北祁連大岔
—大坂一帶海相火山巖化學(xué)成分圖解及地質(zhì)意義

賈健，楊合群，趙國斌，謝燮，任華寧，姜寒冰，譚文娟

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊　830011；2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點實驗室，陜西 西安　710054)

北祁連大岔
—大坂一帶海相火山巖化學(xué)成分圖解及地質(zhì)意義

賈健1,2，楊合群2，趙國斌2，謝燮2，任華寧2，姜寒冰2，譚文娟2

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊830011；2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點實驗室，陜西 西安710054)

北祁連地區(qū)早古生代海相火山巖十分發(fā)育。筆者對大岔—大坂一帶奧陶紀(jì)海相火山巖中細(xì)碧-角斑巖化過程Na元素的來源與地質(zhì)意義進(jìn)行了研究。認(rèn)為細(xì)碧-角斑巖比正?；鹕綆r富Na2O,是海水參與的結(jié)果；判別角斑質(zhì)巖石的原始巖漿系列及構(gòu)造環(huán)境類型時不宜采用涉及Na的圖解作為判別依據(jù)，應(yīng)選取惰性元素作為判別依據(jù)；同時提出采用Na2O-SiO2圖解展示巖石細(xì)碧角斑巖化。細(xì)碧-角斑巖類與正常海相火山巖界線為一條微上凸的曲線，該界線Na2O含量為3.5%～4%；大岔—大坂一帶海相火山巖的成分點多落在該界線之上的細(xì)碧-角斑巖類分布區(qū)，可反映該區(qū)奧陶紀(jì)弧后和島弧擴張脊火山噴發(fā)間歇期，海底熱鹵水對流循環(huán)活動強烈，成礦條件非常有利。

細(xì)碧角斑巖；化學(xué)成分圖解；水巖作用；硫化物礦床；大岔—大坂地區(qū)

北祁連地區(qū)是解放后在20世紀(jì)50年代初期開始研究和確認(rèn)的我國早古生代海相火山巖非常發(fā)育的地區(qū)之一(宋志高，1980)。在該區(qū)大岔—大坂一帶的奧陶紀(jì)海相火山巖中，很早就發(fā)現(xiàn)了大岔東山頂塊狀銅礦床，受到許多學(xué)者的關(guān)注(馮益民等，1996；夏林圻等，1996；宋述光等，1997；李文淵等，2004；楊合群,2002，2003；趙東宏等，2003；郭周平等，2010)。以往研究中，人們對于海相火山巖巖石化學(xué)分析數(shù)據(jù)較合理地提取了有關(guān)原始巖漿系列的信息。筆者在繼承前人研究成果的基礎(chǔ)上，重點討論該區(qū)海相火山巖化學(xué)成分圖解及地質(zhì)意義。

1　巖石的構(gòu)造背景

大岔—大坂一帶地處甘肅省北祁連山中西段。按照馮益民等(1996)《祁連山大地構(gòu)造與造山作用》專著中的劃分方案，本區(qū)大地構(gòu)造位置位于塔里木—中朝板塊南緣早古生代中期活動陸緣的走廊弧后盆地和走廊南山島弧單元(圖1)。

Ⅰ.塔里木-中朝板塊；ⅠA.塔里木-中朝克拉通：ⅠA-1.敦煌地塊；ⅠA-2.阿拉善地塊；ⅠA-3.鄂爾多斯地塊；ⅠB.塔里木-中朝板塊南緣早古生代中期活動陸緣；ⅠB-1.走廊弧后盆地；ⅠB-2.走廊南山島??；S.北祁連山早古生代中期縫合帶；SA.俯沖雜巖及弧前增生帶；SB.仰沖洋殼構(gòu)造巖片帶；Ⅱ.柴達(dá)木板塊；ⅡA.柴達(dá)木板塊北緣早古生代中期被動陸緣：H.紅溝晚奧陶世陸緣裂谷；LX.綠梁山—錫鐵山晚奧陶世陸內(nèi)裂谷；A.阿爾茨托山晚奧陶世陸內(nèi)裂谷；L.拉雞山中寒武世—奧陶紀(jì)多期活動陸內(nèi)裂谷；W.霧宿山晚奧陶世陸內(nèi)裂谷；ⅡB.柴達(dá)木克拉通；Ⅲ.西秦嶺印支造山帶；①.玉石溝蛇綠巖；②.大岔—大坂蛇綠巖；③.塔洞溝蛇綠巖；④.老虎山蛇綠巖(圖內(nèi)方框為研究區(qū))圖1　研究區(qū)大地構(gòu)造位置(據(jù)馮益民等，1996)Fig.1　Geological sketch map of Dahan-Dacba area in North Qilian Mts.

在奧陶紀(jì)，北祁連加里東古洋殼板塊自南西至北東向華北大陸板塊下俯沖，沿走廊南山南坡的邊馬溝—清水溝—百經(jīng)寺一線產(chǎn)生海溝俯沖帶，向北依次產(chǎn)生奧陶紀(jì)陸緣島弧帶和中晚奧陶世弧后盆地帶。在該海溝俯沖帶北東側(cè)，沿走廊南山發(fā)育有東西綿延1 000多km的奧陶紀(jì)陸緣島弧火山巖帶。隨著俯沖作用的加強，該火山島弧本身發(fā)生裂谷化,進(jìn)而發(fā)展為擴張脊，形成大岔-大坂蛇綠巖。同時，在火山島弧前鋒的大陸一側(cè)，由于弧后拉伸形成弧后盆地，沿走廊南山北坡發(fā)育有東西延伸達(dá)800km奧陶紀(jì)弧后盆地火山巖帶。其中擺浪溝—塔洞溝—長干峽一帶由于弧后拉張強烈，發(fā)育有具蛇綠巖層序的弧后擴張脊型海相火山巖系。該巖系整體以裂隙式噴溢的枕狀玄武巖為主，相變或夾以較多的中心式爆發(fā)相的火山角礫巖、凝灰?guī)r、集塊角礫凝灰?guī)r和火山沉積相的凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)板巖等。局部出露有輝長巖、超基性巖。

筆者主要討論大坂—大岔地區(qū)古海相火山巖中細(xì)碧角斑巖的成因、化學(xué)成分特征及地質(zhì)意義。

2　巖石的細(xì)碧角斑巖化

海相火山巖不僅包括洋中脊、洋盆、水下海嶺中的火山巖,而且還包括邊緣海和陸間小洋盆中的火山巖，其中不僅有大量的基性巖,而且有一定量的中性巖和酸性巖。由于海水在較高溫度下的滲濾參與，正常火山巖常常發(fā)生細(xì)碧角斑巖化,基性巖-中性巖-酸性巖依次可相應(yīng)地變?yōu)榧?xì)碧巖-角斑巖-石英角斑巖，可稱“細(xì)碧-角斑巖系”或“細(xì)碧-石英角斑巖系”。

2.1細(xì)碧角斑巖一般特征

(1)巖石化學(xué)成分：細(xì)碧巖與玄武巖相比，SiO2含量大體相當(dāng)，由酸性到基性端元均存在。Na2O、FeO、Fe2O3、TiO2、H2O+偏高，CaO、MgO偏低，其中Na2O>K2O,以Na2O大大偏高為特點。具有與各種環(huán)境玄武巖相當(dāng)?shù)奈⒘吭刎S度和稀土配分型式。

(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)造：具有與正常玄武巖相似的高溫結(jié)構(gòu)構(gòu)造，以間片結(jié)構(gòu)為典型。

(3)礦物組合：具低溫變質(zhì)巖的礦物組合,變化于濁沸石相—葡萄石相、葡萄石—綠纖石相、綠片巖相、綠簾—角閃巖相。

2.2細(xì)碧角斑巖成因認(rèn)識

關(guān)于細(xì)碧角斑巖的成因一直存在較大爭議，研究者們提出了許多不同假說，但總體來說分為兩大觀點。

巖漿結(jié)晶說。此觀點認(rèn)為，角斑巖、石英角斑巖與細(xì)碧巖成連續(xù)巖石系列，是巖漿分異的產(chǎn)物。巖石的鈉質(zhì)來源于巖漿本身，巖石斑晶及基質(zhì)都是原生的。具體可以概括為3種觀點：①原始巖漿說：與玄武質(zhì)巖漿相并行的“原始細(xì)碧巖漿”，富鈉巖漿直接結(jié)晶形成細(xì)碧巖。②派生巖漿說：一種來自玄武巖的子巖漿，富含鈉質(zhì)、水和揮發(fā)組分。這個假說能解釋的地質(zhì)事實較多，但也有值得質(zhì)疑的地方。③巖漿混染說：在巖漿上升階段，通過富含鈉質(zhì)及水的巨厚沉積蓋層時發(fā)生混染作用。

后期改造說。此觀點認(rèn)為細(xì)碧角斑巖類是已固結(jié)的火山巖受到變質(zhì)蝕變作用形成的。具體可以概括為以下3種觀點：①低級區(qū)域埋藏變質(zhì)交代說：變質(zhì)熱液對玄武巖進(jìn)行鈉交代作用形成細(xì)碧巖。②海水鈉交代說：海水中的鈉對玄武巖進(jìn)行交代。③自變質(zhì)交代說：玄武巖受自巖漿或異巖漿交代形成細(xì)碧巖。

H.S.Jr.Yoder(1965,1996)證實細(xì)碧質(zhì)巖石礦物組合的不相容性,不可能形成于同一巖漿。以及在現(xiàn)代洋底除了在洋中脊部分和轉(zhuǎn)換斷層部位見有細(xì)碧質(zhì)巖石外,其他地域多為正常的玄武巖等地質(zhì)特征看,由巖漿不能直接結(jié)晶形成細(xì)碧巖石。VALLANCE,T.G(1974)、SEYFRIE-D,W.E、BISCHOFF(1979)、HAJASH,A及ARCHER,P.(1980)等人通過對洋底低溫蝕變作用和變質(zhì)作用、海水玄武巖反應(yīng)提出了循環(huán)海水-玄武巖反應(yīng)形成細(xì)碧巖的假說，并且已給予模式化。F.W.Dicks-on和J.L.-Bischoff(1975)等，H.D.Holland和M.J.Mottl(1978,1979)等，A.Hajash,F.W.Dikson,A. Hajash和G.W.Cha-ndler等(1981)的海水與玄武巖、安山巖、流紋巖等的反應(yīng)實驗結(jié)果均證實,海底火山巖確實與循環(huán)熱海水間發(fā)生著交換反應(yīng),巖石從海水中得到H2O、CO2、Na2O 等,逐步形成了細(xì)碧-角斑質(zhì)巖石的礦物組合。

在大岔—大坂地區(qū)，細(xì)碧角斑巖中局部殘留有玄武巖、安山巖，可以證明細(xì)碧角斑巖與正?；鹕綆r有密切關(guān)系。同時，細(xì)碧角斑巖只產(chǎn)于海相環(huán)境，暗示海水參與是重要條件。

3　巖石化學(xué)成分圖解

3.1原生巖漿系列信息解析

如上所述，細(xì)碧巖角斑巖中鈉的來源不僅來自原始巖漿中的元素，而且包含了海水及沉積物中熱鹵水的鈉。那么筆者在判別細(xì)碧巖類的原巖種類及構(gòu)造環(huán)境類型時就不能采用涉及Na的圖解作為判別依據(jù)，例如正?；鹕綆r最常用的(K2O+Na2O)-SiO2圖解就不再適用。所以選取惰性元素作為判別依據(jù)很有必要(圖2)。

大坂—大岔地區(qū)島弧擴張脊型蛇綠巖套基性火山巖在SiO2-(FeO/MgO)和TiO2-(FeO/MgO)圖解中(圖2)，基性火山巖成分點落在鈣堿性玄武巖區(qū)內(nèi)。

3.2細(xì)碧角斑巖化信息解析

筆者搜集大量世界范圍內(nèi)細(xì)碧角斑巖的巖石化學(xué)數(shù)據(jù)，總結(jié)出細(xì)碧巖類與正常海相火山巖的劃分圖解(圖3)。

CA.鈣堿性玄武巖;TH.拉斑玄武巖圖2　大坂—大岔地區(qū)火山巖SiO2-(FeO/MgO)和TiO2-(FeO/MgO)圖解(據(jù)楊合群等，2003)Fig.2　SiO2 vs (FeO/MgO) and TiO2 vs (FeO/MgO)diagram of volcanic rock in Dacha-Daban area

圖3　細(xì)碧角斑巖與正常亞堿性火山巖Na2O-SiO2圖解Fig.3　Na2O vs SiO2 diagram of splite-keratophyre and normal volcanic rock

由3圖可以看出，細(xì)碧巖類與正常海相火山巖之間Na元素的含量有一個統(tǒng)計性區(qū)分線，范圍大致為3.5%～4%，為一個微上凸的曲線。其中，大坂—大岔地區(qū)的細(xì)碧巖類巖石化學(xué)成分見表1，本地區(qū)的細(xì)碧巖類巖石化學(xué)成分投圖見圖4，絕大部分樣品符合圖3所繪曲線。圖3對于以后的海相火山巖種類的劃分有一定的借鑒意義。

圖4　大岔—大坂一帶細(xì)碧角斑巖Na2O-SiO2圖解Fig.4　Na2O vs SiO2 diagram of splite-keratophyre in Dacha-Daban area

樣號產(chǎn)地巖石SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OMnOCO2P2O5H2O+總計92-3588-8292-55大坂大岔細(xì)碧巖52.660.4214.552.055.547.905.607.960.040.132.910.043.3599.15角斑巖59.810.4314.682.204.175.823.725.610.250.080.200.062.96100.0角斑巖55.490.5617.532.055.006.103.605.350.080.142.050.051.4999.4992-2892-2992-7892-30邊麻溝角斑巖58.210.5817.870.245.313.401.905.950.060.121.790.102.0299.68石英角斑巖72.720.3313.200.373.631.700.604.950.770.060.120.111.0399.59石英角斑巖73.020.3413.311.003.151.500.405.440.440.060.110.071.0999.93角斑巖57.670.6117.663.694.243.105.723.220.380.110.430.102.1099.03DS1-Q6東山頂細(xì)碧角斑巖55.150.3713.987.602.674.223.544.000.560.0800.012.4395.53

注：數(shù)據(jù)來源：樣號92-35～92-30來源于夏林圻等.北祁連山構(gòu)造-火山巖漿-成礦動力學(xué),2001.甘肅省第一區(qū)測隊.1∶20萬肅南幅(10-47-10)區(qū)域地質(zhì)測量報告，1971；甘肅區(qū)調(diào)隊.北祁連山東—中段寒武紀(jì)奧陶系細(xì)碧-石英角斑巖系巖石化學(xué)成分，1980；甘肅省區(qū)調(diào)隊.北祁連山東—中段寒武紀(jì)奧陶紀(jì)火山巖系地層劃分和火山機構(gòu)的研究，1980；樣號DS1-Q6來源本項目自測，2013。

4　地質(zhì)意義

本地區(qū)發(fā)現(xiàn)的海相火山巖型銅礦床的形成環(huán)境應(yīng)與此地的細(xì)碧角斑巖形成有密切的關(guān)系。塊狀和浸染狀的硫化物礦石的形成物理化學(xué)條件為海水與火山巖高溫發(fā)生了水巖作用。

通過上述對大坂—大岔細(xì)碧角斑巖的討論可以得出這樣一個認(rèn)識：玄武質(zhì)巖漿沿島弧擴張脊構(gòu)造裂隙上升噴發(fā)，火山巖與熱鹵水發(fā)生水巖作用形成了細(xì)碧巖，同時活化Fe、Cu、Au等金屬形成含礦熱液，噴出古海底沉積形成了海相火山巖型塊狀硫化物礦床。在有細(xì)碧巖出現(xiàn)的地方，就可以斷定此處玄武巖發(fā)生了水巖作用，為塊狀硫化物礦床有利成礦條件的重要標(biāo)志之一。

5　結(jié)論

綜上所述，筆者認(rèn)為細(xì)碧角斑巖比正?；鹕綆r富Na2O是海水參與的結(jié)果；判別細(xì)碧角斑質(zhì)巖石的原始巖漿系列及構(gòu)造環(huán)境類型時不能采用涉及Na的圖解作為判別依據(jù)，應(yīng)選取惰性元素作為判別依據(jù)；在Na2O-SiO2圖解中，細(xì)碧角斑巖類與正常海相火山巖界線為一條微上凸的曲線，該界線Na2O含量為3.5%～4%；大岔—大坂一帶海相火山巖的成分點多落在該界線之上的細(xì)碧角斑巖類分布區(qū)，可反映該區(qū)奧陶紀(jì)弧后和島弧擴張脊火山噴發(fā)間歇期，海底熱鹵水對流循環(huán)活動強烈，成礦條件非常有利。

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The Geological Significance for Geochemical Composition Analysis of Marine Volcanic Rock from Dacha-Daban Areain North Qilian Mountains

JIA Jian1,2,YANG Hequn2,ZHAO Guobin2,XIE Xie2,REN Huaning2,JIANG Hanbing2,TAN Wenjuan2

(1.Xinjiang Geological Survey Academy,Urumqi 830000，Xinjiang,China;2. Key Laboratory for the Study of Focuse Magmatism and Giant Ore Deposits, MLR, Xi'an Center of Geological Survey, China Geological Survey, Xi'an 710054,Shaanxi, China)

Early Paleozoic marine volcanic rocks were well developed in the North Qilian Mountains. The paper focuses on discussing the formation process and origin of Na element for Ordovician marine volcanic rocks during the process of spilite-keratophyre alteration. There is more Na2O in spilite-keratophyre than normal volcanic rock,because of the basaltic magma react with seawater. Therefore, the discrimination diagram involved with Na element cannot be used as the discrimination criteria for distinguishing the original magma series of keratophyre and related geotectonic setting, but the immobile elements can be used as distinguishing basis. Meanwhile, the Na2O-SiO2diagram is proposed for reflecting the degree of spilite-keratophyre alteration. In this graphic, the boundary line for the percentage of Na element between spilite-keratophyre and normal volcanic rock is a slightly up-convex, which is stand for the content of Na element ranging from 3.5% to 4%. For the marine volcanic rocks in Dacha-Daban area, most of them fall into the distribution region of spilite-keratophyre, suggesting that the convection of seafloor hot brine was very strong at Ordovician back-arc and island-arc spreading ridge during intervolcanic eruption stage, and this area provides very favorableconditions for mineralization.

spilite-keratophyre; diagram of chemical composition; rock-seawater react; sulfide deposits; Dacha-Daban area

2015-03-15；

2015-08-11

中國地質(zhì)調(diào)查局國家地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查專項“北山-祁連成礦帶勘查部署與選區(qū)研究(1212011085083)”和“北山-祁連成礦帶礦產(chǎn)資源潛力調(diào)查(12120113047300)”項目資助

賈健(1990-)，男，在讀碩士生，礦物巖石地球化學(xué)專業(yè)。E-mail：a654125@126.com

P595

A

1009-6248(2015)04-0030-07