山西同城县旧高山火山岩的成因

山西同城县旧高山火山岩的成因

中新世和新生代华北克拉通岩浆活动强烈，频繁，与华北克拉通破坏密切相关。近十多年来,国内外许多学者把华北克拉通东部、北部地区的中、新生代岩浆岩当作深部“探针”进行了精细的研究。在华北克拉通岩石圈减薄的时间、主导机制、时空演化、软流圈对岩石圈地幔作用的过程、岩石圈组成转变方式、主要驱动力等方面,取得了丰硕的研究成果笔者在野外剖面实测过程中,发现旧高山火山岩角度不整合覆盖于一套灰紫色-紫红色砾岩之上。砾岩层厚11.3m,砾石成分以黑云钾长片麻岩、黑云斜长片麻岩、硅质岩和竹叶状灰岩砾石为主。砾石大小悬殊,最大可达30cm,小的仅2~3mm,由粗砂质孔隙式胶结。通过对比发现,该层砾岩与区域上的下白垩统左云组底部砾岩在砾石成分和结构上完全类似。据此笔者认为,旧高山火山岩的时代应归属于早白垩世。有关资料表明,在旧高山毗邻的内蒙古清水河-和林格尔一带至卓资县一带分布有大面积的、且与旧高山火山岩在岩性上完全可以对比的早白垩世火山岩。他们同位于华北克拉通中西部,把旧高山火山岩当作深部“探针”进行研究,以揭示本地区早白垩世的构造岩浆活动特点,具有重要意义。1老高山火山岩的层序和岩相学特征1.1火山岩岩性组合旧高山早白垩世火山岩位于大同煤田西北边缘,大同向斜西翼,呈NE展布,向南西、北东均迅速变薄并尖灭,分布面积仅3km笔者在野外对旧高山火山岩剖面进行了详细实测,在室内进行了显微镜观察,确认旧高山火山岩为一套中基性火山岩,岩性组合为致密状玄武质安山岩与杏仁状、气孔状玄武质安山岩互层,可划分为四个喷发旋回。每个旋回下部为致密状玄武质安山岩,上部为气孔杏仁状玄武质安山岩。四个旋回连续喷发,中间无沉积间隔,仅在第二旋回下部发现有4m厚的集块岩。说明整体以宁静式喷发为主,为中基性溢流火山岩。火山岩剖面见表1所示。1.2岩相学特征1.2.1矿石矿物组成在旧高山火山岩剖面上,致密状玄武质安山岩共有4层,岩性基本相近,在地貌上为陡坎(图1-a),断面可见流动纹饰。风化面为浅灰色,新鲜面为灰黑色,多数断面上分布有大小在1.20~2.50mm的紫色斑点,致密块状构造。主要矿物组成为斜长石,其含量(体积分数)为55%~65%;辉石,含量20%~25%;次为伊丁石或伊丁石化橄榄石,含量10%~15%。可见极少量副矿物磁铁矿、磷灰石等。斜长石呈长条状,辉石多为细小的它形粒状,个别为半自形柱状(图1-e),伊丁石为深褐红色,细小粒状。伊丁石化橄榄石粒度相对较大,裂理发育,但仍保留其它形粒状的假象(图1-d)。细小粒状矿物充填于杂乱分布的长条状斜长石之间,整体为粗玄结构。1.2.2致密状玄武质安山岩岩石学特征气孔、杏仁状玄武质安山岩位于每个喷发旋回的上部。其特征是在2、3、4旋回上部为杏仁状玄武质安山岩,杏仁体椭圆形-圆形,大小介于0.36~2.49mm之间,由粒状方解石构成(图1-f),占岩石总量(体积分数)的35%~40%。在第1喷发旋回上部主要为气孔状构造,局部层段为杏仁状构造。气孔呈定向拉长状(图1-b),且上部气孔大而密集,大小5~10mm;下部气孔小而少,约为1~5mm。基体部分主要为斜长石、辉石及少量伊丁石和伊丁石化橄榄石,以及少量副矿物磁铁矿组成,与致密状玄武质安山岩特征相似。其不同之处表现在深褐红色它形粒状的伊丁石常聚集一起构成聚合斑。1.2.3基性火山岩角砾岩集块岩被夹于旧高山火山岩第1喷发旋回上部的气孔、杏仁状玄武质安山岩之中,火山角砾结构。角砾呈棱角状,大小20~50cm,角砾被结晶粒状方解石胶结充填(图3-c)。角砾成分以致密状玄武质安山岩为主,少量为杏仁状玄武质安山岩。旧高山早白垩世中基性火山岩矿物组成的突出特点是,每个喷发旋回下部致密状玄武质安山岩中均含有少量浑圆状的伊丁石化橄榄石,裂理发育。这一特征表明,该套火山岩的岩浆来源可能较深。2火山岩的主要元素化合物和地球化学特征2.1主、微量元素分析方法在旧高山中基性火山岩剖面实测过程中,共采集新鲜样品63个,除主要用于岩矿鉴定外,考虑到由于气孔杏仁状火山岩中杏仁体为后期充填,影响分析测试结果,故我们选择每个喷发旋回致密状火山岩样品4个,送核工业北京地质研究院分析测试研究中心进行主、微量元素分析。主量元素测试仪器为ICAP6300等离子体发射光谱仪,测试环境温度20℃,相对湿度30%;微量元素测试仪器为电感耦合等离子体质谱分析仪,方法ICP-MS,测试环境温度20℃,相对湿度30%。2.2古高山火山岩的岩石名称和岩石群前人多将旧高山火山岩称为凝灰岩及安山岩由表2知,旧高山中基性火山岩4个样品的Al2.3原始地表的建立火成岩微量元素的丰度是岩浆成因演化的重要标志。由于在岩浆作用中不同性质的微量元素的地球化学行为不同,因此通过微量元素地球化学的研究,探讨岩浆岩源区、岩浆起源和演化过程和构造背景,具有重要的示综意义。笔者将表2的微量元素分析结果标准化后,编制成微量元素标准化蛛网图(图3)。图中S代表样品,PM代表原始地幔。从图3可以看出,旧高山早白垩世火山岩4个样品的微量元素配分模式完全相似,均相对富集Ba、Ta、Nb、Sr、Zr、Hf、Sc等强不相容元素,亏损Y、Cr、Ni元素,说明他们来自同一个岩浆源区。据Langmuir(1976)的研究,橄榄石的分离结晶或残余会导致岩石中Cr、Ni的亏损,若岩石中w(MgO)<15%时,Cr、Ni的亏损更主要是受源区残留相橄榄石和尖晶石的控制。而旧高山火山岩样品的w(MgO)=1.37%~3.8%(如表2),远小于15%,这就告诉我们,其Cr、Ni的亏损可能是岩浆源区橄榄石和尖晶石的残留所致。另外,笔者通过计算得出旧高山火山岩样品的Rb和Yb原始地幔标准化后的比值范围为10~41(如表2),属强不相容元素富集型。说明旧高山火山岩的岩浆可能为富集地幔源或交代地幔源,熔融程度低、分离结晶程度强的残余熔体2.4旧高山火山岩稀土元素含量旧高山火山岩稀土元素分析结果如表2所示,笔者将其标准化后编制成稀土元素配分蛛网图(图4)。图中S代表样品,CⅠ代表球粒陨石。由表2可知,旧高山白垩纪火山岩样品的∑REE为372.468~421.074μg/g,稀土含量较高;LREE为328.04~359.41μg/g,HREE为44.428~61.664μg/g,为明显的轻稀土富集型;轻稀土分馏w(La2.5旧高山火山岩构造环境Th、Ta、Hf是一组地球化学性质上具有相似性耐熔强亲岩元素,其亲岩浆性的变化基本同步,他们相互之间的比值关系不仅能反映深部作用的地球化学过程及源区的某些地球化学性质,而且可用来判别火山岩形成的大地构造环境。笔者把表2的分析数据计算后,将参数点投入火山岩构造环境w(Th)/w(Hf)-w(Ta)/w(Hf)判别图解(图5)。4个样品的参数点均落于Ⅵ1范围内,即大陆板内陆内裂谷及陆缘裂谷拉斑玄武岩区,说明旧高山早垩世火山岩形成于大陆板内裂谷大地构造环境。Joron和Truil构造环境和岩浆物质来源分析表明,旧高山早白垩世火山岩形成于大陆板内裂谷大地构造环境,岩浆来源于地幔物质的部分熔融与下地壳组分部分熔融的混合。3动力学背景晚侏罗世—早白垩世是华北克拉通东部构造-岩浆活动的重要时期4旧高山火山岩岩浆1