甘肅省北山墩墩山群火山巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境分析

何平平, 李 倩, 賈 軒, 周賢君

(甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,甘肅 蘭州 730020)

甘肅北山屬古中亞巨型縫合帶的復(fù)合部位，介于哈薩克斯坦板塊、塔里木板塊和華北三大板塊的交匯處。該地區(qū)地層出露較為齊全，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，火山活動頻繁，中酸性火山巖分布廣泛，因其豐富的礦產(chǎn)資源備受地學(xué)界的關(guān)注[1]。本文通過對北山地區(qū)墩墩山群火山巖巖石地球化學(xué)進行研究，以探討構(gòu)造環(huán)境。

1 地質(zhì)及巖石學(xué)特征

泥盆世墩墩山群地層呈近東西向展布，出露面積較廣。該地層按巖性組合分為上、下兩個巖性段，上部為英安質(zhì)火山角礫巖、角礫凝灰?guī)r、角礫熔巖及熔結(jié)角礫凝灰?guī)r夾流紋巖；下部為玄武巖、安山巖、玄武安山巖及安山質(zhì)角礫巖夾凝灰質(zhì)砂巖，巖性橫向變化較大，多呈透鏡體[2]。墩墩山群與三個井群呈不整合接觸(圖1)。

本次研究采集的火山巖分為兩類，一類是英安質(zhì)凝灰?guī)r，另一類是英安巖，均屬陸相火山噴發(fā)巖，垂向上從早到晚火山作用由弱到強，以中基性噴溢相與噴發(fā)間歇相交互→強烈的酸性爆發(fā)相為主。

(1)英安質(zhì)凝灰?guī)r：巖石風(fēng)化面呈灰、淺灰色，新鮮面呈灰白色、紫灰色、灰色，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由約5%巖屑、約5%晶屑、約90%火山灰組成。巖屑，灰黑色、灰色，棱角狀-次棱角狀，成分為玄武巖、安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、英安巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r，大小0.2～2 mm；晶屑，成分為斜長石、石英、少許黑云母，灰白色、灰色、黑色，棱角狀-次棱角狀，粒徑0.2～2 mm；填隙物為火山灰，細小難辨。

圖1 甘肅省北山地區(qū)墩墩山一帶地質(zhì)簡圖

1—第四系；2—上泥盆統(tǒng)墩墩山群；3—中泥盆統(tǒng)三個井群；4—上奧陶統(tǒng)錫林柯博組；5—奧陶統(tǒng)羅雅楚山組；6—中上寒武統(tǒng)西雙鷹山組；7—下寒武統(tǒng)雙鷹山組；8—薊縣系平頭山組；9—前長城系敦煌群；10—安山玢巖；11—花崗巖；12—次英安巖；13—次流紋英安巖；14—輝長巖；15—實測斷層；16—推測斷層；17—不整合界線；18—樣品采集區(qū)域

(2)英安巖：巖石風(fēng)化面呈灰、淺灰色，新鮮面呈灰白色、紫灰色、灰色。巖石由斑晶和基質(zhì)兩部分組成，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶由5%～20%斜長石、2%～3%石英、3%～5%黑云母組成。斜長石，灰白色，自形-半自形，柱狀，粒徑0.2～2.5 mm；石英，灰色，半自形，粒狀，粒徑0.2～2.0 mm；黑云母，黑色，片狀，粒徑0.2～1.0 mm；基質(zhì)由隱晶的長英質(zhì)組成。

2 主量元素地球化學(xué)特征

從表1可見，墩墩山群陸相火山巖中化學(xué)成分總體變化趨勢是：隨著SiO2增長，TiO2、TFe2O3、MgO、CaO、MnO、P2O5等組分大體呈降低的趨勢，而K2O有增長的趨勢，Na2O、Al2O3則無明顯的變化規(guī)律，這可能與斜長石的分離結(jié)晶作用有關(guān)。英安質(zhì)凝灰?guī)r的巖石固結(jié)指數(shù)(SI)為20.86～20.97，英安巖為7.9，表明英安巖比英安質(zhì)凝灰?guī)r巖漿分異程度高；英安質(zhì)凝灰?guī)r中的A/NCK為0.66～0.84，英安巖為1.09，表明它們分別屬于偏鋁質(zhì)巖石系列和準鋁質(zhì)巖系列；英安質(zhì)凝灰?guī)r和英安巖的里特曼指數(shù)(σ)為2～2.39，均屬鈣堿性巖石。

表1 墩墩山群火山巖主量元素分析結(jié)果表(%)

3 微量元素地球化學(xué)特征

從微量元素特征表(表2)和微量元素原始地幔蛛網(wǎng)圖(圖2)中可以看出，墩墩山群火山巖微量元素分為較明顯的兩組，一組總體略平坦,巖性為英安質(zhì)凝灰?guī)r，曲線總體右緩傾，其中Nb、Ta、Sr虧損較強烈，K、Pb呈弱隆起狀。另一組元素曲線起伏較大，巖性為英安巖，大離子親石元素除Sr外總體富集，Rb、K、Pb、Zr呈隆起狀，Sr、P、Ti強烈虧損，Nb、Ta元素弱虧損[3]。

表2 墩墩山群火山巖微量元素分析結(jié)果表(×10-6)

圖2 墩墩山群火山巖微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖

從稀土元素特征表(表3、表4)和稀土元素球粒隕石標準化圖中(圖3)可以看出，墩墩山火山巖稀土元素總體較富集，曲線總體右傾，表明輕稀土較重稀土分異程度高。輕稀土總體斜率較大，重稀土總體呈平坦狀，說明輕稀土內(nèi)部分餾程度較重稀土高，δEu異常介于0.64～0.93，均為負異常，可能與斜長石為大量析出有關(guān)。

表3 墩墩山群火山巖稀土元素分析結(jié)果表(×10-6)

表4 墩墩山群火山巖稀土元素特征值表

圖3 墩墩山群火山巖稀土元素球粒隕石準化分布型式圖

4 構(gòu)造環(huán)境分析

墩墩山群火山巖的巖石組合以中基性火山巖與酸性火山巖為主，顯示出較為典型的雙鋒式火山巖組合，是典型裂谷環(huán)境的產(chǎn)物。在Zr-Zr/Y圖中(圖4)，樣品有2個落入板內(nèi)火山巖區(qū)，1個落入MORB中。在Ti-Zr圖中(圖5)中，樣品也是有2個落入板內(nèi)環(huán)境，1個落入MORB中。由此推斷，墩墩山群火山巖產(chǎn)于裂谷環(huán)境，是北山晚古生代多旋回陸內(nèi)裂谷初拉張的產(chǎn)物。

圖4 墩墩山群火山巖Zr-Zr/Y圖解

A區(qū)為火山弧玄武巖；B區(qū)為MORB；C區(qū)為板內(nèi)玄武巖；D區(qū)為MORB和火山弧玄武巖(據(jù)Pearce和Nory，1973)

圖5 墩墩山群火山巖Ti-Zr圖解(據(jù)Pearce和Cann，1973)

5 結(jié)論

(1)墩墩山群火山巖為陸相火山巖，均屬鈣堿性巖石，其化學(xué)成分隨SiO2增長大體呈降低的趨勢，這可能與斜長石的分離結(jié)晶作用有關(guān)。

(2)從微量元素特征來看，墩墩山火山巖可分為兩組，一組元素曲線略平坦，Nb、Ta、Sr虧損較強烈，另一組元素曲線起伏較大，Sr、P、Ti強烈虧損，Nb、Ta呈弱虧損。

(3)從稀土元素特征來看，墩墩山火山巖稀土元素總體較富集，標準化曲線總體右傾，且δEu均為負異常，表明輕稀土較重稀土分異程度高。

(4)墩墩山群火山巖的巖石組合以中基性火山巖與酸性火山巖為主，顯示出較為典型的雙鋒式火山巖組合，是典型裂谷環(huán)境的產(chǎn)物。