青海省柴北缘牦牛山组火山岩地球化学特征.doc

柴北缘阿木尼克山牦牛山组火山岩地球化学特征胡 俊1，肖小强2，曾 江1，罗 波（.四川省众成矿业有限公司，成都 61000；2.青海省有色地质矿产勘查局，西宁 81000）摘 要：柴北缘阿木尼克地区分布有大面积的牦牛山组火山岩,通过对火山岩地球化学特征研究，认为该区火山岩具有S型和I型花岗岩特征，形成环境为岛弧及似岛弧，火山岩中发育含植物化石Lepidodendropsis sp.的海相碳酸盐岩夹层，锆石U-Pb年龄为369.23.3 Ma392.43.3 Ma，为中晚泥盆世，与区域上典型的晚泥盆世牦牛山组陆相火山岩具有一定的差异性。关键词：火山岩地质特征;地球化学特征;混源演化;岛弧;锆石年龄;阿木尼克山;柴北缘Geochemical characters of volcanics in the Amunick mountain of northern QaidamHu Jun1,Xiao Xiaoqiang2,Zeng Jiang1,Luo Bo1(1.Sichuan Zhongcheng Mining Co.,Ltd,Chengdu 610000;2.Qinghai Provicial Bureau Of Nonferrous Metaland Geological Exporation,Xining 810000)Abstract: The Yak mountain group are dispersed large area in Amunick of northern Qaidam basin, Study on the geochemical characters of volcanics,they have the characters of S-type and I-type granite,the structural environment is island or similar island, phytolite Lepidodendropsis sp. of marine carbonate interlayer in volcanic rocks had be found, Zircon age from 369.23.3Ma to 392.43.3Ma,belonging to middle and late Devonian，all the characters are quite different from the typical Yak mountain group. Key words: Geologic characters of volcanics;Geochemical characters;mixed evolution;island; Zircon age; Amunick; northern Qaidam Basin地调项目：青海省都兰县阿木尼克山地区四幅15万区域地质矿产调查，项目编号：1212011221146作者简介：胡俊（1986），男，助理工程师，从事区域地质矿产调查评价及找矿工作，邮箱：berry_1896163.com0 前言火成岩的化学成分受其源区的化学成分和矿物成分所制约，其性质由熔融类型和程度而决定。通过研究火山岩的岩石组合、主量微量元素、稀土元素及稳定同位素，阐明它们在地球系统中的分布、分配、性状、迁移和演化的历史，对于岩浆源区、古构造环境的恢复、成岩成矿物源的示踪均有较好效果1。1 地质特征1.1 岩石组合特征牦牛山组火山岩以酸性火山岩为主，其次为中性火山岩，另有少量的基性火山岩，在下部夹一套灰黑色薄层状灰岩、灰褐色薄板状的含砾微晶白云岩、灰绿色板岩、紫红色页岩、钙质长石石英砂岩。火山岩相有爆发相、溢流相及爆发沉积相。爆发相岩石有中酸性火山集块岩、中酸性火山角砾岩、熔结角砾凝灰岩、晶屑凝灰岩、珍珠岩；溢流相岩石有流纹岩、英安岩、安山岩、杏仁状玄武岩；爆发沉积相岩石有沉凝灰岩，发育层状构造。其喷发旋回、韵律见表1-1。表1-1 阿木尼克山地区火山岩喷发旋回、韵律及岩相特征表Table 1-1 eruptive cycles、rhythms and lithofacies characters in Amunick area赋存地层旋回韵律岩性厚度(m)岩相层韵律旋回牦牛山组（D2-3m）牦牛山火山旋回流纹质熔结凝灰角砾岩1.851.85459.29爆发相紫红色泥页岩、长石石英砂岩2.75306.4沉积相英安质安山质角砾凝灰熔岩117.03溢流相安山玄武质熔结角砾岩64.17爆发相英安质安山质火山角砾岩8.25爆发相安山玄武质熔结角砾岩或角砾凝灰岩42.97喷发相晶屑岩屑角砾凝灰岩71.23喷发相微晶白云岩夹板岩49.63117.92沉积相晶屑凝灰岩54.42喷发相含砾晶屑凝灰岩13.87爆发相薄板状的含砾微晶白云岩8.8833.12沉积相英安质晶屑沉凝灰岩4.56喷发-沉积相英安质晶屑凝灰岩19.68喷发相1.2 空间分布特征火山岩分布范围较大，研究区从西到东均有分布，岩性横向差异较大（图1-1）。在西段的阿木尼克山以南地区分布的火山岩以酸性火山岩为主，其次为中性火山岩，有少量的基性火山岩，火山岩相包括爆发相、溢流相及爆发沉积相，火山岩柱状节理比较粗大；而在东侧的达达肯乌拉山地区，岩性均为酸性火山岩，火山岩相为爆发相、溢流相，下部为一套浅变质陆源碎屑岩夹碳酸盐岩，上部为浅海陆棚相碳酸盐岩夹碎屑岩，标志着陆内造山运动结束，特提斯洋重新打开6，在阿木尼克山一带接受沉积。2 岩石地球化学特征2.1 主量元素由表2-1可以看出，SiO2含量变化较大，w(SiO2)含量56.38-78.12%，火山岩包括了中性岩、酸性岩，在TAS图解中（图2-1），3件中性岩样品分别投在粗面安山岩和安山岩区域，3件样品投在粗面英安岩区域，其余11件样品投在流纹岩区域。里特曼（组合）指数（）介于1.45-4.54， 5件样品93.3，为碱性岩，12件样品均小于3.3，属于钙碱性岩。全碱含量（ALK（Na2O+K2O）含量变化范围较大，介于5.38-9.86%之间。安山岩富Na，w（K2O）/ w（Na 2O）均小于1，多数样品小于0.5。而酸性岩多数富K，w（K2O）/ w（Na 2O）均大于1。在SiO2K2O图解中（图2-2），3件安山岩投在钙碱性系列和高钾钙碱性系列，酸性岩仅1件样品投在低钾（拉斑）系列，13件样品投在高钾钙碱性系列和钾玄岩系列。安山岩富Ti，其TiO2含量大于1%。铝饱和指数A/CNK w（Al2O3）/ w ( N a2 O + K 2 O + CaO)）为0.661.19，分两种类型：一类具S型花岗岩特性，铝饱和指数大于1.1，Nd初始值低，Sr初始值高，代表地壳产物，另一类具I型花岗岩特性，铝饱和指数小于1.1，Nd初始值高，Sr初始值高，代表下地壳产物。图1-1 研究区火山岩分布图1.第四系;2.狮子沟组;3.油沙山组;4.大煤沟组;5.怀头他拉组;6.城墙沟组;7.阿木尼克组;8.牦牛山组火山岩段;9.牦牛山组浅变质岩段;10.牦牛山组碎屑岩段;11.寒武奥陶混杂岩带;12.中性侵入岩;13.断裂;14.火山口Fig.1-1 Volcanics distribution in research area2.2 稀土元素表2-2可以看出，安山岩稀土总量REE介于90.58-174.10（10-6）间 ，LREE/HREE介于4.51-8.23间，轻稀土富集，重稀土亏损。Eu介于0.73-1.16，亏损富集特征不明显，Ce介于1.06-1.29，显示轻微的富集特征，稀土分配曲线右倾（图2-3）。酸性火山岩稀土总量变化很大，REE介于67.72-371.95（10-6）间 ，LREE/HREE介于4.93-18.25间，轻稀土富集，重稀土亏损。Eu亏损明显，Eu均小于1。Ce多数大于1，显示轻微的富集特征。稀土分配曲线右倾（图2-4），重稀土区域相对平坦，Eu元素形成明显的波谷，Ce元素形成一微弱的波峰。与安山岩相比，酸性火山岩Eu明显亏损，说明在酸性火山岩喷出之前，岩浆结晶已沉淀出较多的斜长石晶体，导致Eu亏损比较强烈。2.3 微量元素安山岩微量元素见表2-3，由图2-5可以看出，3件样品Nd/Sr比值较小，1件样品Nd/Sr比值较大，表明其具有混源演化特征。强不相容元素Rb、Ba、Th富集，曲线上形成波峰，Ta、Nb亏损明显，形成波谷。Ce富集，形成波峰。Sm相对富集，形成小波峰。蛛网曲线呈现峰谷迭起的曲线形式。酸性岩由图2-6可以看出，11件样品曲线一致性较好，Nd/Sr比值较大，3件样品Nd/Sr比值较小，亦说明其具有混源岩浆演化特性。强不相容元素Rb、Ba、Th富集，曲线上形成波峰， Ta、Nb亏损明显，形成波谷。Ce富集，形成波峰。蛛网曲线呈现峰谷迭起的曲线形式。两种类型酸性火山岩微量元素特征、蛛网图曲线与对应的安山岩较为相似，属混源岩浆演化的结果。 图2-1 火山岩TAS图解 图2-2 火山岩SiO2K2O图 Fig.2-1 volcanics TAS diagram Fig.2-2 volcanics SiO2-K2O diagram图2-3 安山岩稀土分配曲线图 图2-4 酸性火山岩稀土配分曲线图Fig.2-3 andesites REE pattern curve Fig.2-4 acid volcanics REE pattern curve 图2-5 安山岩ORG标准化蛛网图 图2-6 酸性火山岩ORG标准化蛛网图 Fig.2-5 andesites ORG spider diagram Fig.2-5 Acid volcanics ORG spider diagram表2-1 火山岩主量元素含量Table 2-1 major elements content of volcanics样品编号岩性SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OTiO2MnOP2O5LOSSTotalALKA / CN K P3-16 REE1粗面英安岩64.69 13.79 2.56 0.50 0.46 2.96 0.14 9.18 0.11 0.043 0.033 4.71 99.17 9.78 3.84 0.74 P3-21 REE1流纹岩72.77 11.55 0.74 0.35 0.14 2.15 1.08 8.39 0.10 0.021 0.019 2.46 99.77 9.71 2.98 0.66 P5-3 REE1流纹岩71.67 12.03 1.52 0.47 0.80 1.54 1.87 6.06 0.27 0.025 0.053 3.39 99.70 8.20 2.16 0.85 P10-3 REE1英安质晶屑凝灰岩62.99 14.10 3.92 1.70 0.85 3.08 3.91 4.50 0.53 0.046 0.20 3.92 99.76 8.76 3.40 0.84 P10-5 REE1安山玻质岩61.88 18.57 0.89 2.70 2.77 0.47 9.25 0.12 0.80 0.014 0.27 1.87 99.60 9.54 4.54 1.35 P12-11 REE1粗面安山岩53.94 16.83 4.75 2.54 4.12 4.18 6.17 1.18 1.05 0.086 0.16 4.31 99.31 7.69 4.42 1.04 P12-12 REE1杏仁状流纹岩71.99 14.08 1.25 0.26 0.19 0.70 2.97 5.96 0.37 0.014 0.082 1.83 99.70 9.10 2.73 0.97 YP07(3) REE1碳酸盐化流纹岩70.13 12.62 0.19 0.53 0.91 2.11 3.85 5.70 0.22 0.044 0.055 3.12 99.49 9.86 3.31 0.73 D3450 REE1流纹岩73.08 13.41 2.01 0.73 0.29 0.79 4.09 3.52 0.18 0.019 0.033 1.74 99.89 7.74 1.91 1.09 P16-60 REE1流纹岩69.65 13.50 0.43 1.88 0.75 2.03 3.44 5.01 0.35 0.041 0.088 2.55 99.73 8.67 2.64 0.88 P19-6 REE1流纹岩76.61 10.75 0.47 0.64 0.25 1.55 3.31 3.68 0.12 0.032 0.026 1.92 99.36 7.12 1.45 0.86 P19-30 REE1流纹岩67.60 12.08 0.88 0.97 0.83 4.48 1.81 5.36 0.40 0.048 0.066 5.03 99.56 7.55 2.02 0.71 P19-32 REE1安山岩55.66 16.77 2.54 4.87 3.96 6.54 3.32 1.93 1.12 0.13 0.251 2.30 99.39 5.38 2.07 1.02 D3560GS1流纹岩75.4812.540.74 0.20 513.7460.07210.01770.07211.78 99.68 7.33 1.59 1.02 D-D7015GS1凝灰岩70.8115.581.24 0.43 0.37 1.26 3.50 4.42 0.12 0.016 0.063 2.10 99.90 8.08 2.23 1.15 D4012GS1安山岩59.1516.731.22 5.31 2.19 3.55 4.49 1.87 1.10 0.097 0.33 3.35 99.38 6.58 2.38 1.19 P35-35GS1流纹岩72.56 14.21 0.81 0.15 0.60 0.68 3.42 4.15 0.069 0.021 0.033 3.35 100.05 7.83 1.91 1.16 测试单位：中国地质大学（北京），元素含量单位（B/10-2）表2-2 火山岩稀土元素含量Table 2-2 rare earth elements content of volcanics样品编号岩性LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuYREELREEHREELREE/HREELaN/YbNEuCeP3-16 REE1粗面英安岩70.61 157.95 14.39 57.95 10.82 0.87 9.60 1.23 5.59 1.05 3.15 0.45 3.13 0.47 25.56 337.26312.6024.6612.6816.21 0.261.15 P3-21 REE1流纹岩34.60 92.73 8.40 34.67 6.94 0.64 7.28 1.26 7.34 1.52 4.54 0.67 4.39 0.63 35.98 205.61177.9727.646.445.65 0.271.29 P5-3 REE1流纹岩27.98 73.95 6.80 28.88 5.81 1.34 6.07 0.97 5.50 1.09 3.20 0.44 2.71 0.40 24.41 165.12144.7420.377.117.41 0.691.27 P10-3 REE1英安质晶屑凝灰岩27.96 73.87 6.85 29.98 6.21 1.59 6.40 1.05 5.96 1.24 3.87 0.55 3.56 0.55 34.06 169.64146.4623.186.325.63 0.761.27 P10-5 REE1安山玻质岩18.36 43.37 4.64 20.23 4.27 1.34 4.78 0.83 4.91 0.99 2.72 0.38 2.31 0.34 30.29 109.4792.2217.255.345.71 0.901.12 P12-11 REE1粗面安山岩13.39 33.75 3.79 17.48 3.97 1.58 4.32 0.73 4.43 0.92 2.82 0.40 2.60 0.40 22.84 90.5873.9616.634.453.70 1.161.14 P12-12 REE1杏仁状流纹岩20.03 69.73 5.29 22.82 4.93 1.06 5.03 0.83 4.73 0.96 2.81 0.42 2.70 0.42 29.06 141.76123.8617.906.925.32 0.641.63 YP07(3) REE1碳酸盐化流纹岩82.39 180.17 15.45 61.66 10.05 1.44 9.10 1.05 4.41 0.80 2.46 0.34 2.28 0.35 21.62 371.95351.1720.7816.9025.94 0.451.15 D3450 REE1流纹岩19.02 44.41 4.73 19.61 3.88 1.12 3.80 0.59 3.27 0.64 1.98 0.29 2.02 0.33 15.95 105.6992.7712.927.186.75 0.881.12 P16-60 REE1流纹岩22.04 58.65 5.09 20.57 3.97 1.04 3.96 0.61 3.37 0.67 2.13 0.30 1.98 0.30 18.38 124.67111.3613.318.368.00 0.791.31 P19-6 REE1流纹岩21.51 63.31 5.88 25.68 5.88 0.59 6.32 1.08 6.65 1.40 4.16 0.62 4.08 0.61 34.50 147.77122.8624.914.933.78 0.301.36 P19-30 REE1流纹岩29.30 80.40 7.20 29.61 5.54 1.46 5.38 0.79 4.21 0.84 2.55 0.35 2.34 0.37 25.35 170.33153.5116.829.139.00 0.811.32 P19-32 REE1安山岩24.41 66.32 6.23 27.90 5.39 1.62 5.39 0.78 4.16 0.83 2.28 0.30 2.01 0.29 20.26 147.90131.8716.038.238.73 0.911.29 D3560GS1流纹岩17.62 26.12 3.68 13.15 2.48 0.39 1.82 0.24 0.95 0.16 0.48 0.07 0.48 0.08 6.35 67.7263.464.2614.8826.50 0.540.75 D-D7015GS1凝灰岩27.12 69.79 5.18 18.51 3.26 0.72 2.63 0.46 1.34 0.38 0.78 0.24 0.75 0.25 8.30 131.42124.596.8318.2525.79 0.731.35 D4012GS1安山岩31.74 70.58 7.95 34.50 7.00 1.62 6.35 1.13 5.26 1.26 3.04 0.56 2.60 0.52 32.00 174.10153.3820.717.418.76 0.731.06 P35-35GS1流纹岩23.92 45.18 5.51 20.54 4.01 0.65 2.97 0.39 1.49 0.30 0.71 0.13 0.81 0.12 8.75 106.7299.806.9114.4421.12 0.550.93 测试单位：中国地质大学（北京），元素含量单位（B/10-6）表2-3 火山岩微量元素含量Table 2-3 microelements content of volcanics样品编号岩性RbBaThUKTaNbLaCeSrNdPZrHfSmTiYYbLuP3-16 REE1粗面英安岩250.10845.6024.866.5976174.471.3814.3531.7470.5838.0334.50144.08178.605.297.00672.0032.002.600.52P3-21 REE1流纹岩210.75446.7019.283.6469619.151.2413.6418.3643.3731.2920.2382.96170.205.564.27609.0030.292.310.34P5-3 REE1流纹岩151.90715.8015.573.2350285.110.888.3113.3933.7540.8617.48231.4171644.0022.842.600.40P10-3 REE1英安质晶屑凝灰岩130.10476.6013.753.0537340.430.8811.3524.4166.3264.6127.90873.24262.208.065.393192.0020.262.010.29P10-5 REE1安山玻质岩30.9239.677.821.47995.740.9311.3670.61157.9524.8057.951178.87163.005.0510.824814.0025.563.130.47P12-11 REE1粗面安山岩62.10333.905.621.449791.490.627.9620.0369.73252.7022.82698.5936272.0029.062.700.42P12-12 REE1杏仁状流纹岩158.10499.1015.493.8949455.320.737.4582.39180.1739.3461.66358.03211.606.6110.052203.0021.622.280.35YP07(3) REE1碳酸盐化流纹岩100.10478.1014.543.2647297.870.478.6334.6092.7340.2934.67240.14250.807.526.941347.0035.984.390.63D3450 REE1流纹岩128.65646.5012.221.7829208.510.7410.3827.9873.9592.4328.88144.08312.809.015.811074.0024.412.710.40P16-60 REE1流纹岩159.10640.9012.643.1841572.340.655.7319.0244.4165.6819.61384.23150.104.563.882121.0015.952.020.33P19-6 REE1流纹岩139.90424.1018.913.8230536.170.9211.2722.0458.6564.8420.57113.52131.404.363.97714.0018.381.980.30P19-30 REE1流纹岩207.401058.0011.883.3944476.600.759.8221.5163.3184.2525.68288.17176.505.055.882420.0034.504.080.61P19-32 REE1安山岩66.38582.106.931.4616014.890.6312.1229.3080.40355.5029.611095.92177.904.895.546688.0025.352.340.37D3560GS1流纹岩130.60584.0010.802.0031083.831.3116.4017.6226.12228.9013.15314.8089.402.852.486.350.480.08D-D7015GS1凝灰岩148.85753.0012.303.0736676.601.1613.1023.9245.18258.9020.54275.07131.004.114.018.750.810.12D4012GS1安山岩63.15398.0010.202.3515517.020.779.7327.9673.87246.5029.981440.85253.006.616.2134.063.560.55P35-35GS1流纹岩145.47517.009.082.8434436.171.0810.8027.1269.79183.9018.51144.0899.503.343.268.300.750.25测试单位：中国地质大学（北京），元素含量单位（B/10-6）3 构造环境分析3.1 岩性特征阿木尼克山以南的英安岩中发育柱状节理，其分布宽度约200m，单节理截面多呈四方形，部分呈六方形，柱状节理的出现标志着该火山岩为陆相喷发的产物。而火山岩中白云岩、结晶灰岩、泥页岩、碎屑岩夹层的存在，表明该组火山岩又具有海相喷发特征。而在达达肯乌拉山地区，流纹岩中亦发育柱状节理，出露宽度约60m，节理多呈四方柱状，但缺少海相火山岩或海相沉积岩夹层，但发育水解型膨润土矿，可以推测其环境为岛弧。3.2 地球化学特征在安山岩Th-La/Yb图解上（图3-1），有2件安山岩投在大陆边缘弧区域内。酸性火山岩Y-Nb图解上（图3-2），所有样品均投在VAG+syn-COLG区（火山弧花岗岩+同碰撞花岗岩）。在酸性火山岩（SiO2）-（Al2O3）图解上（图3-3），多数样品投在POG区（造山后花岗岩类）。图3-3 酸性火山岩（SiO2）-（Al2O3）图解Fig.3-3 acid volcanics w(SiO2)-w(Al2O3) diagram图3-1 安山岩Th-La/Yb图解 图3-2 酸性火山岩Y-Nb图解Fig.3-1 andesites Th-La/Yb diagram Fig.3-2 acid volcanics Y-Nb diagram综合牦牛山组火山岩的地质特征、岩石组合特征、岩石地球化特征，牦牛山组酸性火山岩具岛弧火山岩特征，产于造山后碰撞环境。该特征与前人研究结果一致，晚志留世早泥盆世时期，柴达木盆地北缘和东昆仑地区广泛发育有岛弧地球化学特征的花岗岩，被认为是后碰撞阶段伸展作用的产物2-4。形成于晚志留世晚泥盆世的牦牛山火山岩代表了古生代特提斯洋盆闭合的时间。表明中志留世末，洋盆基本闭合，晚志留世晚泥盆世，本区已处于隆升状态。安山岩具有大陆边缘弧地球化学特征，同时上部火山岩具有的海相沉积夹层的出现，标志着在该时期柴北缘由陆转海，拉开了该区海相沉积环境的序幕。4 时代探讨该区牦牛山组火山岩，4样品锆石U-Pb年龄分别是369.23.3Ma、374.83.1 Ma 、392.43.3Ma 、385.86.1 Ma。在区域上，周春景、胡道功等在东昆仑三道湾地区该组上部流纹英安斑岩中取得锆石U-Pb年龄4252.6Ma5，张耀玲、胡道功等在东昆仑该组火山岩中上部英安岩中取得SHRIMP锆石U-Pb年龄4062.9Ma6，刘彬、马昌前等在昆仑中泥盆世冰沟正长花岗岩中取得锆石U-Pb年龄3913 Ma7，阿木尼克地区牦牛山组火山岩锆石U-Pb年龄与区域基本一致。同时，阿木尼克地区牦牛山组角度不整合于滩间山群之上，其上被石炭系地层整合覆盖，并产Lepidodendropsis sp.。综述，研究区牦牛山组火山岩形成时间应为中晚泥盆世。5 结论（1）柴北缘阿木尼克山地区牦牛山组火山岩以中酸性火山岩为主，岩性横向差异大，属混源演化产物。（2）研究区构造环境与区域典型陆相喷发有区别，属岛弧或者似岛弧环境。（3）形成时代与区域形成时代基本一致，研究区内中泥盆世就开始了火山活动，较早于区域年龄。参考文献：1杨学明,杨晓勇,陈双喜.岩石地球化学M.合肥:中国科学技术大学出版社.2000:40-166Yang XM,Yang XY,Chen SX.LithogeochemistryM. Hefei: Press of University of Science and Technology of China.2000:40-166 in Chinese2吴才来,郜源红,吴锁平,陈其龙,Joseph L.Wooden,Frank K.Mazadab,Chris Mattinson.柴北缘西段花岗岩锆石SHRIMP U-Pb定年及其岩石地球化学特征J.中国科学D辑:地球科学.2008,38(8):930949Wu CL,Gao YH,et al. Geochemistry and zircon SHRIMP U-Pb dating of granitoids from the west segment of the North QaidamJ.Chinese Sciences D: Geoscience:2008,38(8):930-949 in Chinese3孟繁聪,张建新,杨经绥.柴北缘锡铁山早古生代HP/UHP变质作用后的构造热事件花岗岩和片麻岩的同位素与岩石地球化学证据J.岩石学报.2005,21(01):45-56 Meng FC,Zhang JX and Yang