黔西地區(qū)織納煤田峨眉山玄武巖地球化學(xué)特征及成因

張金秋

(華北有色工程勘察院有限公司)

峨眉山玄武巖最早由趙亞曾先生于1929年命名，是指出露于峨眉山晚二疊世早期的玄武巖，后期逐漸泛指分布于揚(yáng)子地臺滇、川、黔三省的二疊系玄武巖[1]，主要位于揚(yáng)子地臺西緣，巖性以玄武巖及相伴生的基性—超基性侵入巖為主，主要形成于晚二疊世。由于峨眉山玄武巖是地球深部作用于地殼表層的產(chǎn)物，其動力學(xué)過程及形成機(jī)制相對復(fù)雜[2]，因此自該概念提出至今，其成因一直是眾多學(xué)者研究的焦點?；趲r石學(xué)及巖石地球化學(xué)特征的研究，20世紀(jì)80—90年代學(xué)術(shù)界形成了以“裂谷成因”[1,3-4]為主的觀點。近年來，伴隨新學(xué)說的興起以及研究的進(jìn)一步深入，“地幔柱成因”[5-7]逐漸被人們接受并成為主流觀點，但仍有部分學(xué)者對此持懷疑態(tài)度，并基于相關(guān)試驗數(shù)據(jù)提出了“天體撞擊的對沖聚合效應(yīng)”等關(guān)于峨眉山玄武巖成因的新觀點[2]。本研究以黔西地區(qū)織納煤田峨眉山玄武巖為研究對象，從礦物學(xué)和主微量元素地球化學(xué)方面對其成因進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

織納煤田位于貴州省西部，地跨織金與雍納兩縣，大地構(gòu)造位置上隸屬于上揚(yáng)子陸塊南部被動邊緣褶沖帶上的織金寬緩褶皺區(qū)以及六盤水復(fù)雜變形區(qū)，是“黔中隆起”的核心組成部分[8]。區(qū)內(nèi)出露震旦系、寒武系、下奧陶統(tǒng)、中上泥盆統(tǒng)、石炭系、二疊系、三疊系、下中侏羅統(tǒng)、上白堊統(tǒng)、第三系、第四系地層，其中二疊系地層主要包括下統(tǒng)梁山組、棲霞組、茅口組以及上統(tǒng)峨眉山玄武巖組、龍?zhí)督M、長興組、大龍組，峨眉山玄武巖主要發(fā)育于峨眉山玄武巖組內(nèi)，該組主要為溢出相玄武質(zhì)熔巖，其次為爆發(fā)相熔接火山碎屑巖、火山碎屑巖及其向熔巖與沉積巖過渡的巖類，并夾石灰?guī)r、燧石灰?guī)r、硅質(zhì)巖及砂泥質(zhì)巖和煤層等，與下伏茅口組和上覆龍?zhí)督M呈假整合接觸，厚度為0～342 m。相關(guān)研究表明，峨眉山玄武巖噴發(fā)時期可能為早二疊世晚期到晚二疊世早期[9-12]。

2 巖石地球化學(xué)特征

本研究采集的7件樣品均來自貴州西部織納煤田的峨眉山玄武巖鉆井巖芯，樣品編號為12#～18#，其中，12#、15#峨眉山玄武巖樣品采自聯(lián)興礦，13#樣品采自捷達(dá)礦，14#樣品采自水城比德鄉(xiāng)河壩煤礦。上述7件峨眉山玄武巖樣品均由瑪瑙研缽研制成大小為240目的粉末，并由中國礦業(yè)大學(xué)現(xiàn)代分析與計算中心進(jìn)行X射線熒光光譜分析(XRF)測試，其中，巖石粉末壓片用于微量元素測試，由巖石粉末與亞硼酸鋰或四方硼酸鹽熔融制成的玻璃片主要用于進(jìn)行主量元素測試與分析。

2.1 主量元素地球化學(xué)特征

黔西地區(qū)織納煤田峨眉山玄武巖的主量元素含量測試結(jié)果見表1。由表1可知：7件峨眉山玄武巖樣品的SiO2含量變化范圍較大(30.98%～57.19%)，主要屬于基性火山熔巖；12#、13#、14#樣品的SiO2含量相對偏低(分別為37.01%、30.98%、35.79%)；Fe2O3含量為8.8%～17.3%，變化范圍相對較??；Na2O含量為0.271%～5.012%；MgO含量為0.71%～4.377%；Al3O2含量為4.57%～19.9%。

表1 黔西地區(qū)織納煤田樣品主量元素含量 %

在TAS分類圖解中(圖1)，樣品分別落入苦橄質(zhì)玄武巖、粗面安山巖、似長巖、玄武質(zhì)安山巖以及玄武質(zhì)粗面安山巖區(qū)域，且以亞堿性系列為主；由于蝕變過程中K、Na等元素較活潑，導(dǎo)致采用TAS圖解分析可能會產(chǎn)生一定的誤差[13]。因此，本研究采用不活潑元素組成的w(SiO2)-w(Nb)/w(Y)圖解(圖2)進(jìn)行了進(jìn)一步判斷分析，結(jié)果與TAS圖解判別一致，大部分樣品落入亞堿性玄武巖系列中。

圖1 峨眉山玄武巖TAS圖解

圖2 峨眉山玄武巖w(SiO2)-w(Nb)/w(Y)圖解

在主量元素氧化物協(xié)變圖(圖3)中，除個別樣品外，MgO含量與Fe2O3、Ni、Cr含量及CaO/Al2O3含量比值具有一定的相關(guān)性，其中，MgO含量與Fe2O3含量、CaO/Al2O3含量比值呈較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與Ni、Cr含量等呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，表明除個別樣品外，巖石在化學(xué)演化上呈現(xiàn)一定的連續(xù)性，即在巖漿分離結(jié)晶作用過程中，各類礦物持續(xù)發(fā)生結(jié)晶分離作用[12]。

圖3 峨眉山玄武巖主量元素氧化物協(xié)變圖解

2.2 微量元素地球化學(xué)特征

黔西地區(qū)織納煤田峨眉山玄武巖微量元素測試結(jié)果(表2)顯示：S含量相對最高((1 010～48 106.2)×10-6)，可能受到峨眉山玄武巖組附近煤層的影響；其次為Ti、Cu、Mn、Ba等，含量分別為(1 010～48 106.2)×10-6、(625～24 661.5)×10-6、(269～8 961.9)×10-6、(284.7～3 509.7)×10-6、(25.6～695.8)×10-6；Rb、Zr、Nb、Th、La等元素含量相對偏低。

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖解中(圖4)，峨眉山玄武巖微量元素地球化學(xué)特征相似，大部分元素富集高場強(qiáng)元素(Nb、Zr、Hf、Ti)和Th等，虧損Y元素，Ba和Sr元素含量有明顯波動，表明可能受到混染作用或熱液蝕變作用的影響。由表2可知：相容元素Cr、Ni含量分別為(6.7～111.9)×10-6、(8.4～64.7)×10-6，兩者變化幅度相對較小。依據(jù)已有的峨眉山玄武巖劃分標(biāo)準(zhǔn)，本研究認(rèn)為黔西地區(qū)織納煤田峨眉山玄武巖以低鈦型為主(w(Ti)/w(Y)為85.7～837)。

3 巖石成因

3.1 源區(qū)性質(zhì)

依據(jù)元素不相容性降低順序并結(jié)合微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖4)綜合分析可知，黔西地區(qū)織納煤田峨眉山玄武巖配分曲線總體變化趨勢較為相似，Nb不存在明顯的負(fù)異常，明顯區(qū)別于大洋中脊玄武巖(MORB)，而與洋島玄武巖(OIB)的特征較為相似。由于洋島玄武巖往往是地幔柱作用的產(chǎn)物[14]，因此，黔西地區(qū)織納煤田峨眉山玄武巖也可能源自下地幔，與“循環(huán)洋殼太虧損、陸源沉積物的陸殼特征極強(qiáng)，均不適合作為OIB的源區(qū)物質(zhì)，而地幔交代作用及其產(chǎn)物為OIB富集特征的最佳物源”[15]的觀點相吻合。

3.2 地殼混染

w(Ce)/w(Pb)值為判斷巖漿是否發(fā)生混染的靈敏指標(biāo)[16]。黔西地區(qū)織納煤田峨眉山玄武巖的w(Ce)/w(Pb)值為4.24～19.51，平均達(dá)9.94，遠(yuǎn)低于全球MORB和OIB的相對均一值(w(Ce)/w(Pb)值約為25)。該類玄武巖具有明顯的Pb負(fù)異常、P正異常特征[17]，該類特征均表明織納煤田峨眉山玄武巖明顯受到地殼混染或源區(qū)混染。一般認(rèn)為地殼具有低Nb、高Th的特點，因此地殼物質(zhì)混染必然導(dǎo)致Nb、Th含量之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[14]。黔西地區(qū)織納煤田峨眉山玄武巖Nb、Th含量彼此呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)關(guān)系，由于任何一種巖漿在上升過程中都不可避免地遭受地殼混染，只是其程度有所差異，可見織納煤田峨眉山玄武巖的源區(qū)混染作用對于微量元素的影響程度大于地殼混染作用對于微量元素的影響。

表2 黔西地區(qū)織納煤田樣品微量元素含量 ×10-6

圖4 峨眉山玄武巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

3.3 分離結(jié)晶

分離結(jié)晶作用通常為巖漿分異演化的重要機(jī)制，在巖漿作用過程的初期階段以及巖漿來源為深部環(huán)境的情況下該類機(jī)制所發(fā)揮的作用更加明顯[18]。在主要氧化物協(xié)變圖解中，MgO、Fe2O3含量存在一定的負(fù)相關(guān)，表明成巖過程中存在如磁鐵礦等礦物的分離結(jié)晶作用；Ni、MgO含量呈明顯正相關(guān)關(guān)系，表明成巖過程中存在一定的橄欖石分離結(jié)晶作用。

3.4 構(gòu)造環(huán)境

本研究分析表明，黔西地區(qū)織納煤田峨眉山玄武巖部分樣品遭受了地殼混染作用的影響。為正確判別該區(qū)峨眉山玄武巖形成的構(gòu)造環(huán)境，選取了地殼或巖石圈混染作用對濃度影響較小的Zr、Y制成的w(Zr)/w(Y)-w(Zr)雙對數(shù)判別圖[19]作為判別依據(jù)(圖5)。圖中顯示除個別樣品外，大部分樣品具有相對較高的Zr含量值以及w(Zr)/w(Y)值，均落于WPB(板內(nèi)玄武巖)區(qū)域，反映了該區(qū)峨眉山玄武巖主要為大陸板內(nèi)玄武巖，體現(xiàn)了一定的板內(nèi)拉張環(huán)境特征。此外，2w(Nb)-w(Zr)/4-w(Y)圖解顯示(圖6)，織納煤田峨眉山玄武巖主要落于板內(nèi)堿性玄武巖以及板內(nèi)拉斑玄武巖區(qū)域，從而也進(jìn)一步證明了黔西地區(qū)織納煤田峨眉山玄武巖形成于板內(nèi)拉張的構(gòu)造環(huán)境[14]。

圖5 峨眉山玄武巖w(Zr)/w(Y)-w(Zr)判別圖解

4 結(jié) 語

對黔西地區(qū)織納煤田玄武巖進(jìn)行了取樣分析，對巖體地球化學(xué)特征進(jìn)行了詳細(xì)探討，研究表明，該類巖體的源區(qū)可能為下地幔，形成于板內(nèi)拉張構(gòu)造環(huán)境，并發(fā)生了磁鐵礦、橄欖石等礦物的分離結(jié)晶作用，在玄武巖形成過程中，遭受了一定的混染作用，且源區(qū)混染作用對其影響程度大于地殼混染作用。

圖6 峨眉山玄武巖2w(Nb)-w(Zr)/4-w(Y)判別圖解

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