质火山集块角砾岩、火山角砾岩及少量凝灰岩、沉凝灰岩，上部风化强烈，形成弱风化微晶玄武岩、强风化杏仁状玄武岩、强风化火山角砾岩及强风化凝灰岩等；⑤最顶部的风化玄武质岩石厚度较大，约42.1 m，具有古风化壳特征，与上覆龙潭组呈平行不整合接触。玄武岩产于茅口组与龙潭组之间，且玄武岩地层中夹有2层与茅口组相似的灰岩夹层，故其喷发时代可能在二叠世晚期，区域上可能为中—晚二叠世。

2 样品来源及测定结果

以大方县珠场玄武岩剖面为例，共采集7件样品。主量元素及稀土、微量元素测试结果见表1。同位素测定结果见表2。

3 岩石学特征

(1)微晶玄武岩。灰黑色，无斑间粒结构，块状构造，基质主要由斜长石(含量为64%～77%)，辉石(含量为15%～26%)，及少量绿泥石、橄榄石、角闪石和金属矿物组成。其中辉石主要为普通辉石，有绿泥石化，斜长石有钠黝帘石化现象，基质多被褐铁矿染成褐黄色。

图1 二叠系峨眉山玄武岩组实测地层剖面

(2)杏仁体玄武岩。岩石具少斑状结构，基质具玻晶交织结构,发育杏仁体状构造。斑晶零星可见，呈短板状，粒径小于0.5 mm，为中基性斜长石。基质主要由斜长石(含量为42%～66%)、辉石(含量为17%～26%)、隐晶质、少量石英及金属矿物组成。杏仁体含量为1%～27%，呈规则的椭球状、浑圆状，内部主要充填褐绿色绿泥石、蛋白石和硅质石英。根据杏仁体含量可分为含杏仁玄武岩和杏仁状玄武岩。基质局部呈不规则团状发生弱的碳酸盐化作用。上部玄武岩风化较严重，斜长石多发生粘土化、褐铁矿化现象，仅保留了假象结构，隐晶质多发生褐铁矿化。

(3)蚀变英安质凝灰岩。岩石为灰黑色，蚀变凝灰结构，风化作用极为强烈，有大量的褐铁矿覆盖分布，镜下除了可见少量斜长石、石英晶屑外，其余组分多不可见。晶屑粒径多小于0.25 mm，包括斜长石和石英，有一定的熔蚀现象，不均匀分布，岩屑、玻屑多不可见。胶结物主要为粒径较细的火山灰，风化强烈，覆盖了大量的褐红色粉末状褐铁矿，正交偏光下没有光性特征。

(4)火山集块角砾岩。灰黑色，角砾呈棱角状，大小不一，粒径多为2～10 cm，大者可达50 cm，杂乱分布，成分为不同结构的玄武岩，主要为微晶玄武岩和杏仁状玄武岩。

表1 大方地区玄武岩的主量(%)及微量(×10-6)元素分析结果

表2 大方玄武岩的Sr、Nd同位素数据

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素特征

由表1可知，大方玄武岩的σ值为0.80～2.67，均小于3.30，主要为拉班玄武岩系列。ω(TiO2)= 4.08%～4.31%，Ti/Y>500，属于高钛玄武岩。在w(FeO*)-w(MgO)-w(Al2O3)三角图(见图2)上，玄武岩投影点落在大陆内部，表明大方玄武岩为大陆拉班玄武岩。

图2 大方玄武岩的FeO*-MgO-Al2O3判别图解

4.2 微量元素特征

由大方玄武岩微量元素原始地幔标准化分配模式图可知，大方玄武岩与织金、黑石头两地的玄武岩具有相似的微量元素特征，明显富集Ba、Th、U、La、Ce、Nd、Hf、Sm，亏损Sr、Nb等，而Zr、Y、Yb等含量变化不大，Sr亏损与岩浆中富Sr的副矿物及斜长石的分离结晶有关。不同的是，大方玄武岩具有明显的Ta负异常，而织金、黑石头显示出Ta的正异常，表明大方玄武岩受到强烈的地壳混染，而织金、黑石头的玄武岩受地壳混染作用不明显。

4.3 稀土元素特征

由大方玄武岩的稀土元素分配图及特征参数可知，大方玄武岩稀土总量变化较大，含量为(295.74～402.76)×10-6，平均值为 321.48×10-6；

LREE/HREE 为7.50～9.31，平均值为8.06，LaN/YbN为 8.23～11.93，平均为9.89，δEu为0.45～0.58，平均为0.52，显示明显的负铕异常，说明在岩浆分离结晶过程中，有斜长石不断被移出，从而导致残余熔浆中Eu的亏损。大方玄武岩表现出轻稀土富集的右倾型配分模式，具有与OIB相似的地球化学特征，从稀土元素分配图上也可见大方玄武岩与织金、黑石头的模式特征基本一致。

5 讨 论

5.1 源区分析及与峨眉山地幔柱的关系

大方玄武岩的微量、稀土元素特征与织金、黑石头玄武岩特征具有相似性，且与洋岛玄武岩(OIB)具有极为相似的稀土元素分布模式。不相容元素比值是很好的示踪剂，大方玄武的Zr/Nb为 8.31，La/Nb为1.23，Ba/Nb为14.02，Ba/Th为87.64，Rb/Nb为0.67，Th/Nb为0.16，Th/La为0.13，Ba/La为11.29(平均值)，具有与OIB相似的特征[2](见表3)，且与EMⅡ OIB最为相近，表明大方玄武岩起源于富集型地幔源，而这正是地幔热柱的重要地球化学标志[3]。Nb/La<1、高La/Nb值是受到岩石圈地幔组分混染的大陆玄武岩特征的表现。大方玄武岩的La/Nb值为1.23(平均值)，表明受到强烈的岩石圈地幔组分地混染,织金、黑石头玄武岩也表现出类似特征。这说明大方、织金和黑石头地区的玄武岩具有与OIB相似的地球化学特征和源区，是地幔柱作用的产物[4-5]。

表3 大方玄武岩不相容元素比值

OIB的源区并不是唯一的，不同地区的物质来源也不尽相同[6]。Hofmann将OIB分成HIMU型OIB、EMⅠ型OIB和EMⅡ型OIB等3个不同的端元，其物质来源是古洋壳脱水残余物。HIUM型OIB物源为俯冲至下地幔的古洋壳，EMⅠ型OIB和EMⅡ型OIB源区也是俯冲古洋壳的脱水残留物，但EMⅠ型OIB有深海沉积物的加入，而EMⅡ型OIB有陆源沉积物的加入。在87Sr/86Sr-143Nd/144Nd相关图(见图3)中，大方、织金和黑石头玄武岩投影点大部分落在EMⅡ型OIB区域，仅有有黑石头的个别点落在原始地幔，由此说明大方、织金和黑石头的玄武岩源区来自于相同的富集地幔，这与不相容元素比值所显示的特征一致。

图3 大方玄武岩的锶、铷同位素特征[6-7]

低Ti玄武岩主要由地幔柱岩浆活动早期中心部位岩石圈在高度拉张减薄环境下大量地幔上涌、高程度部分熔融作用形成的；高Ti玄武岩则是在地幔柱活动相对较弱的阶段特别是地幔柱活动中心的边缘地带，岩石圈较厚、熔融程度相对较低的条件下形成的[7]。前人将峨眉大火成岩省分为盐源—丽江岩区、攀西岩区、贵州高原岩区和松潘—甘孜岩区[8]，盐源—丽江岩区以高镁低钛为特征，贵州高原岩区显示低镁高钛的特点，而攀西岩区则介于两者之间[9]。大方玄武岩作为峨眉山大火成岩省的东岩区，Ti/Y>500，属于高钛玄武岩，形成于地幔柱头部的边缘，是热柱边部或消亡期地幔低程度部分熔融的产物。

5.2 构造环境分析

峨眉山玄武岩分布于盐源—丽江拗陷、康滇隆起及滇黔拗陷等3个次级单元中，主要出露范围呈长轴近南北的菱形[10]。大方玄武岩正是位于峨眉山大火成岩省的东岩区滇黔拗陷内，其喷发构造环境为拗陷区，是拉张应力的产物[11]。由于Zr 和Y在大陆玄武岩遭到地壳或岩石圈混染时不会受到影响而发生浓度改变，因此可以利用Zr-Zr/Y图解(见图4)对玄武岩构造环境进行鉴别。大方玄武岩的Th/Yb-Ta/Yb相关图(见图5)显示出其主要形成于大陆活动边缘。大方玄武岩Th/Nb为0.16，Nb/Zr为0.12，属大陆裂谷区玄武岩，由此可见，大方玄武岩的喷发环境为板内裂谷。

图4 大方玄武岩的Zr-Zr/Y判别图解

图5 大方玄武岩的Th/Yb-Ta/Yb关系

6 结 论

(1)大方地区玄武岩为大陆板内拉班玄武岩，TiO2含量高，Ti/Y>500，属于高钛玄武岩，是在地幔柱活动中心的边缘地带，岩石圈较厚，熔融程度相对较低的条件下形成的。

(2)大方玄武岩显示了明显的Sr、Eu 负异常，这是由岩浆中发生了广泛的斜长石结晶分离所致。通过与附近织金、黑石头地区的玄武岩对比，其主量元素及稀土、微量元素特征、同位素地球化学特征显示出大方武岩具有与OIB相似的源区。来自于与上地壳有关的EMⅡ型OIB富集型地幔，是峨眉山地幔柱的一部分，但Nb/La<1，Ta、Nb的负异常表明大方玄武岩受到强烈的岩石圈地幔组分混染。

(3)大方玄武岩位于滇黔拗陷内，根据其地球化学数据对其进行分析判别，结果表明，大方玄武岩的喷发环境为陆内裂谷及陆缘裂谷。

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Geochemical Characteristics of the Permian Basalts in Dafang Area in Guizhou Province

Zhang Lamei Ma Runze Chen Juan Hu Xi He Xianchuan

(College of Geosciences, Chengdu University of Technology)

The basalts in Dafang area is located in Guizhou province, which is belongs to the type of subalkaline tholeiitic basalt. Based on analyzing the characteristics of the major elements, trace elements and isotope of the basalts,the analysis results show that,the characteristics that is analyzed is similar to the oceanic island basalt(OIB) source region and related to the mantle plume activity. The Dafang basalts has the negative anomaly characteristics of Nb and Ta,so,it show that, the generous basalts is belongs to continental tholeiitic basalts, at the same time, the negative anomaly characteristics of Sr and Eu is displayed,so,it is show that, a wide range of plagioclase crystallization separation is happened in these rocks. The values of Th/Nb and Nb/La of Dafang basalts are both lover than 1, which show that,the basalts is strongly contaminated by the lithospheric mantle components in the process of formation. The tectonic discrimination diagrams is applied to analyze the geochemical characteristics of Dafang basalts, it is ensured that the tectonic environment of Dafang basalts is continental rift zone.

Basalts, Geochemical characteristics, Mantle plume, Tectonic environment

*贵州1∶50 000响水、百纳、大方、林泉、牛场坡、沙窝(G48E005015、G48E005016、G48E006015、G48E006016、G48E007015、G48E007016)6幅岩溶石山区域地质调查项目(编号：12120113051900)。

2014-12-15)

张腊梅(1990—)，女，硕士研究生,610059 四川省成都市成华区二仙桥东三路1号。