柴北緣阿木尼克山牦牛山組火山巖地球化學特征及其地質意義

胡俊，陸勇,肖小強，曾江，羅波

(1.四川省眾成礦業(yè)有限公司，四川 成都 610046；2.成都理工大學，四川 成都 610059；3.青海省有色地質礦產勘查局，青海 西寧 810015)

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柴北緣阿木尼克山牦牛山組火山巖地球化學特征及其地質意義

胡俊1，陸勇2,肖小強3，曾江1，羅波1

(1.四川省眾成礦業(yè)有限公司，四川 成都 610046；2.成都理工大學，四川 成都 610059；3.青海省有色地質礦產勘查局，青海 西寧 810015)

柴北緣阿木尼克地區(qū)分布有大面積的牦牛山組火山巖,通過對火山巖巖石組合、地球化學、鋯石測年等研究。研究結果表明該區(qū)巖性組合以中-酸性火山巖為主，發(fā)育柱狀節(jié)理，為典型陸相火山巖。里特曼指數(shù)(δ)為1.45～4.54，全堿(ALK)含量變化范圍較大，鋁飽和指數(shù)為0.66～1.19，具2種來源地球化學特征的火山巖(S和I型)，顯示混源演化，輕稀土富集，重稀土虧損，鈾虧損明顯。構造環(huán)境均顯示為島弧，鋯石年齡為中—晚泥盆世，表明阿木尼克山一帶在該時期主體處于隆升狀態(tài)，而到了晚泥盆世—早石炭世時期則出現(xiàn)了海相沉積巖，說明古特提斯洋重新打開，拉開了該區(qū)海相沉積帷幕。

火山巖地質特征;地球化學特征;混源演化;島弧;鋯石年齡;阿木尼克山;柴北緣

火成巖的化學成分受其源區(qū)的化學成分和礦物成分所制約，其性質由熔融類型和程度而決定。筆者通過研究火山巖的巖石組合、主量-微量元素、稀土元素及穩(wěn)定同位素，闡明它們在地球系統(tǒng)中的分布、分配、性狀、遷移和演化的歷史，對于巖漿源區(qū)、古構造環(huán)境的恢復、成巖成礦物源的示蹤均有較好效果(楊學明等，2000)。

一直以來，牦牛山組被認為是一套碰撞后陸相磨拉石組合，其形成標志著柴北緣造山作用的結束(許志琴，2007；張雪亭等，2007；李榮社等，2007)。隨著近年來研究工作的不斷深入，對其巖石組合、地球化學特征、形成時代及環(huán)境也產生了新的認識。陳守建(2007)認為東昆侖地區(qū)牦牛山組為一套典型的伸展裂陷型磨拉石建造；李瑞保(2012)發(fā)現(xiàn)東昆侖地區(qū)牦牛山組夾有雙峰氏火山巖，被認為是初始裂谷環(huán)境；吳才來(2008)發(fā)現(xiàn)柴北緣西段廣泛發(fā)育島弧地球化學特征花崗巖，屬活動大陸邊緣產物；夏文靜等(2014)研究表明柴北緣牦牛山組其基底來源于島弧雜巖灘間山群；馮喬等(2015)亦認為柴北緣烏蘭縣牦牛山一帶可能存在太古宙古老地層結晶基底。

牦牛山組形成環(huán)境的分歧制約了對柴北緣構造演化的認識。因此，系統(tǒng)的研究牦牛山組的巖石組合、地球化學特征、形成時代，并探討構造環(huán)境就變得很有必要，也將對柴北緣的構造演化提供一定依據(jù)。

筆者以柴北緣阿木尼克山一帶牦牛山組火山巖為研究對象，通過野外調查，從巖石組合、地球化學特征、鋯石U-Pb定年等著手研究，表明本區(qū)具有2種來源地球化學特征的火山巖，屬混源演化產物，但地球化學特征均表現(xiàn)為島弧地球化學特征，區(qū)域顯示泥盆紀時期柴北緣均為陸相環(huán)境(孫崇仁，1997；許志琴，2007；張雪亭等，2007；李榮社等，2007；馮喬等，2015)，而部分學者認為柴北緣牦牛山組存在古結晶基底(夏文靜等，2014；馮喬等，2015)，灘間山群下伏牦牛山組火山巖源區(qū)是否與島弧產物灘間山群有關還有待進一步研究(朱小輝等，2014)。4件鋯石U-Pb定年年齡為(369.2±3.3)Ma、(374.8±3.1)Ma、(392.4±3.3)Ma、(385.8±6.1)Ma，限定了本區(qū)牦牛山組火山巖形成時代為中—晚泥盆世。

1 地質特征

1.1 巖石組合特征

牦牛山組火山巖以酸性火山巖為主，其次為中性火山巖，另有少量的基性火山巖、陸相碎屑巖夾層。火山巖相有爆發(fā)相、溢流相及爆發(fā)沉積相。爆發(fā)相巖石有中酸性火山集塊巖、中酸性火山角礫巖、熔結角礫凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r、珍珠巖；溢流相巖石有流紋巖、英安巖、安山巖、杏仁狀玄武巖；爆發(fā)沉積相巖石有沉凝灰?guī)r，發(fā)育層狀構造，其噴發(fā)旋回、韻律見表1。下部為一套以灰黑色薄層狀灰?guī)r、灰褐色薄板狀的含礫微晶白云巖、灰綠色板巖、紫紅色頁巖、鈣質長石石英砂巖組合的陸內碎屑巖建造，上覆石炭系。海相石炭系的出現(xiàn)標志著本區(qū)造山運動的結束，特提斯洋重新打開，開始了海相沉積序列(李瑞保等，2012)。

1.2 空間分布特征

火山巖分布范圍較大，研究區(qū)從西—東均有分布，巖性橫向差異較大(圖1)。在西段的阿木尼克山地區(qū)分布的火山巖以酸性火山巖為主，其次為中性火山巖，有少量的基性火山巖；火山巖相包括爆發(fā)相、溢流相及爆發(fā)沉積相；火山巖柱狀節(jié)理比較粗大，柱狀節(jié)理為陸相火山巖特有特征；而在東側的達達肯烏拉山地區(qū)，巖性均為酸性火山巖；火山巖相為爆發(fā)相、溢流相。

表1 阿木尼克山地區(qū)火山巖噴發(fā)旋回、韻律及巖相特征表

1.第四系;2.獅子溝組;3.油沙山組;4.大煤溝組;5.懷頭他拉組;6.城墻溝組;7.阿木尼克組;8.牦牛山組火山巖段;9.牦牛山組淺變質巖段;10.牦牛山組碎屑巖段;11.寒武—奧陶混雜巖帶;12.中性侵入巖;13.斷裂;14.火山口圖1 研究區(qū)火山巖分布圖Fig.1 Volcanics distribution in research area

2 巖石地球化學特征

2.1 主量元素

由表2可以看出，SiO2含量變化較大，w(SiO2)含量為56.38%～78.12%，火山巖包括了中性巖、酸性巖，在TAS圖解中(圖2)，3件中性巖樣品分別投在粗面安山巖和安山巖區(qū)域，3件樣品投在粗面英安巖區(qū)域，其余11件樣品投在流紋巖區(qū)域。里特曼(組合)指數(shù)(δ)為1.45～4.54，5件樣品9>δ>3.3，為堿性巖，12件樣品δ均小于3.3，屬于鈣堿性巖。全堿〔ALK(Na2O+K2O)〕含量變化范圍較大，為5.38%～9.86%。安山巖富Na，w(K2O)/w(Na2O)均小于1，多數(shù)樣品小于0.5。而酸性巖多數(shù)富K，w(K2O)/w(Na2O)均大于1。在SiO2-K2O圖解中(圖3)，3件安山巖投在鈣堿性系列和高鉀鈣堿性系列，酸性巖僅1件樣品投在低鉀(拉斑)系列，13件樣品投在高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列。安山巖富Ti，其TiO2含量大于1%。鋁飽和指數(shù)A/CNKw(Al2O3)/w( Na2O + K2O + CaO)為0.66～1.19，分2種類型：一類具S型花崗巖特性，鋁飽和指數(shù)大于1.1，Nd初始值低，Sr初始值高，代表地殼產物；另一類具I型花崗巖特性，鋁飽和指數(shù)小于1.1，Nd初始值高，Sr初始值高，代表下地殼產物。

圖2 火山巖TAS圖解Fig.2 Volcanics TAS diagram

圖3 火山巖SiO2-K2O圖Fig.3 Volcanics SiO2-K2O diagram

2.2 稀土元素

從表3可以看出，安山巖稀土總量ΣREE為90.58×10-6～174.10×10-6，LREE/HREE為4.51～8.23，輕稀土富集，重稀土虧損。δEu為0.73～1.16，虧損富集特征不明顯，δCe為1.06～1.29，顯示輕微的富集特征，稀土分配曲線右傾(圖4)。

圖4 安山巖稀土分配曲線圖Fig.4 Andesites REE pattern curve

酸性火山巖稀土總量變化很大，ΣREE為67.72×10-6～371.95×10-6，LREE/HREE為4.93～18.25，輕稀土富集，重稀土虧損。Eu虧損明顯，δEu均小于1。δCe多數(shù)大于1，顯示輕微的富集特征。稀土分配曲線右傾(圖5)，重稀土區(qū)域相對平坦，Eu元素形成明顯的波谷，Ce元素形成一微弱的波峰。與安山巖相比，酸性火山巖Eu明顯虧損，說明在酸性火山巖噴出之前，巖漿結晶已沉淀出較多的斜長石晶體，導致Eu虧損比較強烈。

2.3 微量元素

微量元素含量見表4，由圖6可以看出，3件安山巖樣品Nd/Sr值較小，1件樣品Nd/Sr值較大，表明其具有混源演化特征。強不相容元素Rb、Ba、Th富集，曲線上形成波峰，Ta、Nb虧損明顯，形成波谷。Ce富集，形成波峰。Sm相對富集，形成小波峰。蛛網曲線呈現(xiàn)峰谷迭起的曲線形式。

圖6 安山巖ORG標準化蛛網圖Fig.6 Andesites ORG spider diagram

酸性巖的特征由圖7可以看出，11件樣品曲線一致性較好，Nd/Sr值較大，3件樣品Nd/Sr值較小，亦說明其具有混源巖漿演化特性。強不相容元素Rb、Ba、Th富集，曲線上形成波峰， Ta、Nb虧損明顯，形成波谷。Ce富集，形成波峰。蛛網曲線呈現(xiàn)峰谷迭起的曲線形式。2種類型酸性火山巖微量元素特征、蛛網圖曲線與對應的安山巖較為相似，屬混源巖漿演化的結果。

圖7 酸性火山巖ORG標準化蛛網圖Fig.7 Acid volcanics ORG spider diagram

3 構造環(huán)境分析

3.1 巖相特征

阿木尼克山以南的英安巖中發(fā)育柱狀節(jié)理(圖8)，其分布寬度約200 m，單節(jié)理截面多呈五方形(圖9)，部分呈六方形。在達達肯烏拉山地區(qū)，流紋巖中亦發(fā)育柱狀節(jié)理，出露寬度約60 m，節(jié)理多呈四方柱狀，柱狀節(jié)理的出現(xiàn)標志著該火山巖為陸相噴發(fā)的產物。

圖8 英安巖柱狀節(jié)理圖Fig.8 Dacite columnar joint

圖9 五方形柱狀節(jié)理圖Fig.9 Five square columnar joint

3.2 地球化學特征

在安山巖Th-La/Yb圖解上(圖10)，有2件安山巖投在大陸邊緣弧區(qū)域內。酸性火山巖Y-Nb圖解上(圖11)，所有樣品均投在VAG+syn-COLG區(qū)(火山弧花崗巖+同碰撞花崗巖)。在酸性火山巖w(SiO2)-w(Al2O3)圖解上(圖12)，多數(shù)樣品投在POG區(qū)(造山后花崗巖類)。

圖10 安山巖Th-La/Yb圖解Fig.10 Andesites Th-La/Yb diagram

圖11 酸性火山巖Y-Nb圖解Fig.11 Acid volcanics Y-Nb diagram

圖12 酸性火山巖SiO2-Al2O3圖解Fig.12 Acid volcanics SiO2-Al2O3 diagram

綜合牦牛山組火山巖的地質特征、巖石組合特征、巖石地球化特征，牦牛山組酸性火山巖具島弧火山巖特征，產于造山后碰撞環(huán)境。該特征與前人研究結果一致，晚志留世—早泥盆世時期，柴達木盆地北緣和東昆侖地區(qū)廣泛發(fā)育具島弧地球化學特征的花崗巖，被認為是后碰撞階段伸展作用的產物(孟繁聰?shù)龋?005；吳才來，2008；張耀玲，2010；劉彬等，2012)。形成于晚志留世—晚泥盆世的牦牛山火山巖代表了古生代特提斯洋盆閉合的時間。表明中志留世末，洋盆基本閉合，晚志留世—晚泥盆世，本區(qū)已處于隆升狀態(tài)。安山巖具有大陸邊緣弧地球化學特征，上覆石炭系出現(xiàn)濱海-淺海相碳酸鹽地層，標志著在泥盆紀末期該區(qū)由陸轉海，拉開了海相沉積環(huán)境的序幕。

4 時代探討

在區(qū)域上，周春景、胡道功等(2010)在東昆侖三道灣地區(qū)該組上部流紋英安斑巖中取得鋯石U-Pb年齡(425±2.6)Ma；張耀玲、胡道功等(2010)在東昆侖該組火山巖中上部英安巖中取得SHRIMP鋯石U-Pb年齡(406±2.9)Ma；劉彬、馬昌前等(2013)在昆侖中泥盆世冰溝正長花崗巖中取得鋯石U-Pb年齡(391±3)Ma。本次工作在該區(qū)牦牛山組火山巖中測得4個樣品鋯石U-Pb年齡，分別為(369.2±3.3)Ma、(374.8±3.1)Ma、(392.4±3.3)Ma、(385.8±6.1)Ma，限定了該區(qū)火山巖形成時間為中—晚泥盆世。在阿木尼克山南坡牦牛山組火山巖上部沉積巖夾層中采到Lepidodendropsissp.(圖13)，在牦牛山地區(qū)碎屑巖夾層采到植物化石Leptophloeumrhombicum，在肯得可克地區(qū)采到植物化石Sublepidodendronmirabile、Cyclostigmakiltorkense，上述化石多為晚泥盆世標準。綜上所述，研究區(qū)牦牛山組火山巖形成時間應為中—晚泥盆世。

圖13 鱗木化石圖Fig.13 Lepidodendron fossil

5 結論

(1)柴北緣阿木尼克山地區(qū)牦牛山組火山巖以一套陸相噴發(fā)中-酸性火山巖為主，巖性橫向差異較大，地球化學特征反映為I型和S型花崗巖特征，表明巖漿房源區(qū)具有地殼及下地殼產物，屬混源演化產物，且酸性巖地球化學特征均反映為島弧特征，物源區(qū)是否含有灘間山群老結晶基底還有待研究。

(2)研究區(qū)牦牛山組火山巖鋯石U-Pb年齡369～392 Ma，限定該區(qū)火山巖形成時間為中—晚泥盆世，較晚于東昆侖地區(qū)。

(3)大面積的陸相火山活動表明在中—晚泥盆世時期古特提斯洋已關閉，該區(qū)主體處于隆升狀態(tài)，在晚泥盆世末期—石炭紀時期，該區(qū)出現(xiàn)海相沉積巖，表明特提斯洋重新打開，接受沉積。

致謝：在野外工作中得到四川省眾成礦業(yè)公司領導、同事的支持和關懷，論文編寫得到李建兵高級工程師的指導，地球化學分析測試在中國地質大學(北京)地學實驗中心完成，在此一并感謝！感謝貴刊編輯部對本文進行了認真審閱，并提出了建設性修改意見！

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Geochemical Characters and Geological Implications of Volcanic Rocks from Maoniushan Formation in Amunick Mountain of Northern Qaidam

HU Jun1, LU Yong2, XIAO Xiaoqiang3, ZENG Jiang1, LUO Bo1

(1.Sichuan Zhongcheng Mining Co.,Ltd,Chengdu 610046,Sichuan,China;2.Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,Sichuan,China;3.Qinghai Provicial Bureau of Nonferrous Metaland Geological Exporation,Xining 810015, Qinghai, China)

A large area of volcanic rocks is dispersed in Maoniushan Formation of Amunick area, northern Qaidam basin. In this paper, the rock association and geochemical characters of these volcanic rocks have been studied. The results show that these volcanics mainly consist of medium-acidic volcanic rocks, with columnar joints, belonging to typical continental volcanic rocks.The Rittman indexes of these volcanics vary from 1.45 to 4.54, with great range of ALK content, and their ACNK ratios change from 0.66 to 1.19, showing the geochemical characters of volcanics with two sources (S-type and I-type ) and the mixed source evolution. The LREE of these volcanic rocks are enriched, while their HREE are depleted, with obvious U loss. The structural environment of these volcanic rocks belongs to island environment. The Zircon ages is classified into Middle to Late Devonian, showing the uplifting of Amunik Mountain in this period. And then, the marine sedimentary rocks had appeared in this area during Late Devonian to Early Carboniferous,explaining that the Paleo-Tethys Ocean was opened again and the marine sedimentary was began.

geologic characters of volcanics; geochemical characters;mixed evolution;island;zirconage; Amunick; northern Qaidam Basin

2015-12-13；

2016-06-21

中國地質調查局“青海省都蘭縣阿木尼克山地區(qū)四幅1∶5萬區(qū)域地質礦產調查”(1212011221146)

胡俊(1986-)，男，助理工程師。從事區(qū)域地質礦產調查及找礦工作。E-mail：berry_1896@163.com

P542

A

1009-6248(2016)04-0073-11