牦牛山组火山岩地球化学特征及构造环境分析论文

牦牛山组火山岩地球化学特征及构造环境分析

摘要：本文对牦牛山组火山岩的系统研究发现其岩石组合为安山角砾岩、杏仁状安山岩、辉石安山岩、角闪安山岩和石英安山岩，总体上属于钾玄岩系列。牦牛山组火山岩具有钾质火山岩的特征。通过地球化学方面的证据，同时结合区域地质演化特征，得出牦牛山火山岩的形成环境应该为板内伸展体制下的大陆裂谷型火山岩。关键字：牦牛山组；火山岩；地球化学特征；大地构造环境；中图分类号： p588 文献标识码： a 文章编号：

1 牦牛山地区地质概况

牦牛山地区大地构造位置处于欧龙布鲁克地块，北邻南祁连造山带，南接柴达木陆块。总体呈北西西向介于宗务隆山南缘断裂与柴北缘缝合带之间，西端至阿尔金断裂，东段为哇洪山-温泉右行剪切断裂所截，故又称欧龙布鲁克隆起带。该地块经历了晚太古代-中元古代的的多次大陆汇聚裂解过程形成了老的变质结晶基底；中元古代-新元古代出现了以碳酸盐为主的沉积盖层；早古生代寒武纪-奥陶纪受柴达木陆块向欧龙布鲁克地块俯冲与折返作用，在欧龙布鲁克地块南缘形一套以中基性火山岩为主，夹有少量碎屑岩及碳酸盐岩的火山沉积建造；至晚古生代发生了陆内造山。前人研究认为，区内普遍缺失早、中泥盆世沉积，晚泥盆世区内为陆相磨拉石建造，泥盆纪晚期受大陆的继续拉张，在泥盆纪牦牛山组顶部发育了一套陆相火山岩沉积，石炭纪的城墙沟组是一套海陆交互相沉积建造，预示着陆内造山结束。此后新的特提斯洋在柴北缘一带张

开，中新生代伴生有中酸性岩浆活动，进入新生代随着特提斯洋的关闭，区内再次进入陆内造山阶段，广泛发育陆相磨拉石建造，造就了欧龙布鲁克地块现今的构造格局。

上泥盆统牦牛山组分布于柴北缘牦牛山地区，与下伏滩间山群不整合接触，上覆下石炭统城墙沟组为角度不整合接触关系。前人据岩性组合特征将牦牛山组分为碎屑岩段和火山岩段。

（1）碎屑岩段（d3m1）

主要分布于牦牛山北坡。自下而上岩性为：下部厚-块层状中粒硬砂质长石砂岩、钙质硬砂质石英砂岩及紫红色块层状含砾中粗粒硬砂岩夹砾岩透镜体，底部有不厚的紫灰色砂质细砾岩；中部灰紫色巨厚-块层状中-粗粒砾岩；上部灰紫色中厚-块层状中-粗粒硬砂岩，含砾硬砂岩夹少量灰绿色细-粗粒硬砂岩。

（2）火山岩段（d3m2）

主要分布于阿木尼克山、锡铁山、牦牛山一带。由下而上岩性为：下部灰绿色、灰紫色块层状砾岩、粗粒含砾硬砂岩及中粗粒硬砂岩夹不稳定的灰紫色杏仁状安山岩；上部为灰紫色、灰绿色、紫红色安山角砾岩、杏仁状安山岩、辉石安山岩、角闪安山岩、安山岩和石英安山岩等，是组成火山岩段的主要岩石，顶部为灰紫色厚层状长石质硬砂岩。

本文主要针对火山岩段的岩石地球化学特征、微量元素特征及稀土元素特征进行了初步的分析，所涉及样品均有长安大学资源学院西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室负责测试。

2 火山岩的地球化学特征

2.1 主量元素特征

主量元素的分析可以对岩石的分类定名、岩浆的起源及其演化提供重要依据，也是研究火山岩的重要方法之一，通过对a1，a2,a3,a4样品的分析表明牦牛山组火山岩段的主量元素在化学成分上具有

如下特征：

（1）sio2的含量变化范围在58-66%，其中a1、a2两件样品的sio2含量小于63%、大于52%，属于中性火山岩类；a3、a4两件样品的sio2含量大于63%，属于酸性岩类。结合tas图解（图2-1）、野外定名和薄片鉴定的成果，将牦牛山火山岩定名为玄武岩、辉石安山岩、粗面安山岩、粗面英安岩、角闪安山岩、安山岩和英安岩，显示出钾玄岩系列岩石组合特征。

（2）富碱：w（na2o+k2o）为8.56-10.31%，平均值为9.35%。反应在里特曼指数上，a1、a2两件样品均大于4，属于碱性岩系；a3、a4样品小于4属于钙碱性岩类。四件样品的碱值介于0.5-0.65之间，均小于0.9，属于钙碱性系列。

（3）富铝：所测4件样品中，其铝饱和度（a/cnk）的值均大于1，属于过铝质火山岩，a3、a4样品的al2o3及cao+na2o+k2o的值较a1、a2低，具亚碱性特征。

（4）富钾：其w（na2o）/w(k2o)为0.7-1，均大于0.6。在w（na2o）/w(k2o)图及w（sio2）/w(k2o)上，所有样品落入钾玄岩系列。（5）贫钛：所测四件样品钛含量介于0.5-0.75%之间，均小于

1.3%，属于贫钛类型。

综上知本区火山岩属于介于碱性玄武岩和钙碱性岩类之间的中间系列-钾玄岩系列,sio2含量在58-66%，具有富碱、铝及钾，相对来说贫钛。

2.2 微量元素特征

微量元素在岩石中的含量一般小于0.1%，通过对微量元素的研究可以划分岩石类型、分析岩石形成的物化条件及构造背景，同时在岩浆形成机制及演化方面起到指示作用。总体上看牦牛山地区火山岩具有如下特征：

（1）样品总体上，富集轻稀土，lree=455-550×10-6，平均值为493×10-6。重稀土相对亏损，hree=21-27×10-6，平均值为23.93×10-6。轻重稀土分馏明显，lree/hree=19-22，稀土总量477-578×10-6。在稀土元素配分曲线上，大多数样品表现出明显的负铕异常，δeu=0.68-0.74，说明原始岩浆熔体从未与基性斜长石平衡，表明没有斜长石的分离结晶作用。在球粒陨石标准化稀土配分曲线上表现为明显的右倾型轻稀土富集型曲线，说明安山质岩浆经历了较高的演化程度。总的来说，样品的稀土元素总量较高，显示出了明显的轻稀土元素富集，轻稀土元素的分馏程度明显高于重稀土元素，其中la/yb比值达到40，所有样品几乎一致地表现为轻稀土元素富集及重稀土元素的亏损，同时具有明显的负铕异常。分析其岩浆源区可能有石榴子石残留造成了轻重稀土的不同程度的分馏效应，而铕的负异常可能是岩浆源区在部分熔融过程中残留了长石所

造成的。

（2）在微量元素的原始地幔标准分配图上，高场强元素富集明显，其中th、u、pb三元素高度富集，高出原始地幔1000余倍，nb、ta相对较富集，仅为洋中脊玄武岩含量的10倍左右；大离子亲石元素rb、ba等适度富集，高出原始地幔100倍左右；元素sr 表现出显著的亏损，亦可能是由于岩浆熔融过程中，其源区有斜长石存在的缘故。y、yb元素也相对显示出亏损特征。

3 柴北缘泥盆纪火山岩的构造背景分析

3.1 对牦牛山火山岩的构造环境的认识

牦牛山火山岩以中酸性火山岩为主体岩性，岩石组合特征及地球化学图解得出其属于钾玄岩系列。钾玄岩是近年研究发现的一套介于碱性玄武岩和钙碱性岩类之间的中间系列，其可以形成于不同的构造环境包括大陆弧、碰撞后弧、大洋弧和板内环境。一般与岛弧有关的玄武岩具有富集大离子亲石元素和富集轻稀土元素的微量元素特征；大洋板内钾玄岩具有典型洋岛型玄武岩的微量元素特征；而大陆板内钾玄岩则兼具前面二者的特征，所以在识别其大地构造环境方面具有一定的难度，不能用单一的一种方法来判别而是运用多种手段来综合分析其构造环境。

本文此次采用了muller的zr-y图解、zr/al2o3-tio2/al2o3图解及zr*3-nb*50-ce/p2o5三角图解来综合判断牦牛山组火山岩的大地构造环境。在地球化学投图中，牦牛山火山岩4件样品在zr-y 图解中大部分落入了板内环境；分析本区火山岩可能属于陆内裂谷