四川乌蒙山晚二叠世火山岩地球化学特征研究

韩倩，芦建文，何龙

（成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059)

在晚古生代中晚二叠世之间，受东吴运动的影响，在四川及相邻的云南、贵州发生过一次强烈的火山喷发事件，形成了巨厚的基性火山岩堆积，即“峨眉山玄武岩”，其分布广泛，是中国唯一被国际学术界认可的大火成岩省[1-3]。基于四川盆地二叠系玄武岩喷发事件，在众多前人研究成果的基础上，本文对乌蒙山地区晚二叠世火山岩进行岩石学及地球化学研究，揭示该套火山岩形成时所对应的构造环境。

1 研究现状

峨眉山玄武岩分布在研究区的东部及中南部大部分地区，以及乌科梁子一带，以面状分布为特征，主要为绿灰色玄武质火山集块岩、致密状、斑状、杏仁状玄武岩夹火山角砾凝灰岩、凝灰岩，组成多个喷发韵律[4]。按其岩性组合特征，大体可划分为三个岩性段[5]：其中，一段以裂隙式喷发的溢流相灰绿色、灰黑色致密状、斑状、杏仁状玄武岩组成多个厚度不等韵律组成；二段以串珠状爆发相的绿灰、紫灰色玄武质火山集块岩、火山角砾岩、角砾凝灰岩为主构成的多个韵律组成；三段以遗溢流相的致密状玄武、杏仁状玄武岩、火山间隙的沉积岩-火山碎屑沉积构成多个韵律，向上沉积夹层增多，显示火山活动逐渐结束。

2 岩石类型及特征

研究区内晚二叠世峨眉山玄武岩岩石组合均为基性岩，包括熔岩、火山碎屑岩，根据不同剖面计算，其熔岩类比例为85.8%，火山碎屑岩比例为14.2%。

2.1 火山碎屑岩

（1）蚀变玄武质火山角砾岩：产于上二叠统峨眉山玄武岩组二段下部，三段下部也见有出露。岩性为灰—灰绿色，角砾状结构。填隙物为凝灰结构，块状构造，岩石由火山角砾和填隙物组成。角砾部份为致密状和杏仁状玄武岩、灰岩，呈棱角-次棱角状，砾径3mm～50mm，个别达64mm以上，为含集块火山角砾岩，大小混杂，不具定向性。填隙物为玄武质岩屑、晶屑及火山尘灰，充填于角砾间，岩石具绿帘石、绿泥石化。

（2）蚀变玄武质岩屑晶屑凝灰岩：赋存于上二叠统峨眉山玄武岩组三段底部。岩性呈灰、紫红、肉红色，凝状结构、块状构造。主要由斜长石、辉石晶屑，次为玄武质岩屑和少许玻屑组成。胶结物为火山尘灰。岩石蚀变较强烈，蚀变矿物为高岭土、赤铁矿、褐铁矿等。

2.2 火山熔岩

有斜斑玄武岩、致密状玄武岩、杏仁状玄武岩三种，以前者为主，致密状玄武岩最少。

（1）蚀变斜斑玄武岩：按岩石中斜长石斑晶含量5%～9%、10%～20%、20%～30%，分别称含斜斑、少斜斑、斜斑玄武岩(后同)。

岩石呈灰、灰绿色，斑状结构，基质具微辉绿、间隐、玻基交织结构，块状构造，由斑晶和基质组成。斑晶为基性斜长石，呈自形板状、板条状，多为单斑不均匀分布，局部为聚斑状，长1mm～2mm，宽1.2mm～1.5mm，含量5%～30%不等，晶面具轻度绢云母化。基质主要为拉长石、普通辉石，偶见少许玻璃质，矿物粒径＜0.15mm，含量70%～95%。副矿物为磁铁矿、白钛矿等。蚀变矿物以绿泥石、绿帘石为主，少许钠长石、绢云母等。在少数岩石中含杏仁体，含量4%～20%不等，变为含杏仁斜斑玄武岩。

（2）蚀变致密状玄武岩：岩性为深灰、灰绿色，间粒、间隐结构，块状构造，岩石组成有基性斜长石，含量30%～50%、普通辉石，含量10%、玻璃质，含量40%～60%，和少许磁铁矿。其中，斜长石呈半面形板状，粒径0.01mm～0.31mm，辉石呈它形粒状，个别为半面形柱状，粒径0.15mm～0.05mm，充填于长石晶间。蚀变矿物主要为绿帘石、绿泥石，次为钠长石、绢云母、白钛石。此外，岩石中普遍发育有柱状节理。有时岩石中，局部含斜长石斑晶，呈半自形粒状，粒径0.5mm～1mm，含量2%～4%，仍称致密状玄武岩。

（3）蚀变杏仁状玄武岩：依据岩石中杏仁体含量，5%～9%、10%～20%、20%～35%，分别称含杏仁、少杏仁、杏仁状玄武岩。岩性呈灰、深灰、灰绿色，演化后为黄褐、黄绿色，间隐、玻基结构，杏仁状构造。杏仁体呈浑圆、椭圆、透镜状，大小一般为1mm～5mm，少数达20mm，部份具定向排列，充填物有绿帘石、绿泥石、石英、玉髓、方解石、褐铁矿等，一般在杏仁状玄武岩下部，杏仁体较小、含量也少，充填物多为绿帘石等，向上杏仁体逐渐变大、增多，充填物常为石英、方解石、褐铁矿等，显示出绿底红顶构造。

岩石矿物主要由基性斜长石，含量约30%、普通辉石，含量20%～25%，以及玄武质玻璃，含量45%～50%共同构成。其中，斜长石多呈半自形板状，粒径小于0.21mm；辉石为它形粒状，粒径小于0.06mm，常充填于长石晶间；玻璃质多分布矿物粒间或呈包裹物。蚀变矿物以绿帘石为主，次为绿泥石，另有少量磁铁矿、白钛石等。

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素特征

研究区内峨眉山玄武岩的化学分析结果见表1。可以看出，峨眉山玄武岩SiO2介于44.04%～49.87%（平均值48.13%），TiO2介于3.35%～3.63%（平均值3.60%），K2O为0.23%～2.16%（平均值为1.35%），Na2O介于0.48%～3.60%（平均值2.32%）；F/（F+M）为62.45%～93.76%，A/NCK为0.54%～6.13%。

Nb/Y-Zr/TiO2岩石分类图上，样品投影于玄武岩-碱性玄武岩范围，见图1。依据Ti/Y比值，见图2，这些玄武质岩石均为高钛玄武岩类。

表1 研究区玄武岩化学成分（主量元素：%；稀土和微量元素：×10-6）Tab.1 The chemical composition of basalt in the study area

图1 峨眉山玄武岩Nb/Y-Zr/TiO2岩石分类图Fig.1 Classification map of Nb/y-zr/TiO2for the basalt in emei shan

图2 峨眉山玄武岩Ti/Y比值图Fig.2 The Ti/Y ratio graph for the basalt in emei shan

3.2 微量、稀土元素特征

由表1可知，区内峨眉山玄武岩稀土元素总量ΣREE=240.63～536.21×10-6，(La/Yb)N=7.97～18.65，(La/Sm)N=0.67 ～1.67，(LREE/HREE)N=7.82 ～11.23，δEu=0.89～1.03。经球粒陨石标准化的稀土元素配分图，见图3，微量元素蛛网图，见图4。整体上呈现LREE富集，轻重稀土分馏明显，配分曲线陡倾，无明显Eu异常。微量元素表现为Th、Nb、Ta、Zr、Hf和LREE富集，以及Y和HREE明显亏损。

图3 峨眉山玄武岩稀土元素配分型式图Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns of emei shan basalt

图4 峨眉山玄武岩微量元素蛛网图Fig.4 primitive mantle-normalized spidergram of emei shan basalt

3.3 构造环境判别

将研究区峨眉山玄武岩岩石化学成分投影于主量元素＜FeO>-Mg0-Al2O3图解，见图5，F1-F2图解，见图6。样品分别落入大陆火山岩、板内玄武岩区；微量元素(Zr/Y)-Zr图解、Ti/100-Zr-3*Y图解，见图7，均落在WPB板块内火山岩中。前述微量元素相容程度分析中，相容元素亏损，不相容元素既有Ba、Th、Nb的强烈富集，Hf、Zr、Sm的富集，曲线呈双隆起形态，与板内玄武岩相似，见图4。稀土元素皆为轻稀土略富集型，与板块内部尤其是大陆板块内部玄武岩分配型式一致，亦支持前述结论，表明晚二叠世火山岩为大陆板内环境。

晚二叠纪的玄武岩喷发，为区域上扬子西缘的一次大规模岩浆活动，被称为峨眉山火成岩省，代表了陆壳的一次强烈拉张裂陷，在持续的强烈的拉张裂陷，幔源基性岩浆上侵形成[6]。因而，二叠纪火山岩属大陆板块内裂谷环境。而邻区早二叠世可见滑塌角砾岩，对于该角砾岩，多认为属伸展机制下的震积岩，表明区域上，本次拉张开始于早二叠世[7]。

4 结论

（1）根据主量元素及相关图解分析，表明研究区内玄武质岩石均为高钛玄武岩类。

（2）微量元素表现为Th、Nb、Ta、Zr、Hf和LREE富集，以及Y和HREE明显亏损。稀土元素皆为轻稀土略富集型，与板块内部尤其是大陆板块内部玄武岩分配型式一致。

（3）通过主量元素FeO-Mg0-Al2O3图解、F1-F2图解，样品分别落入大陆火山岩、板内玄武岩区，表明峨眉山玄武岩的构造环境应为陆内（板块内火山岩）。

图5 峨眉山玄武岩的＜FeO>-Mg0-Al2O3图解（据Pearce，1977）Fig.5 ＜FeO>-Mg0-Al2O3diagram for the basalt in emei shan(After Pearce，1977)

图6 峨眉山玄武岩的F1-F2图解（据J.K.Perace，1976）Fig.6 F1-F2 diagram for the basalt in emei shan(After J.K.Perace，1976)

图7 峨眉山玄武岩的Ti/100-Zr-3*Y（左图）和Zr/Y-Zr图解（右图）Fig.7 Ti/100-Zr-3*Y diagram（left）and Zr/Y-Zr diagram(right)for the basalt in emei shan

[1]侯增谦,陈文,卢记仁.四川峨嵋大火成岩省259Ma大陆溢流玄武岩喷发事件:来自激光40Ar/39Ar测年证据[J].地质学报,2006(08):1130.

[2]张招崇，王福生，范蔚茗，等.峨眉山玄武岩研究中的一些问题的讨论[J].岩石矿物学杂志，2001,20（3）：239-246.

[3]田景春,林小兵,郭维,等.四川盆地二叠纪玄武岩喷发事件的油气地质意义[J].成都理工大学学报(自然科学版),2017,44(01):14-20.

[4]XuYG,ChungSL,JahnBM,etal.Petrologicalandgeochemical constraints on the petrofenesis of the Emeishan Permian-Triassic Emeishan flood basalts in southwestern China[J].Lithos,2001,58:145-168.

[5]林建英.中国西南三省二叠纪玄武岩系的时空分布及其地质特征[J].科学通报,1986,30(12):929-932.

[6]黄开年.我国西南地区峨眉山玄武岩的岩石地球化学特征及其大地构造意义[D].北京：中国科学院地质研究所,1986.

[7]张招崇.关于峨眉山大火成岩省一些问题的讨论[J].中国地质，2009.36（3）：634-636.