貴州省大方地區(qū)二疊紀(jì)玄武巖地球化學(xué)特征*

張臘梅 馬潤則 陳 娟 胡 晰 何顯川

(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院)

貴州省大方地區(qū)二疊紀(jì)玄武巖地球化學(xué)特征*

張臘梅 馬潤則 陳 娟 胡 晰 何顯川

(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院)

分布于貴州省大方地區(qū)的玄武巖屬亞堿性拉班玄武巖系列巖石。通過對其主量元素、稀土微量元素及同位素特征進(jìn)行分析，顯示具有與洋島玄武巖(OIB)相似的源區(qū)，與地幔柱活動有關(guān)。大方玄武巖具有Nb、Ta負(fù)異常特征，表明其為大陸拉班玄武巖，同時Sr、Eu顯示負(fù)異常特征，說明巖石中發(fā)生了廣泛的斜長石結(jié)晶分離。大方玄武巖Th/Nb<1，Nb/La<1，說明大方玄武巖在形成過程中受到強(qiáng)烈的巖石圈地幔組分的混染。采用構(gòu)造環(huán)境判別圖解法對大方玄武巖的地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，從而確定該地區(qū)玄武巖的噴發(fā)構(gòu)造環(huán)境為大陸裂谷區(qū)。

玄武巖 地球化學(xué)特征 地幔柱 構(gòu)造環(huán)境

貴州二疊紀(jì)玄武巖系峨眉山玄武巖的重要組成部分，歷來受到地質(zhì)學(xué)界的密切關(guān)注，但對于外帶貴州境內(nèi)的玄武巖研究相對較少。為此，依托響水、大方等地區(qū)1∶50 000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目，在貴州省大方等地區(qū)進(jìn)行了長期的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，獲得了該地區(qū)玄武巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù)。以大方縣珠場玄武巖剖面為例,對該地區(qū)二疊紀(jì)玄武巖進(jìn)行主量元素、微量元素及稀土元素等地球化學(xué)特征研究，對其源區(qū)和噴發(fā)構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行了分析，并且與前人對峨眉山東巖區(qū)玄武巖的地球化學(xué)性質(zhì)研究成果進(jìn)行對比，討論該巖區(qū)和貴州境內(nèi)不同地區(qū)玄武巖的成因關(guān)系，為峨眉山大火成巖省的進(jìn)一步研究提供參考。

1 地質(zhì)背景

貴州二疊紀(jì)玄武巖位于峨眉山大火成巖省的東部，在貴州省境內(nèi)主要出露于西部地區(qū)。玄武巖分布區(qū)呈向東凸的舌形，西厚東薄，最厚處位于威寧舍居樂，厚1 249 m，黔西—安順一帶的峨眉山玄武巖厚僅數(shù)十米，并在甕安至福泉一帶附近尖滅，主要成巖被假整合于下二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r之上，局部地區(qū)與茅口組灰?guī)r呈整合接觸關(guān)系[1]。

大方縣二疊紀(jì)玄武巖位于黔西北畢節(jié)市境內(nèi)，大地構(gòu)造處于揚子準(zhǔn)地臺內(nèi)，位于NW向的紫云—婭都斷裂、NE向的羅平—貴陽斷裂和SN向的小江斷裂所夾持的三角形區(qū)域內(nèi)。研究區(qū)出露一大套厚層狀玄武巖，由下、中、上多段玄武巖地層及兩層灰?guī)r夾層組成。玄武巖組(包括灰?guī)r夾層)與下伏茅口組之間產(chǎn)狀一致，地層連續(xù)，未見明顯古風(fēng)化殼，為整合接觸關(guān)系。

玄武巖組內(nèi)部巖性段特征為：①下部玄武巖段(見圖1中第7層)巖性為灰黑色微晶玄武巖，含少量2～3 mm厚的杏仁體；②下部灰?guī)r段(見圖1中8～10層)巖性為深灰色厚層微晶灰?guī)r夾中—薄層生物碎屑灰?guī)r,見腹足、蜓、介殼、棘皮化石，具縫合線構(gòu)造；③中部玄武巖段(見圖1中11～15層)巖性為灰黑色微晶玄武巖與杏仁狀玄武巖不等厚互層，夾含杏仁狀玄武巖，構(gòu)成2個韻律層；④上部灰?guī)r段(見圖1中第16層)巖性為深灰色—灰白色—灰黑色中—薄層硅質(zhì)巖、深灰色中—薄層微晶灰?guī)r夾深灰色薄層凝灰?guī)r；上部玄武巖段(見圖1中17～27層)巖性為灰黑色隱晶-微晶玄武巖、杏仁狀玄武巖夾玄武質(zhì)火山集塊角礫巖、火山角礫巖及少量凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r，上部風(fēng)化強(qiáng)烈，形成弱風(fēng)化微晶玄武巖、強(qiáng)風(fēng)化杏仁狀玄武巖、強(qiáng)風(fēng)化火山角礫巖及強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r等；⑤最頂部的風(fēng)化玄武質(zhì)巖石厚度較大，約42.1 m，具有古風(fēng)化殼特征，與上覆龍?zhí)督M呈平行不整合接觸。玄武巖產(chǎn)于茅口組與龍?zhí)督M之間，且玄武巖地層中夾有2層與茅口組相似的灰?guī)r夾層，故其噴發(fā)時代可能在二疊世晚期，區(qū)域上可能為中—晚二疊世。

2 樣品來源及測定結(jié)果

以大方縣珠場玄武巖剖面為例，共采集7件樣品。主量元素及稀土、微量元素測試結(jié)果見表1。同位素測定結(jié)果見表2。

3 巖石學(xué)特征

(1)微晶玄武巖?；液谏?，無斑間粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，基質(zhì)主要由斜長石(含量為64%～77%)，輝石(含量為15%～26%)，及少量綠泥石、橄欖石、角閃石和金屬礦物組成。其中輝石主要為普通輝石，有綠泥石化，斜長石有鈉黝簾石化現(xiàn)象，基質(zhì)多被褐鐵礦染成褐黃色。

圖1 二疊系峨眉山玄武巖組實測地層剖面

(2)杏仁體玄武巖。巖石具少斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具玻晶交織結(jié)構(gòu),發(fā)育杏仁體狀構(gòu)造。斑晶零星可見，呈短板狀，粒徑小于0.5 mm，為中基性斜長石?；|(zhì)主要由斜長石(含量為42%～66%)、輝石(含量為17%～26%)、隱晶質(zhì)、少量石英及金屬礦物組成。杏仁體含量為1%～27%，呈規(guī)則的橢球狀、渾圓狀，內(nèi)部主要充填褐綠色綠泥石、蛋白石和硅質(zhì)石英。根據(jù)杏仁體含量可分為含杏仁玄武巖和杏仁狀玄武巖?；|(zhì)局部呈不規(guī)則團(tuán)狀發(fā)生弱的碳酸鹽化作用。上部玄武巖風(fēng)化較嚴(yán)重，斜長石多發(fā)生粘土化、褐鐵礦化現(xiàn)象，僅保留了假象結(jié)構(gòu)，隱晶質(zhì)多發(fā)生褐鐵礦化。

(3)蝕變英安質(zhì)凝灰?guī)r。巖石為灰黑色，蝕變凝灰結(jié)構(gòu)，風(fēng)化作用極為強(qiáng)烈，有大量的褐鐵礦覆蓋分布，鏡下除了可見少量斜長石、石英晶屑外，其余組分多不可見。晶屑粒徑多小于0.25 mm，包括斜長石和石英，有一定的熔蝕現(xiàn)象，不均勻分布，巖屑、玻屑多不可見。膠結(jié)物主要為粒徑較細(xì)的火山灰，風(fēng)化強(qiáng)烈，覆蓋了大量的褐紅色粉末狀褐鐵礦，正交偏光下沒有光性特征。

(4)火山集塊角礫巖?；液谏?，角礫呈棱角狀，大小不一，粒徑多為2～10 cm，大者可達(dá)50 cm，雜亂分布，成分為不同結(jié)構(gòu)的玄武巖，主要為微晶玄武巖和杏仁狀玄武巖。

表1 大方地區(qū)玄武巖的主量(%)及微量(×10-6)元素分析結(jié)果

表2 大方玄武巖的Sr、Nd同位素數(shù)據(jù)

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 主量元素特征

由表1可知，大方玄武巖的σ值為0.80～2.67，均小于3.30，主要為拉班玄武巖系列。ω(TiO2)= 4.08%～4.31%，Ti/Y>500，屬于高鈦玄武巖。在w(FeO*)-w(MgO)-w(Al2O3)三角圖(見圖2)上，玄武巖投影點落在大陸內(nèi)部，表明大方玄武巖為大陸拉班玄武巖。

圖2 大方玄武巖的FeO*-MgO-Al2O3判別圖解

4.2 微量元素特征

由大方玄武巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化分配模式圖可知，大方玄武巖與織金、黑石頭兩地的玄武巖具有相似的微量元素特征，明顯富集Ba、Th、U、La、Ce、Nd、Hf、Sm，虧損Sr、Nb等，而Zr、Y、Yb等含量變化不大，Sr虧損與巖漿中富Sr的副礦物及斜長石的分離結(jié)晶有關(guān)。不同的是，大方玄武巖具有明顯的Ta負(fù)異常，而織金、黑石頭顯示出Ta的正異常，表明大方玄武巖受到強(qiáng)烈的地殼混染，而織金、黑石頭的玄武巖受地殼混染作用不明顯。

4.3 稀土元素特征

由大方玄武巖的稀土元素分配圖及特征參數(shù)可知，大方玄武巖稀土總量變化較大，含量為(295.74～402.76)×10-6，平均值為 321.48×10-6；

LREE/HREE 為7.50～9.31，平均值為8.06，LaN/YbN為 8.23～11.93，平均為9.89，δEu為0.45～0.58，平均為0.52，顯示明顯的負(fù)銪異常，說明在巖漿分離結(jié)晶過程中，有斜長石不斷被移出，從而導(dǎo)致殘余熔漿中Eu的虧損。大方玄武巖表現(xiàn)出輕稀土富集的右傾型配分模式，具有與OIB相似的地球化學(xué)特征，從稀土元素分配圖上也可見大方玄武巖與織金、黑石頭的模式特征基本一致。

5 討 論

5.1 源區(qū)分析及與峨眉山地幔柱的關(guān)系

大方玄武巖的微量、稀土元素特征與織金、黑石頭玄武巖特征具有相似性，且與洋島玄武巖(OIB)具有極為相似的稀土元素分布模式。不相容元素比值是很好的示蹤劑，大方玄武的Zr/Nb為 8.31，La/Nb為1.23，Ba/Nb為14.02，Ba/Th為87.64，Rb/Nb為0.67，Th/Nb為0.16，Th/La為0.13，Ba/La為11.29(平均值)，具有與OIB相似的特征[2](見表3)，且與EMⅡ OIB最為相近，表明大方玄武巖起源于富集型地幔源，而這正是地幔熱柱的重要地球化學(xué)標(biāo)志[3]。Nb/La<1、高La/Nb值是受到巖石圈地幔組分混染的大陸玄武巖特征的表現(xiàn)。大方玄武巖的La/Nb值為1.23(平均值)，表明受到強(qiáng)烈的巖石圈地幔組分地混染,織金、黑石頭玄武巖也表現(xiàn)出類似特征。這說明大方、織金和黑石頭地區(qū)的玄武巖具有與OIB相似的地球化學(xué)特征和源區(qū)，是地幔柱作用的產(chǎn)物[4-5]。

表3 大方玄武巖不相容元素比值

OIB的源區(qū)并不是唯一的，不同地區(qū)的物質(zhì)來源也不盡相同[6]。Hofmann將OIB分成HIMU型OIB、EMⅠ型OIB和EMⅡ型OIB等3個不同的端元，其物質(zhì)來源是古洋殼脫水殘余物。HIUM型OIB物源為俯沖至下地幔的古洋殼，EMⅠ型OIB和EMⅡ型OIB源區(qū)也是俯沖古洋殼的脫水殘留物，但EMⅠ型OIB有深海沉積物的加入，而EMⅡ型OIB有陸源沉積物的加入。在87Sr/86Sr-143Nd/144Nd相關(guān)圖(見圖3)中，大方、織金和黑石頭玄武巖投影點大部分落在EMⅡ型OIB區(qū)域，僅有有黑石頭的個別點落在原始地幔，由此說明大方、織金和黑石頭的玄武巖源區(qū)來自于相同的富集地幔，這與不相容元素比值所顯示的特征一致。

圖3 大方玄武巖的鍶、銣同位素特征[6-7]

低Ti玄武巖主要由地幔柱巖漿活動早期中心部位巖石圈在高度拉張減薄環(huán)境下大量地幔上涌、高程度部分熔融作用形成的；高Ti玄武巖則是在地幔柱活動相對較弱的階段特別是地幔柱活動中心的邊緣地帶，巖石圈較厚、熔融程度相對較低的條件下形成的[7]。前人將峨眉大火成巖省分為鹽源—麗江巖區(qū)、攀西巖區(qū)、貴州高原巖區(qū)和松潘—甘孜巖區(qū)[8]，鹽源—麗江巖區(qū)以高鎂低鈦為特征，貴州高原巖區(qū)顯示低鎂高鈦的特點，而攀西巖區(qū)則介于兩者之間[9]。大方玄武巖作為峨眉山大火成巖省的東巖區(qū)，Ti/Y>500，屬于高鈦玄武巖，形成于地幔柱頭部的邊緣，是熱柱邊部或消亡期地幔低程度部分熔融的產(chǎn)物。

5.2 構(gòu)造環(huán)境分析

峨眉山玄武巖分布于鹽源—麗江拗陷、康滇隆起及滇黔拗陷等3個次級單元中，主要出露范圍呈長軸近南北的菱形[10]。大方玄武巖正是位于峨眉山大火成巖省的東巖區(qū)滇黔拗陷內(nèi)，其噴發(fā)構(gòu)造環(huán)境為拗陷區(qū)，是拉張應(yīng)力的產(chǎn)物[11]。由于Zr 和Y在大陸玄武巖遭到地殼或巖石圈混染時不會受到影響而發(fā)生濃度改變，因此可以利用Zr-Zr/Y圖解(見圖4)對玄武巖構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行鑒別。大方玄武巖的Th/Yb-Ta/Yb相關(guān)圖(見圖5)顯示出其主要形成于大陸活動邊緣。大方玄武巖Th/Nb為0.16，Nb/Zr為0.12，屬大陸裂谷區(qū)玄武巖，由此可見，大方玄武巖的噴發(fā)環(huán)境為板內(nèi)裂谷。

圖4 大方玄武巖的Zr-Zr/Y判別圖解

圖5 大方玄武巖的Th/Yb-Ta/Yb關(guān)系

6 結(jié) 論

(1)大方地區(qū)玄武巖為大陸板內(nèi)拉班玄武巖，TiO2含量高，Ti/Y>500，屬于高鈦玄武巖，是在地幔柱活動中心的邊緣地帶，巖石圈較厚，熔融程度相對較低的條件下形成的。

(2)大方玄武巖顯示了明顯的Sr、Eu 負(fù)異常，這是由巖漿中發(fā)生了廣泛的斜長石結(jié)晶分離所致。通過與附近織金、黑石頭地區(qū)的玄武巖對比，其主量元素及稀土、微量元素特征、同位素地球化學(xué)特征顯示出大方武巖具有與OIB相似的源區(qū)。來自于與上地殼有關(guān)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的負(fù)異常表明大方玄武巖受到強(qiáng)烈的巖石圈地幔組分混染。

(3)大方玄武巖位于滇黔拗陷內(nèi)，根據(jù)其地球化學(xué)數(shù)據(jù)對其進(jìn)行分析判別，結(jié)果表明，大方玄武巖的噴發(fā)環(huán)境為陸內(nèi)裂谷及陸緣裂谷。

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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

*貴州1∶50 000響水、百納、大方、林泉、牛場坡、沙窩(G48E005015、G48E005016、G48E006015、G48E006016、G48E007015、G48E007016)6幅巖溶石山區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目(編號：12120113051900)。

2014-12-15)

張臘梅(1990—)，女，碩士研究生,610059 四川省成都市成華區(qū)二仙橋東三路1號。