安徽清凉峰—浙江天目山地区晚中生代火山岩地球化学特征及成因探讨

2016-05-11奚兴符吴海权

宿州学院学报 2016年6期

关键词：流纹岩天目山莫干山

奚兴符，吴海权

1.安徽省地质矿产勘查局322地质队，安徽马鞍山，243000 2.安徽省地质调查院，安徽合肥，230001

安徽清凉峰—浙江天目山地区晚中生代火山岩地球化学特征及成因探讨

奚兴符1，吴海权2

1.安徽省地质矿产勘查局322地质队，安徽马鞍山，243000 2.安徽省地质调查院，安徽合肥，230001

利用岩性—岩相双重填图方法,首次对调查区内晚中生代火山岩进行了详细的调查和划分。将其划分为黄尖旋回，同时根据火山活动的特点及岩石组合等将其划分为昌化、天目山、莫干山三个喷发小区，各喷发小区又可划分为两个亚旋回，并对其岩石化学和地球化学特征等作了较系统的描述；查明了区内火山活动属于裂隙—中心式喷发，恢复和圈定了数处火山机构，并对火山岩成因及其喷发机制、演化规律等进行了探讨，研究表明区内晚中生代火山岩系属钙碱性—碱钙性系列, 岩浆可能来源于下地壳和上地幔，即幔壳型，形成于岛弧或活动大陆边缘。

清凉峰—天目山地区；晚中生代火山岩；黄尖旋回；岩石化学和地球化学特征；钙碱性—碱钙性系列；幔壳型

研究区位于屯溪—天目山—苏州火山喷发带上，晚中生代火山岩发育。《1∶20万宣城、广德及临安幅区域地质调查》[1-2]将区内晚中生代火山岩划分为劳村组、黄尖组，通过本次区域调查，对区内原1∶20万宣城、广德及临安幅所划分的劳村组、黄尖组火山岩进行对比研究，并对邻区建德劳村原劳村组标准剖面进行了实地考察，认为区内的劳村组应以碎屑沉积岩为主，局部夹火山碎屑沉积岩，而黄尖组岩性则是以中酸性熔岩及其碎屑岩为主，偶夹沉积岩薄层。因此，将区内原1∶20万宣城、广德及临安幅所划分的夹有大量火山岩的劳村组均归入黄尖组，均属黄尖旋回火山活动的产物，并对其岩石化学和地球化学特征等作了较系统的描述，基本查明了区内火山活动特点，同时对其喷发机制、演化规律进行了探讨[3]。

1 地质概况

研究区内晚中生代火山岩分布于安徽清凉峰—浙江天目山、莫干山一线(图1)，根据火山岩岩石组合、喷发韵律以及岩浆演化序列等，将其划分为黄尖旋回，其火山岩为安山质→粗安质→英安质→流纹质→粗面岩(石英粗面岩)组合，主要由安山岩、粗安岩、英安岩、流纹岩、粗面岩(石英粗面岩)及其碎屑岩等组成。

区内黄尖旋回火山岩属浙西北火山岩带的一部分,其展布方向明显受北东向构造控制,根据浙江德清县莫干山熔结凝灰岩同位素年龄为139～145 Ma[4],天目山盆地内流纹岩、英安岩同位素年龄为133.6～135 Ma[5]，与火山岩系相伴生的莫干山花岗岩同位素年龄为128.1 Ma[6]，表明黄尖旋回火山岩应属燕山晚期构造岩浆活动的产物。根据火山活动的先后顺序及岩性岩相等特征，将区内黄尖旋回火山岩划分为昌化、天目山、莫干山等三个喷发小区，该旋回大致可划分为两个亚旋回，但各喷发小区火山岩的岩石组合存在差异。

昌化喷发小区黄尖旋回第一亚旋回为英安岩→流纹岩组合，以英安岩为主，大致可分为三个不完整的火山喷发韵律(图2)，每个喷发韵律由英安质→流纹质或流纹质岩石组成；第二亚旋回为英安岩→流纹英安岩→流纹岩组合，以流纹岩为主。

天目山喷发小区黄尖旋回第一亚旋回为英安岩→流纹岩→英安岩组合，以英安岩为主，至少可分为两个不完整的火山喷发韵律(图2)，每个喷发韵律由英安质→流纹质或英安质岩石组成；第二亚旋回为流纹岩→英安岩→流纹岩→粗面岩组合，以流纹岩为主，至少可分为三个较完整的火山喷发韵律(图2)，每个喷发韵律由流纹质或英安质→流纹质或流纹岩→粗面质岩石组成。

图1 安徽清凉峰—浙江天目山地区晚中生代火山岩分布及其岩性、岩相构造略图

莫干山喷发小区黄尖旋回第一亚旋回为安山岩→粗安岩→流纹岩组合，火山喷发韵律相对较发育，大致可分为两个不完整的火山喷发韵律(图2)，每个喷发韵律由安山质→流纹质或粗安质→流纹质岩石组成；第二亚旋回为流纹岩→粗面岩组合，可分为两个较完整的火山喷发韵律(图2)，每个喷发韵律由流纹质→粗面质岩石组成。

图2 黄尖旋回火山喷发韵律柱状对比图

2 火山岩的岩石化学及地球化学特征

2.1 岩石化学特征

区内黄尖旋回的岩石化学成分见表1、2[7-9]，将其投影于火山岩化学分类图解中(图3)，从图中可看出：黄尖旋回火山岩为安山岩→粗安岩→英安岩→流纹岩→粗面岩(石英粗面岩)组合，其中昌化喷发小区以流纹岩为主；天目山喷发小区第一亚旋回为粗安岩→英安岩→流纹岩组合，第二亚旋回为英安岩→流纹岩→石英粗面岩组合；莫干山喷发小区第一亚旋回为安山岩→粗安岩→流纹岩组合，第二亚旋回为英安岩→流纹岩→粗面岩(石英粗面岩)组合。该旋回的演化是以酸度、碱度的变化较大为主要特征。

从表1可看出，区内黄尖旋回的SiO2为58.15%～76.71%，平均值为68.80%；K2O+Na2O为5.33%～10.96%，平均值为8.50%；Na2O/K2O为0.2～1.87，平均值为0.61<2;σ为1.86～5.40，平均值为2.77(表2)。按密德莫斯特的划分，凡Na2O/K2O<2的火山岩为钾质类型，反之则为钠质类型，黄尖旋回的火山岩属钾质类型；按里特曼的划分，属钙碱性—碱钙性系列。据麦克唐那和Irvine与Baragar SiO2—ALK岩石系列划分方案(图4)，同样可知它们属亚碱性—碱性系列，并向高碱方向演化，即表现为各个喷发小区的安山岩→粗安岩→英安岩→流纹岩组合为钙碱性系列，粗面岩(石英粗面岩)为碱钙性系列。

表1 徽清凉峰—浙江天目山地区晚中生代火山岩岩石化学成分和主要参数 wt%

续表1

注：*引用浙江省1∶5万、1∶20万区调资料，其余样品由安徽省地质实验研究所测试。

表2 黄尖旋回各喷发小区岩石化学参数对比

由表2还可看出，黄尖旋回火山岩由昌化→天目山→莫干山喷发小区K2O+Na2O值逐渐变小，K2O/Na2O、SI值逐渐增大；SiO2、FL、MF、LI值变化不大，其火山岩总体上是由钙碱性→碱钙性系列演化的，皆属钾质类型。

综上所述，黄尖旋回各喷发小区火山岩不论在成分上,还是特征化学指数上(σ、τ、AR、SI、FL、K2O+Na2O)以及岩石组合、岩石系列的变化都有一定的差异，表明它们在岩浆成分和构造背景上可能存在一定的差异[3]。

2.2 岩石地球化学特征

区内黄尖旋回火山岩的微量元素含量见表3[7-9]。从表中可看出，该旋回以Ti、Ba、Zr、Rb、Sr平均值较高为特征，但各喷发小区的微量元素含量则有所差异，其中莫干山小区的Ti、Ba、Rb、Zr、Nb、Li、Mo、Th平均值明显低于昌化、天目山小区, Sr、Mo平均值明显高于昌化、天目山小区,Cs、Ta平均值略高于昌化、天目山小区,Hf平均值则略低于昌化、天目山小区。它们的微量元素蛛网曲线形态基本相似(图5)，都普遍不富集大离子亲石元素Ba、Th、Ce以及难熔于水的Nb、Hf、Ta、Zr,显著地贫Sr，Ba含量有一定的变化,表现出岛弧或活动大陆边缘产出的钙碱性—碱钙性火山岩的地球化学特征。

图5 黄尖旋回微量元素蛛网图

表3 黄尖旋回各喷发小区火山岩微量元素测试结果 ×10-6

注：*引用浙江省1∶5万区调资料，其余样品由南京大学地球科学系国家重点实验室测试。

区内黄尖旋回火山岩的稀土元素含量见表4[7-9]，从表中可看出:黄尖旋回的稀土元素总量(∑REE)为267.41×10-6，轻稀土元素(∑CE)为210.71×10-6，重稀土元素(∑Y)为56.69×10-6，∑CE/∑Y为3.72，δEU为0.40。稀土元素总量、轻稀土元素含量以昌化喷发小区为最高,天目山喷发小区为最低；重稀土元素含量以昌化喷发小区为最高,莫干山喷发小区为最低。(La/Sm)N值以天目山喷发小区为最高,(Gd/Yb)N值以昌化喷发小区为最小，表明天目山喷发小区轻稀土之间的分馏程度最高；昌化喷发小区重稀土之间的分馏程度最高，即重稀土元素富集程度最高。从图6上也可看出，昌化、天目山、莫干山喷发小区的稀土元素配分曲线形态极为相似，皆为右倾型斜线，其中昌化喷发小区的稀土元素配分曲线形整体上略高于天目山、莫干山喷发小区，这说明由昌化→天目山→莫干山喷发小区，黄尖旋回火山岩中的稀土元素总量总体上是逐渐降低的，稀土分异程度也有所降低。

图6 黄尖旋回稀土元素配分曲线图

3 火山岩的成因与演化特征

区内晚中生代黄尖旋回火山岩属于浙西北火山岩带的一部分[10-13]，其火山活动的强度由西北向东南逐渐增大。其中天目山喷发小区火山岩带的成分变化较大[3]，SiO2为58.27%～77.44%，各氧化物的变化较为协调。随着SiO2的增加，TiO2、Al2O3、MgO、CaO、FeO等降低，而K2O逐步上升，构成一个连续的演化序列。

表4 黄尖旋回各喷发小区火山岩稀土元素测试结果 ×10-6

注：*引用浙江第一地质大队1∶5万区调资料，其余样品由南京大学地球科学系国家重点实验室测试。

本次野外地质调查在天目山喷发小区黄尖旋回次火山岩体(英安斑岩)中首次发现粗安斑岩的捕虏体，此外在安吉县孝丰仙人头首次发现偏碱性次火山岩体(石英粗面斑岩)(图1)。这些迹象表明天目山地区火山喷发产物的成分是由粗安质→英安质→流纹质→粗面质(石英粗面质)组成，是一个正常的岩浆演化序列,这与岩石化学、地球化学特征一致。

莫干山喷发小区火山岩为一套富碱贫钙镁的中至酸性熔岩和火山碎屑岩,自下而上为安山质→粗安质→流纹岩组合[3],其SiO2与Al2O3、TiO2、FeO、MgO、CaO明显呈负相关，而与K2O基本上呈正相关,其演化趋势及地球化学特征等与天目山地区火山相当一致。区内黄尖旋回火山岩由南西往北东(即由昌化→天目山→莫干山喷发小区)，总体上是由钙碱性→碱钙性系列演化的。

从图7、8可看出，黄尖旋回落在B区，这说明区内中生代的火山活动从早到晚都是在活动区(造山带和岛弧)环境下发生的，岩浆是由钙碱性—碱钙性岩系列演化的，钙碱性—碱钙性岩浆源深度为140～300 km。根据区域地质构造环境、岩浆物质来源、形成机制等地质学特征，中国东南部地区的中生代岩浆岩可划分为三个大的构造—岩浆岩带：其一为江山—绍兴深断裂带以东的浙东、闽东(粤东)中生代陆缘火山弧构造—岩浆岩带；其二为长江中下游的下扬子裂谷型火山—岩浆岩带；其三为介于上述两个岩浆岩带之间的陆缘弧后岩浆岩带，位于江南深断裂与江绍深断裂之间[10-15]。区内清凉峰(昌化)—天目山—莫干山火山岩带即处于第三岩浆岩带内，它位于江山—绍兴深断裂带北西侧下扬子亚板块南缘晋宁期沉降坳陷带内，火山基底由晋宁期和加里东—印支期构造层所组成，火山活动明显受北东向褶皱断裂构造控制，火山岩沿上述构造所形成的火山盆地或断陷盆地分布，形成一系列中酸性侵入体或断续分布的火山喷发区。

图7 构造环境和岩系指数关系图

图8 K2O含量与喷发深度关系图

区内可划分为昌化、天目山、莫干山三个喷发小区，各喷发小区堆积了数百米至上千米的中、酸性至碱性火山岩，其火山活动表现为裂隙—中心式喷发，并在各喷发小区已鉴别出一批中心式火山机构[3]。

区内晚侏罗—早白垩世的花岗岩类侵入体与火山岩系密切共生[15-16]，它们的形成时间、岩石化学、地球化学等特征相似，为同源岩浆不同环境下形成的产物。另据赵亮提出的浙西北天目山地区晚中生代火山岩形成于岩石圈伸展构造背景，为幔源岩浆底侵作用下壳—幔相互作用的产物，以及据邻区浙西北桐庐盆地的火山侵入杂岩的岩浆来源属于壳幔混合型[17-18]，因此研究区内火山岩系的岩浆可能来源于下地壳和上地幔，即幔壳型。

4 火山机构

区内晚中生代火山岩的分布形态清楚显示出北东向构造对火山活动的控制作用。条带状的昌化—天目山—莫干山火山岩带北西侧边界受北东向的绩溪断裂带的控制，位于该断裂带的南东侧。该火山岩带明显沿着北东向薛川—湖州断裂分布，形成一系列深成侵入体或断续分布的火山喷发区，即昌化、天目山、莫干山等三个喷发小区，显现出火山活动与区域构造之间的联系。而晚期的东西向昌化断裂、北西向黄湖断裂则对区内晚中生代火山岩的控制作用并不明显[3]。

区内火山活动多表现为裂隙—中心式喷发，火山构造主要为中心式火山机构,根据其喷发特征及堆积方式可划分为火山穹窿、火山洼地，锥状火山、破火山、穹状火山等；次为线型火山口群及潜火山岩墙等(表5)。本次工作共圈定若干个火山机构,其具体特征见表5。