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甘肃省北山墩墩山群火山岩地球化学特征及构造环境分析

2020-07-09何平平周贤君

资源信息与工程 2020年3期
关键词:凝灰岩火山岩微量元素

何平平, 李 倩, 贾 轩, 周贤君

(甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院,甘肃 兰州 730020)

甘肃北山属古中亚巨型缝合带的复合部位,介于哈萨克斯坦板块、塔里木板块和华北三大板块的交汇处。该地区地层出露较为齐全,地质构造复杂,火山活动频繁,中酸性火山岩分布广泛,因其丰富的矿产资源备受地学界的关注[1]。本文通过对北山地区墩墩山群火山岩岩石地球化学进行研究,以探讨构造环境。

1 地质及岩石学特征

泥盆世墩墩山群地层呈近东西向展布,出露面积较广。该地层按岩性组合分为上、下两个岩性段,上部为英安质火山角砾岩、角砾凝灰岩、角砾熔岩及熔结角砾凝灰岩夹流纹岩;下部为玄武岩、安山岩、玄武安山岩及安山质角砾岩夹凝灰质砂岩,岩性横向变化较大,多呈透镜体[2]。墩墩山群与三个井群呈不整合接触(图1)。

本次研究采集的火山岩分为两类,一类是英安质凝灰岩,另一类是英安岩,均属陆相火山喷发岩,垂向上从早到晚火山作用由弱到强,以中基性喷溢相与喷发间歇相交互→强烈的酸性爆发相为主。

(1)英安质凝灰岩:岩石风化面呈灰、浅灰色,新鲜面呈灰白色、紫灰色、灰色,凝灰结构,块状构造。岩石由约5%岩屑、约5%晶屑、约90%火山灰组成。岩屑,灰黑色、灰色,棱角状-次棱角状,成分为玄武岩、安山岩、安山质凝灰岩、英安岩、英安质凝灰岩,大小0.2~2 mm;晶屑,成分为斜长石、石英、少许黑云母,灰白色、灰色、黑色,棱角状-次棱角状,粒径0.2~2 mm;填隙物为火山灰,细小难辨。

图1 甘肃省北山地区墩墩山一带地质简图

1—第四系;2—上泥盆统墩墩山群;3—中泥盆统三个井群;4—上奥陶统锡林柯博组;5—奥陶统罗雅楚山组;6—中上寒武统西双鹰山组;7—下寒武统双鹰山组;8—蓟县系平头山组;9—前长城系敦煌群;10—安山玢岩;11—花岗岩;12—次英安岩;13—次流纹英安岩;14—辉长岩;15—实测断层;16—推测断层;17—不整合界线;18—样品采集区域

(2)英安岩:岩石风化面呈灰、浅灰色,新鲜面呈灰白色、紫灰色、灰色。岩石由斑晶和基质两部分组成,斑状结构,基质为隐晶质结构,块状构造。斑晶由5%~20%斜长石、2%~3%石英、3%~5%黑云母组成。斜长石,灰白色,自形-半自形,柱状,粒径0.2~2.5 mm;石英,灰色,半自形,粒状,粒径0.2~2.0 mm;黑云母,黑色,片状,粒径0.2~1.0 mm;基质由隐晶的长英质组成。

2 主量元素地球化学特征

从表1可见,墩墩山群陆相火山岩中化学成分总体变化趋势是:随着SiO2增长,TiO2、TFe2O3、MgO、CaO、MnO、P2O5等组分大体呈降低的趋势,而K2O有增长的趋势,Na2O、Al2O3则无明显的变化规律,这可能与斜长石的分离结晶作用有关。英安质凝灰岩的岩石固结指数(SI)为20.86~20.97,英安岩为7.9,表明英安岩比英安质凝灰岩岩浆分异程度高;英安质凝灰岩中的A/NCK为0.66~0.84,英安岩为1.09,表明它们分别属于偏铝质岩石系列和准铝质岩系列;英安质凝灰岩和英安岩的里特曼指数(σ)为2~2.39,均属钙碱性岩石。

表1 墩墩山群火山岩主量元素分析结果表(%)

3 微量元素地球化学特征

从微量元素特征表(表2)和微量元素原始地幔蛛网图(图2)中可以看出,墩墩山群火山岩微量元素分为较明显的两组,一组总体略平坦,岩性为英安质凝灰岩,曲线总体右缓倾,其中Nb、Ta、Sr亏损较强烈,K、Pb呈弱隆起状。另一组元素曲线起伏较大,岩性为英安岩,大离子亲石元素除Sr外总体富集,Rb、K、Pb、Zr呈隆起状,Sr、P、Ti强烈亏损,Nb、Ta元素弱亏损[3]。

表2 墩墩山群火山岩微量元素分析结果表(×10-6)

图2 墩墩山群火山岩微量元素原始地幔标准化蛛网图

从稀土元素特征表(表3、表4)和稀土元素球粒陨石标准化图中(图3)可以看出,墩墩山火山岩稀土元素总体较富集,曲线总体右倾,表明轻稀土较重稀土分异程度高。轻稀土总体斜率较大,重稀土总体呈平坦状,说明轻稀土内部分馏程度较重稀土高,δEu异常介于0.64~0.93,均为负异常,可能与斜长石为大量析出有关。

表3 墩墩山群火山岩稀土元素分析结果表(×10-6)

表4 墩墩山群火山岩稀土元素特征值表

图3 墩墩山群火山岩稀土元素球粒陨石准化分布型式图

4 构造环境分析

墩墩山群火山岩的岩石组合以中基性火山岩与酸性火山岩为主,显示出较为典型的双锋式火山岩组合,是典型裂谷环境的产物。在Zr-Zr/Y图中(图4),样品有2个落入板内火山岩区,1个落入MORB中。在Ti-Zr图中(图5)中,样品也是有2个落入板内环境,1个落入MORB中。由此推断,墩墩山群火山岩产于裂谷环境,是北山晚古生代多旋回陆内裂谷初拉张的产物。

图4 墩墩山群火山岩Zr-Zr/Y图解

A区为火山弧玄武岩;B区为MORB;C区为板内玄武岩;D区为MORB和火山弧玄武岩(据Pearce和Nory,1973)

图5 墩墩山群火山岩Ti-Zr图解(据Pearce和Cann,1973)

5 结论

(1)墩墩山群火山岩为陆相火山岩,均属钙碱性岩石,其化学成分随SiO2增长大体呈降低的趋势,这可能与斜长石的分离结晶作用有关。

(2)从微量元素特征来看,墩墩山火山岩可分为两组,一组元素曲线略平坦,Nb、Ta、Sr亏损较强烈,另一组元素曲线起伏较大,Sr、P、Ti强烈亏损,Nb、Ta呈弱亏损。

(3)从稀土元素特征来看,墩墩山火山岩稀土元素总体较富集,标准化曲线总体右倾,且δEu均为负异常,表明轻稀土较重稀土分异程度高。

(4)墩墩山群火山岩的岩石组合以中基性火山岩与酸性火山岩为主,显示出较为典型的双锋式火山岩组合,是典型裂谷环境的产物。

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