甘肃火山岩的时空分布

甘肃火山岩的时空分布

甘肃是中国大陆造山带的发育地区之一。火山岩岩浆活动频繁、强烈、持续时间长。张新虎等人在区域成矿地质背景研究过程中,根据近年区域地质调查新成果,利用甘肃矿产资源潜力评价成果资料,对甘肃省火山岩时空分布进行梳理,认为甘肃火山岩浆活动频繁,特别是早古生代火山岩分布广泛,尤以北祁连地区最发育(夏林圻,1991,1998),分布一套完整的早古生代大陆裂谷、洋脊、岛弧和弧后盆地海相火山岩(李文渊,1999)。在研究中进一步明确了火山岩岩石构造组合概念及其划分依据,该组合是指发育于一定地质构造环境、在时间上与某一期构造运动相伴随,在矿物和地球化学特征上有某种特征的一套火山岩。并结合其他岩石建造(侵入岩、变质岩、沉积岩等),经岩石类型、地球化学特征等综合分析确定,使其具有明确的构造环境指示意义及时空含义的一套岩石组合。将甘肃省火山岩岩石构造组合类型划分为与稳定陆块有关岩石构造组合和与大陆伸展及后造山有关岩石构造组合2大类、7个亚类,建立了与大洋环境有关的岩石构造组合和与洋俯冲有关的岩石构造组合类型。分析了北山、祁连、秦岭构造岩浆带火山作用、火山岩相特征,探讨火山岩作用与成矿。1火山岩地质特征甘肃省地处天山—兴蒙造山系、塔里木板块、华北陆板块、秦祁昆造山系、西藏—三江造山系交汇处,经历了大陆地壳早期演化、超大陆裂解及洋陆演化、板内伸展和陆内叠覆造山4个阶段(冯益民,2002)。在不同的演化阶段和不同的构造环境下,形成不同的火山作用和地球化学特点的火山岩岩石构造组合(图1)。甘肃火山岩浆活动频繁、强烈,持续时间长。在古元古代火山活动就已开始,这时期火山岩呈角闪片岩、斜长角闪片岩等分布于北山及祁连山等地区。中元古代变质火山岩主要分布于北山、中北祁连山及碧口地区。新元古代火山活动微弱。早古生代火山岩广布于北山北部及南、北祁连地区,尤以北祁连最发育,分布一套完整的早古生代大陆裂谷、洋脊、岛弧和弧后盆地海相火山岩。晚古生代火山岩集中分布于北山地区,多为后碰撞板内伸展环境。中、新生代火山岩见于西秦岭及河西走廊南缘地区,均为板内陆相火山岩,局限性强。北山区长城纪火山岩见于平头山和大红山一带。早古生代火山岩见于公婆山—月牙山及马鬃山等地,岛弧或裂谷环境。晚古生代火山作用始于早—中泥盆世,结束于晚二叠世,石炭—二叠纪火山岩最发育,大陆裂谷环境。塔里木—华北区火山岩为前南华纪古老变质岩中所夹的各类变质基性火山岩,牵涉构造岩石地层单位为敦煌岩群、古元古代龙首山岩群。北祁连古元古代零星分布有裂谷型火山岩及中新元古代小洋盆—沟弧盆体系火山岩;早古生代发育一套完整的大陆裂谷、洋脊、岛弧和弧后盆地火山岩系;中新生代火山岩见于北祁连西段早白垩世下沟组,属大陆碱性火山岩。南祁连早古生代火山岩主要分布在西部的党河南山一带奥陶纪地层中。西秦岭区新太古代见一套变质基性火山岩系。古元古代变质火山岩见于北秦岭西段,阳坝镇至碧口一带见中—新元古代阳坝岩组火山岩系。早古生代陈家河群分布在天水地区,早奥陶世草滩沟群火山岩系见于天水地区清水县至岔岔石一带。中新生代火山岩均为陆相火山岩,形成于板内构造环境,有中—晚侏罗世郎木寺组、侏罗纪贾河组、古近纪小石河子火山岩、新近纪牛顶山组,分别见于郎木寺、合作北东、宕昌北、理川河、堡子川、天水北道、宕昌大坡梁等地。2岩浆岩带、岩相层序分区火山岩各级构造岩浆岩带的划分结合同一地域、同一地质时代的侵入岩统一考虑,并充分考虑区域大地构造格局,与各级大地构造分区对应,与大地构造相的相系、大相、相、亚相及岩石构造组合相匹配,可以划分成5个级别,从高到低依次为:构造岩浆岩省、构造岩浆岩带、构造岩浆岩亚带、构造岩浆岩段和岩浆岩岩石构造组合。甘肃各构造岩浆带划分见图1、表1,主要构造岩浆带火山作用及岩相等基本特征简述如下。2.1岛弧火山岩形成时代(1)该构造岩浆岩省位于塔里木板块东北缘。新太古—早元古代北山杂岩中变火山岩主要为中基性火山岩局部夹变英安岩、流纹岩,属高铁拉斑玄武岩系列和钙碱性系列,构造环境为岛弧或活动大陆边缘,不排除裂谷环境的可能。自震旦纪—寒武纪开始裂解,形成多岛洋盆格局,表现为一系列裂解“陆块”和小洋盆。中奥陶世转变为洋盆闭合环境,导致板块、陆块间碰撞并形成沟—弧—盆体系及火山—沉积建造,划为窑洞努如岛弧、牛圈子弧后盆地和公婆泉岛弧。窑洞努如岩浆弧是以玄武岩、安山岩、英安岩为主的初始岛弧,公婆泉岛弧火山活动频繁、强烈,由爆发相和喷溢相交替活动产生的安山岩、英安岩、火山角砾岩、集块岩、凝灰岩等,是在古陆壳基底上发育起来的以钙碱性系列为主的海相火山岩,显示成熟岛弧带的特征。有公婆泉斑岩型铜矿、花牛山金银铅锌矿等形成。(2)红柳园“裂谷带”是北山南带奥陶世开始裂解并具初始洋壳性质的构造单元,早中泥盆世雀儿山岛弧火山岩形成,晚泥盆世墩墩山群为后造山大陆板内火山岩,具中心式喷发特征,以强烈的爆发作用为主,兼有宁静的喷溢作用,经中性喷溢—中酸性喷发—酸性爆发,构成一个完整的喷发旋回;石炭纪—早二叠世为中性、中酸性海相火山岩,晚二叠世转变为陆相酸性火山喷发。早石炭世火山岩由老到新有中酸性—基性—中酸性变化的趋势,晚石炭世火山岩以中基性为主。早二叠世火山岩以中性为主。晚二叠世火山岩以酸性为主,均为陆相火山岩。进一步可划分为岛弧、裂谷和后造山裂谷火山岩。代表性矿产有红尖兵山钨矿、狼娃山铁矿、金场沟金银矿等。岛弧火山岩各种岩相均可出现,尤以爆发相最发育。以志留纪公婆泉岛弧火山岩为例,出现的火山岩相有:爆发相、喷溢相、喷发—沉积相和侵出相。爆发相主要有安山质含集块角砾岩、角砾集块熔岩和角砾凝灰岩组成,分布于破火山口附近。见有潜火山岩(英安斑岩)出露。喷溢相由玄武岩、安山岩和流纹岩等熔岩组成。分布范围大,有时与爆发相岩石交替产出。喷发—沉积相常与溢流相层状火山岩相伴或与正常沉积岩互层。侵出相由英安斑岩组成,与围岩明显的侵入接触关系。裂谷火山岩出露于小草湖至窑洞梁一带,呈近EW向带状分布,主要由基性熔岩和酸性熔岩组成的双峰式裂谷火山岩。火山作用的特点是大规模裂隙式喷溢活动为主,未见爆发相和侵出相的产物,表明火山活动是在相对比较平静的条件下进行的,持续时间较长,但强度较弱。后造山裂谷火山岩见于晚泥盆世墩墩山群及晚二叠世方山口组陆相火山岩系中,以中性、中酸性熔岩及火山碎屑为主,火山机构保存较好,中心式喷发。墩墩山群中圈出了4个层状火山机构,其中黑山井北东火山机构平面上呈椭圆形,SN长2.3km,EW宽约1.6km。火山机构中心为涡状洼地,四周为内陡外缓的环形山。火山通道相为潜英安山,平面上呈卵圆形,长1km,宽0.6km,与围岩界线分明,接触面内倾,通道相外围为喷溢—爆发相英安角砾熔岩、英安岩及英安质角砾凝灰岩。各岩性层交互成层产出,在平面上呈同心带状分布,近火山口区为爆发相英安岩质角砾岩、集块角砾岩及熔结角砾凝灰岩。岩层围绕火山口向外倾斜,靠近中心部位较陡可达70°左右,边部则趋于平缓,倾角仅20°~30°左右,火山机构是由中酸性喷溢与爆发交替作用形成的层状火山。2.2岩浆岩石化学特征新太古—古元古代敦煌岩群中的斜长角闪片岩、角闪片岩、阳起斜长片岩,原岩恢复为中基性火山岩局部夹变英安岩、流纹岩。岩石化学特征显示,变基性火山岩属亚碱性高铁拉斑玄武岩系列,变酸性火山岩属亚碱性钙碱性系列,构造环境为岛弧或活动大陆边缘。龙首山岩群的斜长角闪岩,为形成于稳定大陆边缘和大陆裂谷过渡环境下的基性火山岩。自震旦纪—早古生代,敦煌地块及阿拉善南缘一直处于隆升剥蚀状态。2.3秦祁昆构造的岩浆岩省h2.3.1岩浆形成时代及岩相特征北祁连构造岩浆带和中南祁连构造岩浆带火山岩是甘肃最为发育且保存较好的地区,类型齐全,成因复杂,为大陆裂谷—海相火山岩系。古元古代为双峰式裂陷槽型火山岩建造,现已被强烈变形变质改造。中元古代早期是本地区重要的陆壳裂解、开裂成洋的时期,熬油沟组火山岩和蛇绿岩是这一构造—岩浆热事件的忠实记录,构造背景的不同形成不同的岩石组合,包尔沟一带为成熟岛弧,大东沟—吊大坂为裂谷环境,托勒山北坡为洋脊—岛弧环境,小柳沟—斑赛尔成熟岛弧。寒武纪黑茨沟组属大陆裂谷型拉斑质—碱性玄武岩—玄武安山岩,主要岩性为玄武岩、英安质凝灰岩等,由于裂谷拉张速度不均一,造成玄武质岩浆多壳层深熔作用的不同,从而产生不同的火山岩岩石图谱,拉张较慢区为酸性火山岩浆,拉张较快区,碱性玄武质岩浆较少,岩浆以拉斑质玄武岩型为主。寒武纪末,裂谷作用加剧和持续发展,在奥陶纪形成大洋盆地,在洋脊处经部分熔融形成玄武岩浆,经喷发和侵入形成洋岛,岩石组合为细碧岩组合,为枕状、杏仁状细碧岩、细碧玢岩、辉长辉绿玢岩及正常玄武岩;随着洋盆的扩张和大洋板块的冷却、加厚而发生双向俯冲,在地幔楔中发生部分熔融,产生岛弧型火山岩,以阴沟群为代表,岩石构造组合以安山岩为主,为玄武岩+安山岩+英安岩+流纹岩组合,一般含有大量火山碎屑岩;在岛弧山链后方,地幔上隆,诱发弧后拉张形成弧后盆地型火山岩,以阴沟群第三岩性组为代表,岩石类型以中酸性火山岩为主,含大量中基性火山岩,上部层位以火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩为主,碎屑物明显见浅海相大陆成分和岛弧区特征。早中志留世古祁连海槽趋于闭合,火山活动仅在走廊南山北缘零星发育,形成中酸性火山岩建造,岩石组合为玄武岩—安山岩与细碧岩—角斑岩。白垩纪大陆碱性火山岩出现在祁连山西段的玉门红柳峡地区早白垩世下沟组,在河湖相等红色碎屑岩中夹有碱性橄榄粗玄岩,钾质玄武岩及杏仁状玄武岩,多与碱性正长岩相伴生。这些具典型大陆信号的火山岩浆在地壳拉裂处上涌,形成祁连山西段大陆性火山岩。代表性矿床有寒山、鹰咀山、石青硐金矿,石居里及白银铜矿等。本构造岩浆岩带火山岩相较齐全,爆发相、溢流相侵出相、喷发—沉积相、火山通道相、潜火山岩相均有。造山带不同发展阶段,岩相发育程度有差异。早古生代海相火山岩系在空间上呈有规律的带状分布特征。寒武纪—早奥陶世以洋脊—洋岛型海相火山岩为主,主要为基性火山岩系,形成于大洋中脊环境,以溢流相为主;中晚奥陶世走廊南山地区发育岛弧火山岩系及弧后盆地火山岩带,以爆发相为主。受多次构造破坏及变形影响,原生火山岩相及火山机构多遭破坏。已发现古火山机构多处,其中天祝县维芨滩古火山机构发育于中下奥陶世阴沟群上组,岛弧火山岩,火山口被灰绿色潜安山英安岩充填,东半环为安山质集块角砾凝灰岩与安山质集块角砾熔岩,西半环为玄武岩流,沿断裂带向北西向延伸,北侧有潜玄武岩呈脉群产出,显示基性岩裂隙式喷发特征。2.3.2成岩环境及矿物资源量秦岭构造岩浆带寒武纪—奥陶纪早期裂解作用逐渐加强,早古生代裂谷形成在北秦岭发育了早奥陶世草滩沟群及早古生代李子园群岛弧火山岩。草滩沟群以安山岩为主,为玄武岩+安山岩+英安岩+流纹岩组合,属钙碱性系列,形成于岛弧环境;李子园群为一套中基性火山岩,属岛弧安山质—玄武质—火山碎屑岩组合。泥盆纪在南秦岭勉略地区形成裂谷或有限洋盆环境,沉积了含少量火山岩夹层的三河口群,显示有火山作用存在。中新生代西秦岭处于陆内造山作用阶段,不均衡抬升与拉张,形成郎木寺组、贾河组后碰撞安山岩—英安岩—火山岩碎屑岩组合。喜山期板内伸展构造作用阶段,有古近纪小石河子组后碰撞酸性—中酸性裂谷火山岩及新近纪牛顶山组大陆裂谷碱性橄榄岩类。本构造岩浆带三叠纪—古近纪火山岩相及火山机构保存较好,如郎木寺组陆相火山岩,发育溢流相中酸性熔岩,也发育爆发相中酸性火山碎屑岩、熔结火山碎屑岩、火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩,空间上从边部向中心依次为火山碎屑沉积岩→熔结火山碎屑岩→火山碎屑熔岩→熔岩,均呈整合过渡关系,产状较陡,两侧相对中心基本对称,为一较典型的火山通道相产物。新近纪小河子组为中酸性火山岩、岩性为中酸性熔岩(英安岩、流纹岩)及各种不同粒径的中酸性火山碎屑岩(火山集块岩、角砾凝灰岩、熔结凝灰岩)、火山碎屑熔岩组成,结合火山岩地层剖面综合分析,属于典型的爆发—溢流相火山岩,从空间展布特征看,该套火山岩呈近东西向线状,分布于天水东渭河断裂北侧的社棠—小河子—葡萄园一线,明显受渭河断裂控制,属于具有多相韵律性的裂隙式爆发—溢流相陆内断陷盆地中的火山岩。2.4岩浆地质环境新太古代鱼洞子沟岩群中斜长角闪岩、斜长角闪片岩等,原岩恢复为基性火山岩,形成于大陆裂谷环境。中—新元古代阳坝岩组为变质中基性熔岩,中下部为变玄武岩,变安山玄武岩,上部层位为英安岩,为双峰式火山岩组合,构造环境判别岩浆源于软流圈地幔柱,属洋岛环境。代表性矿床有阳坝铜矿、筏子坝铜矿、陈家庙铁铜矿床等矿床。3岩浆岩的组合类型和特点3.1岩石组合类型化岩石的构造组合是人们基于对现今全球大地构造环境及其中所出露的所有岩石(包括火山岩、侵入岩、沉积岩和变质岩)组合的认识所划分的岩石组合的通称,某些岩石组合只出现在特定的构造环境(路凤香等,2002)。Condie(1982,1989)提出了岩石构造组合的概念,用以表征板块边界或特定板块内部环境特征的岩石组合。火山岩岩石构造组合是指发育于一定地质构造环境、在时间上与某一期构造运动相伴随,在矿物和地球化学特征上有某种特征的一套火山岩。并结合其他岩石建造(侵入岩、变质岩、沉积岩等),经岩石类型、地球化学特征等综合分析而确定的,具有明确的构造环境指示意义及时空含义的一套岩石组合。3.2岩石构造组合根据相关资料并结合实际,甘肃省火山岩岩石构造组合类型划分为与稳定陆块有关的岩石构造组合、与大陆伸展及后造山有关的岩石构造组合、与大洋环境有关的岩石构造组合、与洋俯冲有关的岩石构造组合、与碰撞有关的岩石构造组合5个大类,进一步细分为16个亚类。甘肃火山岩岩石构造组合特征见表1。3.3甘肃火山岩岩石构造的联合特征3.3.1板内裂谷构造区(1)拉分盆地岩石组合:以双峰式组合火山岩为特征,拉斑系列和碱性系列双峰式组合一般为板内裂谷的非造山环境。走廊南山岛弧亚带白垩纪新民堡群下沟组属此组合,为橄榄玄武岩岩石组合。(2)含火山岩的前陆盆地岩石组合:酸性火山岩+进积序列浊积岩。西倾山—南秦岭陆缘裂谷亚带白垩纪财宝山组属此组合,为英安流纹质火山角砾岩—英安流纹岩岩石组合。3.3.2晚泥盆世墩墩山群(1)后造山裂谷岩石组合:双峰式火山岩和侵入岩、双峰式岩墙群;过碱性花岗岩与钙碱花岗岩组合;是山根拆沉作用的标志,限定造山作用旋回结束。分布于柳园裂谷亚带,1晚泥盆世墩墩山群:中上部英安质火山岩,下部玄武质—安山质火山岩岩石组合;2早二叠世双堡塘组英安质—安山质火山岩岩石组合;3中二叠世金塔组低钾拉斑玄武岩岩石组合;4晚二叠世方山口组英安质—流纹质夹安山—玄武质火山岩岩石组合。(2)含火山岩的陆棚碎屑岩盆地岩石组合:大陆溢流玄武岩+生物碳酸盐岩+少量双峰式火山岩;常与退积型沉积充填系列盆地沉积组合相伴生。龙首山基底杂岩亚带泥盆纪火山岩属此组合,为安山玄武岩—火山碎屑岩岩石组合。3.3.3碳酸岩岩浆组(1)陆内裂谷(大陆裂谷)岩石组合:特征是以玄武岩—粗面岩岩石组合为代表的双峰式火成岩组合,常与退积型沉积充填系列盆地沉积组合相伴生。以碱性玄武岩类为主,包括碱性橄榄玄武岩、碧玄岩、霞石岩、白榴岩、响岩,还有过碱性粗面岩、英安岩、流纹岩,火山岩常呈组成对称的水平分带,无共生的钙碱性花岗岩类,有的晚期还有碳酸岩岩浆活动。分布于走廊南山岛弧亚带,1早寒武世黑茨沟组玄武岩—英安质凝灰岩岩石组合;2中—晚寒武世香毛山组英安质凝灰岩—安山岩岩石组合。(2)大陆边缘裂谷岩石组合:以安山岩、英安岩和流纹岩为主的组合(少量玄武岩)为主;其中基性、中酸性岩类Al(3)洋岛—海山岩石组合:以出现洋岛碱性玄武岩类和以玄武岩+粗面岩的双峰式组合为特征,伴生沉积岩为礁灰岩。在SiO(4)洋中脊岩石组合:以洋中脊玄武岩(MORB)+MORS蛇绿岩+斜长花岗岩组合为特征。与其伴生的沉积岩为深海放射虫硅质岩、远洋泥页岩和远洋碳酸盐岩、洋壳角砾岩。属此组合的有北祁连蛇绿混杂岩亚带长城纪熬油沟组:MORS含蛇绿岩碎片浊积岩及玄武质—安山质—英安质火山岩岩石组合,红柳河—洗肠井蛇绿混杂岩亚带马鬃山混杂岩:玄武质—英安质—流纹质火山岩岩石组合。3.3.4与洋河口湿地的关系(1)洋内弧岩石组合:以高镁安山岩+岛弧拉斑玄武岩(IAT)+SSZ蛇绿岩组合为特征,一般共生有高镁闪长岩。是指洋内俯冲作用形成的一套以岛弧拉斑玄武岩为主、少量钙碱性系列及高镁安山岩及浅海碳酸盐岩—深海相硅泥质复理石的一套火山沉积岩组合。洋内弧拉斑系列的(SiO(2)岛弧(陆缘弧)岩石组合:以钙碱系列为主,为玄武岩+安山岩+英安岩+流纹岩组合。属此组合的有公婆泉岛弧亚带志留纪公婆泉群:安山质—玄武质火山岩—火山碎屑岩石组合,走廊南山岛弧亚带1震旦纪白银岩群一岩组一岩段:含矿流纹英安质熔岩—火山碎屑岩岩石组合;二岩段:英安质熔岩—火山碎屑岩岩石组合;2白银岩群二岩组:安山质熔岩—火山碎屑岩岩石组合。(3)成熟岛弧岩石组合:为玄武岩+安山岩+英安岩+流纹岩组合,其中安山岩占主导地位;主要为中钾钙碱性系列,少量为高钾钙碱性系列,为高铝玄武岩类型(Al(4)弧后盆地岩石组合:拉斑玄武岩建造、钙碱系列火山岩建造、火山岩组分具钙碱性系列向拉斑