青海引胜地区晚奥陶世扣门子组火山岩地球化学特征及构造环境分析

曾献文

(中陕核工业集团地质调查院有限公司，陕西 西安 710100)

青海引胜地区晚奥陶世扣门子组火山岩地球化学特征及构造环境分析

曾献文

(中陕核工业集团地质调查院有限公司，陕西 西安 710100)

研究区位处北祁连造山带与中祁连地块接壤，属秦祁昆地层大区。测区晚奥陶世火山岩赋存于扣门子组浅海相地层中，分布于测区东北部扎龙沟及大通河一带。在对研究区地质特征、火山岩岩石学特征，岩石化学特征分析基础上，进而对岩石地球化学特征进行深入分析，综合地质、地球化学特征认为火山岩形成于俯冲带上的弧后盆地环境。

火山岩；地球化学特；构造环境

1 地质特征

扣门子组为本次工作从前人原划蓟县纪克素尔组中新解体出的填图单位，通过路线调查及剖面测制工作，基本查明了该组的岩石组合特征，且将该组划分为上、下两个非正式段级填图单位。下段主要是一套碳酸盐岩的岩石组合，上段是一套火山碎屑岩的岩石组合。火山岩于该套地层上段，成层状出现，厚度较大。宏观露头上大面积的火山岩不甚发育，地貌上多形成巨大的高山，山体陡峭，沟谷深切。以灰绿色火山碎屑岩为主，夹少量火山角砾岩，岩性有含火山角砾岩屑凝灰岩、火山角砾晶屑岩屑熔凝灰岩及火山角砾岩。该岩性段分布于扎龙沟上中—下游一带，呈北西—南东向展布。产出面积较小，约10 km2，岀露厚度达288.55 m；该段位于新元古代—早古生代扎龙沟构造混杂岩带内，受构造影响，多呈断块状产出，在区内没有较好的横向延展，该岩性段不整合覆盖与早奥陶世中酸性侵入岩及中奥陶世石英闪长岩体之上[1]。

2 火山岩岩石学特征

综合路线及剖面资料，主要为一套火山碎屑岩组合，主要岩石特征描述如下：

1)含火山角砾岩屑凝灰岩：岩石呈灰色，矿物细小，见有个别角砾大小在5 mm×10 mm，呈火山角砾凝灰结构，块状构造。矿物成分：火山角砾40%左右(以透闪石绿帘石千糜岩、绿帘石绢云母蚀变岩为主，绿帘石碳酸盐蚀变岩、绿泥石蚀变岩为次)，岩屑40%左右(蚀变岩为主，粉砂岩为次，个别有石英岩)，火山灰尘30%左右。火山角砾约占岩石的40%左右，透闪石绿帘石千糜岩是主要成分，矿物呈拉纤状定向排列分布，呈千糜状构造。外形呈长条形，大小约在2 mm×15 mm以上棱角状。绿帘石、绢云母蚀变岩也是主要角砾，形状不规则大小在5～8 mm。角砾杂乱分布。岩屑约占岩石的40%左右，成分主要是绢云母蚀变岩，其次有粉砂岩和石英岩。岩屑形状不规则，粒径大小在0.3～2 mm。呈棱角—次棱角状，长轴定向排列分布。火山灰尘约占30%左右，呈隐晶状，成分看不清，呈大致的条带状充填于碎屑和角砾之间[2]。

2)火山角砾晶屑岩屑熔凝灰岩：岩石呈灰绿色，火山角砾凝灰结构，块状构造。矿物成分：火山角砾30%(石英斑岩，花岗细晶岩、蚀变基性熔岩)，岩屑45%～50%左右(蚀变熔岩、霏细岩、蚀变岩为主，硅质岩为次)，火山灰尘15%～20%左右。火山角砾约占岩石的30%左右，石英斑岩由石英斑晶和细晶基质组成。细晶岩呈细晶结构。基性熔岩发生了次生蚀变，残留有少量细板条状斜长石，角砾形状不规则，粒径大小在2～6 mm，次棱角—次圆状杂乱分布。岩屑含量约在45%～50%左右，成分主要有蚀变中基性熔岩、霏细岩、粉砂岩，炭质蚀变岩和石英岩等。形状不规则，粒径大小在0.3～2 mm范围内。呈棱角—次棱角状杂乱分布。晶屑很少约占5%左右，成分主要有石英，长石极少。均呈不规则柱状，粒径大小在0.1～0.5 mm，棱角状杂乱分布。碎屑之间的填隙物约占15%～20%，成分主要有绿泥石，其次有隐晶状长英质和少量碳酸盐。矿物均很细小为火山灰尘蚀变充填于碎屑之间。推测其成分可能是中基性熔岩质。主要成分是绿泥石和隐晶状长英质，可能是熔岩成分变质形成。

3 岩石化学特征

根据晚奥陶世扣门子组火山岩岩石化学成分分析结果，岩石SiO2含量在44.75%～49.29%之间，属于基性岩范围，从H2O和烧失量数据较大的情况来看，岩石蚀变较严重，将4组样品铁调整后换算成100%，投点于国际地科联推荐的TAS分类图解上，可见样品落入玄武岩与玄武安山岩系列。考虑到由于该地区火山岩经历了蚀变作用和构造变形，易发生K、Na等活动性元素的迁移，因而，进一步利用不活泼元素SiO2-Zr/TiO2×0.000 1图解，样品落入玄武岩、安山岩区域，与TAS图解基本一致[3]。

样品具有高的TiO2含量(1.25%～1.62%)，大多数样品该值低于火山弧拉斑玄武岩平均值(0.84%)，与洋中脊拉斑玄武岩平均值(1.44%)较为一致；具有高的MgO(6.14%～7.97%)，Mg指数(46.61～50.21)、Al2O3(14.37%～16.10%)和低的P2O5(0.13%～0.18%)，其中Mg指数低于原生岩浆(68～75)，反映岩浆经历了一定程度的结晶分异作用；样品的全碱含量(K2O+Na2O=1.37%～2.46%)较低，相对富钠(Na2O的含量为1.45%～2.19%)贫K(K2O含量为0.15%～0.62%)。在SiO2-Na2O+K2O图解中(图1a)，所有岩石投点显示为亚碱性系列岩石；利用AFM图解(图1b)进行进一步判别，扣门子组火山岩属于拉斑系列。

图1 晚奥陶世扣门子组火山岩化学特征

4 岩石地球化学特征

4.1 稀土元素特征

测区扣门子组火山岩稀土稀土元素总量总体偏低，样品稀土元素总量较低(∑REE=43.08×10-6～96.54×10-6)略高于洋脊玄武岩平均值(MORB，39.11×10-6)。在球粒陨石标准化曲线上(图2a)，稀土元素分布模式为轻稀土(LREE)轻微富集型，轻、重稀土分馏较弱((La/Yb)N=2.18～3.38)。具有弱的负Eu异常(Eu/Eu*=0.75～0.92)，表明岩浆上升过程中可能发生斜长石的分离结晶作用。玄武岩的REE配分模式与洋岛玄武岩(OIB)的REE分布模式区别明显，与大洋中脊玄武岩(E-MORB)具有相似特征，但轻稀土元素(LREE)整体含量偏低。各样品REE配分曲线基本平行，只有相对位置的高低，显示稀土分异程度相当，具有同源岩浆演化的特征。

图2 火山岩稀土元素特征

4.2 微量元素特征

在微量元素蛛网图(图2b)中，样品相对富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th元素。亏损高场强元素(HFSE)Nb、Ta、Zr、Hf，Sr无明显异常。可见明显高的Ti/Yb和Zr/Yb比值(分别为3 511.54～5 325.71，52～93)。样品Nb/Ta比值为2.34～18.2，平均为12.16，低于OIB(17.78)与原始地幔Nb/Ta比值(17.5±2.0)。Zr含量为115×10-6～178×10-6，Zr/Hf比值为70.95～113.56，高于OIB(Zr/Hf=35.9)与原始地幔，远高于大陆地壳值(Zr/Hf=11)。相容元素Cr、Ni含量(分别为303～307×10-6和70.8～79.5×10-6)低于原生玄武质岩浆范围(Cr=300～500×10-6，Ni=300～400×10-6)，表明成岩过程经历了橄榄石和单斜辉石的分离结晶作用。总体上微量元素的含量特征与富集型洋中脊玄武岩(E-MORB)接近。

5 构造环境分析

研究区氧化物TiO2含量与洋中脊拉斑玄武岩平均值(1.44%)较为一致，所有样品稀土配分曲线和微量元素蛛网图均显示出与E-MORB相似的地球化学特征。强不相容元素Th和Ta在软流圈地幔中具有相近的丰度，在熔体与结晶矿物间具有相近的分配系数，该值是与俯冲相关的汇聚大地构造环境判别的重要标志。样品Th/Ta=0.29～2.28，除一个样品外，其余均高于MORB中Th/Ta值(一般小于1.6)，与大陆板内玄武岩和岛弧玄武岩Th/Ta值相当。Th/Ta比值的增大可能由于岩浆与陆壳物质发生混染，微量元素Ce/Y-Zr/Nb投图亦显示沉积物加入的趋势较为明显，表明大量陆壳物质加入的可能性较大。进一步采用抗蚀变元素如Zr、Y、Nb、La等进行构造环境判别。在TiO2-MnO*10-P2O5*10判别图(图3a)中，样品投点结果落入MORB区域；而在Ti/100-Zr-Y*3判别图(图3b)中，样品投点落入火山弧钙碱性玄武岩区域。

A 岛弧拉斑玄武岩；B MORB、岛弧拉斑和钙碱性玄武岩；C 钙碱性玄武岩；D 板内玄武岩

图3 火山岩成分特征

6 结 论

通常认为弧后盆地玄武岩形成于消减带之上的弧后盆地扩张洋脊环境，兼具有洋中脊和岛弧玄武岩的成分特征。研究区岩石地球化学特征显示，样品相对富集LREE和LILE，而亏损HSFE，具有类似于火山弧玄武岩的特征。这种既具有洋中脊玄武岩的组分同时又具有岛弧火山岩组分的成分特征通常被认为是弧后盆地火成岩所特有。因此我们认为火山岩形成于俯冲带上的弧后盆地环境。

[1] 青海省地质矿产局. 青海省区域地质志[M]. 北京: 地质出版社, 1991.

[2] 青海省地质矿产局. 青海省岩石地层[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 1997.

[3] 李昌年. 火山岩微量元素岩石学[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 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

中国地质调查局青海省乐都县引胜地区1:5万区域地质调查(12120113033012)

曾献文(1965-)，男，湖南常德人，高级工程师，研究方向：地质矿产勘查，手机：13468610049，E-mail：13609248663@163.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.010