青海省扎日根結扎群火山巖地球化學特征

雷曉清 任二峰 才航加 青海省地質調查院 810012

青海省扎日根結扎群火山巖地球化學特征

雷曉清 任二峰 才航加 青海省地質調查院 810012

扎日根結扎群火山巖中基性巖以貧硅、鉀，高鈦、鈣，中性巖類以低硅、中鉀、鈦、鈣，酸性巖類以高硅、鉀，中鈦，低鈣為特征。根據Fe?/MgOTiO2圖解上顯示出本區火山巖絕大多數火山巖落在島弧區。微量元素中Th/Nb=0.9＞0.11，Nb/Zr＞0.04顯示出其構造背景為陸-陸碰撞形成的島弧區。扎日根結扎群火山巖時代為晚三疊世，表面年齡分別是325±1.7Ma,343±15.9Ma,469±21.9Ma，229±3.3Ma，237±67.2Ma，318±90.4Ma，156±1.2Ma，162±13.1Ma，252±20.4Ma，207±0.9Ma，213±6.7Ma，288 ±9.2Ma其中207～237Ma年齡較多，與Rb-Sr等時線同位素給出的年齡相吻合，屬晚三疊世。另外Sr同位素的初始比值Sr=0.70522±0.00023Ma，少于0.719，表明巖漿（原始）來源于上地幔，并且在上升的過程中受到地殼的混染。

結扎群；晚三疊；同位素；構造環境

研究區位于羌塘陸塊東北緣開心嶺島弧帶，巖漿活動時代跨度大。從二疊紀到三疊紀巖漿活動均有不同程度地保留，形成了測區巖石類型各異、時空不同、規模不等的各類噴出巖。它們真實地記錄了研究區構造演化史，是研究、反演開心嶺島弧帶形成、演化的地球動力學過程的示蹤劑，是探索大陸地殼生長方式的重要內容和研究區域成礦地質背景的主要條件。

1 區域地質概況及火山巖分布特征

研究區內火山巖分布于巴納措木-阿布日阿加宰一帶，呈北西南東向帶狀展布，與區域構造線一致。該期火山活動是測區最強烈一期。巖石地層單位為結扎群，并劃分為三個組級巖石地層單位，即甲丕拉組、波里拉組，巴貢組，其中尤以甲丕拉組火山活動最強烈，最發育（圖1）。

2 火山巖巖石類型及其特征

2.1 玄武巖

圖1 工作區地質略圖Fig1.The skatch map of the research region

巖石呈灰色-淺灰綠色，斑狀結構，基質間隱結構，塊狀構造。巖石由斑晶的基質組成。斑晶含量在40～28%之間，成分是斜長石（35～25%）和少量暗色礦物（5～3%）。粒度在0.37～3.74mm之間。斜長石自形板狀、柱狀，普遍被綠簾石化、綠泥石化，局部被碳酸鹽化，在巖石中分布均勻，僅保留柱狀假象。基質含量65～75%，由斜長石、玻璃質和不透明礦物組。斜長石（40%），呈板柱狀、長柱狀，普遍被簾石化和碳酸鹽化，在巖石中呈雜亂分布，部分略具定向排列，在斜長石空隙之間，充填了隱晶質的玻璃質（23～33%），后期脫玻化變成綠泥石和碳酸鹽礦物。不透明礦物（2～3%）微粒狀，零星分布。

2.2 玄武安山巖

巖石呈灰綠色，斑狀結構，基質具間隱結構，杏仁狀構造和塊狀構造。巖石由斑晶的基質組成。斑晶12～3%之間，由斜長石和暗色礦物組成。斜長石多呈半自形板柱狀，具不明顯的環帶構造，次生變化后完全被絹云母化、碳酸鹽化。暗色礦物為角閃石，全部被綠泥石交代。基質含量67～70%，由斜長石、暗色礦物和不透明礦物組。粒度在0.048～2.024mm之間，斜長石（53～48%），呈長柱狀、針狀，略具定向排列。暗色礦物（17%），為普通角閃石呈微粒狀不甚均勻充填在長石微晶之間，次生變化后被綠簾石化。不透明礦物（2～3%）呈微粒狀分布。部分巖石中見有杏仁體，大小相近，呈云朵狀外形，具花邊，組成花邊是球粒狀石英，內部為綠石集合體充填，零星分布。

2.3 安山巖

巖石呈灰褐色-灰綠色，斑狀結構，基質交織結構，杏仁狀構造或塊狀構造。巖石由斑晶的基質組成。斑晶含量在30-33%之間。

圖2 晚三疊世火山巖TAS圖解Fig.1 The TAS diagram of late Triassic volcanic

圖3 晚三疊世火山巖SiO2-K2O圖解Fig.3 Si02-K20 diagram of late Triassic volcanic

2.4 英安巖

巖石呈灰紫色，斑狀結構，基質具微粒結構，流動構造或塊狀構造。巖石由斑晶和基質組成。斑晶4～5%之間，由更長石、石英和正長石組成。更長石（3%）呈自形板狀晶體，聚片雙晶發育，雙晶帶細而密，次生變化后輕微地被絹云母交代，長軸排列方向與巖石構造方向一致。正長石（10%）呈自形柱狀晶體，具卡斯巴雙晶。石英（1%）呈自形粒狀晶體，

裂紋發育，具有方向性排列，且與巖石構造方向一致。

3 巖石化學特征

3.1 巖石化學分類

研究區結扎群甲丕拉組、波里拉組火山巖巖石化學含量見表2，將熔巖類投點于國際地科聯1989推薦的劃分方案TAS（圖2），甲丕拉組火山巖落在玄武巖、粗面玄武巖、玄武粗安巖、粗安巖、英安巖中；波里拉組火山巖落在玄武安山巖。從投圖情況來看與實際鏡下鑒定有誤差，其原因可能是H2O+含量有關，絕大部多數樣品H2O+＞2%，而把H2O+＞2%樣品投在李兆薡圖中來修正TAS圖所投誤差，研究區波里拉組火山巖可劃分為玄武安山巖型；甲丕拉組火山巖可劃分為堿性玄武巖、玄武巖、英安巖等巖石類型，上述樣品的K2O含量變化波里拉組在0.62～1.58×10-2，變化范圍略大；甲丕拉組火山巖在0.25～3.16×10-2之間，變化范圍較大，在SiO2～K2O分類圖（圖3）中，波里拉組火山巖為中-高鉀，以高鉀為主，甲丕拉組火山巖為中-高鉀，以中鉀為主。

分析結果表明，研究區火山巖樣品H2O+及燒失量均較高，表明本區巖石均遭受過一程度的蝕變/變質作用（低綠片巖相的變質作用）。

①堿玄巖:SiO2含量在46.32～50.03× 10-2；K2O+Na2O在7.69～5.61×10-2，，且多數K2O＞Na2O，CaO含量4.61～8.98 ×10-2，TiO2含量0.90～1.19×10-2，為低硅，高鉀、鈦為特征。

②玄武巖類:甲丕拉組中玄武巖SiO2含量在46.81～51.82×10-2，平均49.86 ×10-2；K2O+Na2O在3.22～4.96×10-2，平均3.99×10-2，CaO含量7.24-14.66×10-2，平均9.78×10-2，TiO2含量0.55～1.17×10-2，平均0.80×10-2，K2O含量0.5～1.13×10-2，平均0.83×10-2，且K2O＜Na2O，為低硅，中鉀、鈦、高鈣、富鈉為特征。

③玄武安山巖類:甲丕拉組中玄武安山巖SiO2含量在52.82～55.65×10-2，平均54.48×10-2；K2O+Na2O在4.37～6.05× 10-2，平均5.13×10-2，CaO含量3.65～7.69×10-2，平均6.04×10-2，K2O含量0.25～2.53×10-2，平均1.35×10-2，TiO2含量0.69～1.04×10-2，平均0.78× 10-2，且K2O＜Na2O，為低硅，中鉀、鈦，高鈣為特征。

④安山巖類:甲丕拉組中安山巖SiO2=53.39～57.98×10-2，平均55.69× 10-2；K2O+Na2O在5.70～6.32×10-2，平均6.01×10-2，CaO=4.28～4.24×10-2，平均4.24×10-2，K2O=1.28～1.49× 10-2，平均1.39×10-2，TiO2=0.70～1.63×10-2，平均0.67×10-2，為低硅、鈣，中鉀、鈦為特征。

⑤粗安巖類:甲丕拉組中粗安巖據2個樣品SiO2=56.32～59.37×10-2，平均57.85×10-2；K2O+Na2O=8.48～9.76×10-2，平均9.12×10-2，CaO=5.11～1.79× 10-2，平均3.45×10-2，K2O=2.44～2.78×10-2，平均2.61×10-2，TiO2=0.60～0.69×10-2，平均0.65×10-2，且K2O＜N a2O，為低鈣、中硅、鉀，高鈦為特征。

⑥英安巖:僅見有1樣品在甲丕拉組中，其SiO2=64.40×10-2，K2O+Na2O=5.93×10-2；K2O=1.51×10-2，CaO=2.90 ×10-2，TiO2=0.61×10-2，且K2O＜N a2O，為低鈣、中鈦、高鉀、硅為特征。

3.2 巖石化學特征

研究區火山巖巖石化學成分見表（表1），C I P W標準礦物、巖石化學特征參數列表（表2），巖石化學成分變化規律如下:

①在表1中SiO2含量介于38.46-64.46×10-2變化范圍較大，區間較寬，應屬基性-中基性-中性-酸性巖類，但總體以基性-中基性為主。

②TiO2含量介于0.48～1.87×10-2，為低鈦-中鈦巖石。反映出火山巖漿由基性-酸性，由中鈦變低鈦。

③絕大多數樣品K2O＜Na2O，富鈉為本區火山巖共同特征，并且由基性-中性-酸性由富鈉貧鉀向富鉀貧鈉，K2O的含量由基性-酸性增加，巖石總體應屬中鉀-高鉀系列。

總之測區火山巖的巖石化學基性巖以貧硅、鉀，高鈦、鈣，中性巖類以低硅、中鉀、鈦、鈣，酸性巖類以高硅、鉀，中鈦，低鈣為特征。

（3）主要巖石化學參數

①里特曼指數（表2）σ=0.031～7.163之間，變化范圍較大。

②分異指數DI絕大多數在14.612～80.285，變化范圍較大，表明巖漿分異演化趨勢由基性-中性-酸性增大。

③固結指數SI=6.58～39.248之間，變化范圍較寬。

④堿鈣指數FI絕大多數在11.294～84.518之間，變化范圍較大。

⑤鐵鎂指數FM在0.518～0.859，變化范圍不大，指數明顯偏低。

（4）CIPW標準礦物特征

從表2可知，基性巖類有4個組合，即Q、Or、Ab、An、C、Hy鋁過飽和類型SiO2過飽和，Or、Ab、An、Di、Ne、Ol正常類型SiO2極度不飽和，Q、Or、Ab、An、di、hy正常類型SiO2過飽和，Or、Ab、An、Ol、Hy正常類型SiO2低度不飽和。中性巖類有3個組合，即Q、Or、Ab、An、Di、Hy正常類型SiO2過飽和，Or、Ab、An、Di、Hy、Ol正常類型SiO2極度不飽和，Q、O r、A b、A n、C、Hy鋁過飽和類型SiO2過飽和。酸性巖為Q、Or、Ab、An、Di、Hy正常類型SiO2過飽和。大多數為正常類型S i O2過飽和。

（5）火山巖的堿度、系列及組合劃分

將研究區熔巖類樣品在Ol’-Ne’-Q’圖解中（圖4）樣品全部落在亞堿性系列。在AFM三角圖解中（圖5），絕大部多數樣品落在鈣堿性系列，僅有三個樣品落在拉斑玄武巖系列，并靠近鈣堿性系列，里特曼指數顯示有堿性系列存在。

綜上所述，測區火山巖屬鈣堿性系列—堿性系列。

?

?

4.稀土元素化學特征

研究區火山巖稀土元素含量及特征參數值見表（3），用推薦的球粒隕石平均值標準化后分別作配分模式圖（圖6）顯示有如下特征:

稀土元素配分曲線均為右傾斜型較緩的平滑線，Eu處呈較淺的“V”字型谷，弱的負Eu異常，與島弧的火山巖相似[1]，輕稀土元素∑Ce=25.72～303.36，重稀土元素∑Y=14.23～146.85，變化范圍均較大，輕重稀土比值:∑Ce/∑Y=1.01～11.70，變化范圍較大，δEu=0.74～1.46，有部分銪異常（虧損）。

主要稀土特征參數:Sm/Nd=0.17～0.28，變化范圍較窄，且均＜3.3，反映輕稀土富集型；La/Yb=1.56～42.69變化范圍較大，區間寬，Gd/Yb=1.32～3.98變化范圍較小，說明重稀土不富集；E u/ Sm=0.21～2.78變化范圍較大，La/ Lu=3.13～544.45變化范圍較大，La/ Ce=0.21～1.26，Yb/Lu=6.10～6.83變化范圍較小，與島弧相似。

（Ce/Yb）N=1.54～23.73，（La/ Yb）N=1.05～59.44，（La/Sm）N=0.82～9.23，變化范圍較大，絕大多數＞1。曲線均為右傾斜型，表明輕稀土富集。

表5 研究區結扎群火山巖銣-鍶同位素特征值

5 微量元素地球化學特征

研究區晚三疊世結扎群火山巖的微量元素分析數據列表（表4），由表可知微量元素有如下特征:

①鐵族元素:N i、C r低于泰勒（1964，后同）其平均值，C o、V高于泰勒其平均值，并且酸性巖高于基性-中性巖及泰勒平均值

②成礦元素:Cu、Pb、Zn等元素，其中Cu、Pb較低，低于泰勒平均值，而Zn較高，高于泰勒平均值。另Cu、Pb基性巖類高于中性和酸性巖類，而Zn基性巖類低于中性、酸性巖類，酸性巖類最高。

③稀有分散元素:Zr、Ba、Be、Sr等元素，Zr、Be低于泰勒平均值，Ba、Sr略高，高于泰勒平均值，其中Ba在酸性巖中最高，高于中性-基性巖。

④同洋中脊玄武巖標準化的微量元素(Pearce，1982)相比: K、Rb、Ba、Th較強富集，并伴有S r、T a、N b、C e富集，部分S m富集，以及部分 Z r、Hf、Sm、Ti、Y、Yb、Sc、Cr虧損，低于MORB標準值，其配分型式總體上具有相似性，說明巖漿來自相同源區。

6 火山巖同位素地質特征及時代

結扎群甲丕拉組、波里拉組和巴貢組火山巖中取同位素，測試方法有銣-鍶法、氬-氬法、U-Pb法，在所到的成果中其中有3個樣品成果較好，2個樣品為銣-鍶等時線（表5，圖8、9）。獲得Rb-Sr等時線同位素年齡甲丕拉組為:231± 28Ma、波里拉組為225±8 Ma。從圖中可以看出1、2、3、4號點擬合成的非諧和線和諧和線構成上、下交點年齡，而3號點落在諧和線上，年齡為162±13.1Ma，靠近該點的2、4號點，滿足成巖年齡，時代為晚三疊世，表面年齡分別是325±1.7Ma，343±15.9Ma，469±21.9Ma， 229±3.3Ma，237±67.2Ma，318 ±90.4Ma，156±1.2Ma，162±13.1Ma，252±20.4Ma，207±0.9Ma，，213±6.7Ma，288±9.2Ma其中207～237Ma年齡較多，與Rb-Sr等時線同位素給出的年齡相吻合，應屬晚三疊世。Sr同位素的初始比值Sr=0.70522±0.00023Ma，少于0.719，表明巖漿（原始）來源于上地幔在上升的過程中受到地殼的混染。

7.火山巖成因

7.1 巖漿來源（玄武巖原始巖漿來源）

7.1.1 同位素依據:研究區在晚三疊世結扎群甲丕拉組和波里拉組火山巖中均取位素樣，其中在甲丕拉組獲取87S r/86Sr初始值0.70610±0.00004，小于0.719，巖漿巖低87Sr/86Sr初始值和正εNd表明它們起源于地幔。

7.1.2 微量元素組份證據:

玄武巖部分微量元素比值，與Wearer，1991年地幔參數進行對比可知，大多數元素比值位于原始地幔與陸殼之間，并靠近原始地幔。地幔類型的劃分最初是由研究大洋玄武巖得出的，主要是利用玄武質巖石中的Nb、Zr和Y等非活動性微量元素的豐度值及比值反推得到的，具代表性的有Le Roex[2]等的Nb—Zr圖解和Y—Zr圖解、Fodor[3]的Zr／Nb.Zr／Y.Y／Nb圖解和Zr／Y—Zr／Nb圖解等。在Nb-Zr和Y-Zr圖解上（圖10）均落在虧損地幔并靠近原始地幔。

7.1.3 稀土元素組分依據:測區玄武巖為亞堿性玄武巖。其REE分布模式曲線為右傾斜式，輕稀土含量較高，為輕稀土富集型，無強烈的負銪異常。研究區晚三疊世結扎群火山巖中的玄武巖的Zr/Nb比值為16.04～39.28，平均20.88，高于球粒隕石，表明它們來源于虧損地幔的巖漿并受到地殼物質的混染。

7.2 巖漿同源性討論

根據研究區火山巖形成的時代，所處的構造環境及同位素、微量元素分析結果來看，研究晚三疊世結扎群火山巖原始巖漿具有相同來源，依據如下，在同一期地質作用的產物，雖然安山巖、玄武安山巖、粗安巖、玄武巖在主要元素、微量元素組成上存在一定的差異，但這主要是由原始巖漿的后期分離結晶作用所致（Goldich et al，1975； Sun et al，1976）。從構造環境來看，均處于同一構造環境下，均屬于羌塘陸塊構造單元，火山巖87Sr/86Sr為0.705648～0.708276，143Nd/144Nd為0.512396～0.512934（據1∶25萬沱沱河幅，2004年），均暗示出它們具有非常一致的源區。它們的稀土元素配分模式曲線的相似性以及一些強不相容元素幾乎具有一致的La/Ce和Zr/Lf比值，也均說明了這一點。

8.火山巖形成的構造環境判別

主元素和微量元素特征來判斷巖石形成環境的圖解，大多是以現代火山巖成分來確定的，王仁民等[4]和李昌年[5]先后出版了有關專著。

將研究區晚三疊世結扎群火山巖投在Fe*/MgO-TiO2圖解上（圖11），可以看出本區火山巖絕大多數火山巖落在島弧區。

在板塊匯聚邊緣的玄武巖主要為鈣堿性玄武巖[6]。次之為拉斑玄武巖和安山巖[7，8]。大陸板內及島弧玄武巖的Th/Nb比值高于原始地幔值， MORB及OIB的Th/ Nb比值低于原始地幔值。這一特征是大陸巖石圈地幔與大洋地幔成分差異的反映，被認為是地球早期歷史中大陸地殼分離的結果[9]。無論是洋—洋板塊的匯聚邊緣還是洋—陸或陸—陸板塊的匯聚邊緣，它們的Th/Nb比值均大于0.11，其中洋—洋匯聚邊緣和洋—陸匯聚邊緣(島弧)的Nb/Zr＜0.04，而陸—陸碰撞帶的Nb/Zr＞0.04。本文中所取樣品微量元素中Th/Nb=0.9＞0.11，Nb/Zr＞0.04顯示出其構造背景為陸-陸碰撞形成的島弧區。

9.結論

1），扎日根結扎群火山巖時代為晚三疊世，表面年齡分別是325±1.7Ma，343 ±15.9Ma，469±21.9Ma，229±3.3Ma，237±67.2Ma，318±90.4Ma，156±1.2Ma，162±13.1Ma，252±20.4Ma，207 ±0.9Ma，213±6.7Ma，288±9.2Ma其中207～237Ma年齡較多，與Rb-Sr等時線同位素給出的年齡相吻合，應屬晚三疊世。

2），火山巖87Sr/86Sr為0.705648-0.708276，143Nd/144Nd為0.512396-0.512934（據1∶25萬沱沱河幅，2004年），均暗示出它們具有非常一致的源區。它們的稀土元素配分模式曲線的相似性以及一些強不相容元素幾乎具有一致的La/ Ce和Zr/Lf比值，也均說明了這一點。

3），Sr同位素的初始比值Sr=0.70522 ±0.00023Ma，少于0.719，表明巖漿（原始）來源于上地幔在上升的過程中受到地殼的混染。

4），根據主元素圖解本區火山巖絕大多數火山巖落在島弧區，微量元素中Th/ Nb=0.9＞0.11，Nb/Zr＞0.04顯示出其構造背景為陸-陸碰撞形成的島弧區。

致謝:參加本項目野外工作的有王進壽、張金民等同志，同位素測試由天津地研所同位素室測試，在此致謝。

[1] P·亨德森,田豐,施良,等譯.稀土元素地球化學[M]北京∶地質出版社.1989.109～121

[2] Le Roex，A P Dick，Brlank H J B，et a1.Geochemistry，mineralo—gY an d petrogensis of lavas erupted along the southwest IndianRidge between the Bouvet triple junction and 11 degree east[J].Journal of Petrology ，1983，24:267-318.

[3] Fodor R V，Verier S K.Rift zone magmatism:petrology of basalticrooks tran sitional from CFB to MORB，southeas tern Brazil mar gin[J].Contribwlion to Mineralogy and Petmlogy，1984，88:307—321.

[4] 王仁民等.變質巖原巖圖解判別法[M].北京∶地質出版社.1987

[5] 李昌年.火成巖微量元素巖石學[M].武漢∶中國地質大學出版社.1992

[6] Whitford D J, Nicholls IA, Taylor S R.The spatial variations inthe geochemistry ofQuaternary lavas across the Sunda Arc in Javaand Bali[J].Contribution toMineralandPetrology,1979, 70∶ 341-356.

[7] Mckenzie D, BickleM J.The volume and composition ofmeltgenerated by extension of the lithosphere[ J].Petrology, 1988,29∶ 625-679.

[8] ElliottT, Plank T, ZindlerA,etal.Element transport from slabto volcanic front at theMariana arc[ J].Journal ofGeophysicalResearch, 1997, 102 (B7)∶ 14991-15019.

[9] HofmanAW.Chemicaldifferentiation of theEarth∶ The relation-ship betweenmantle, continental crust, and oceanic crust [J].Earth andPlanetaryScienceLetters, 1988, 90(3)∶297-314.

Basic-rocks possessed deficient Si、K 、high Ti、Ca and intermediate -rocks had low Si、mediate K、Ti、Ca，acidic-rocks had high Si、K、mediate Ti、low Ca，in volcanic of Jie Zha formation。The most volcanic locate in the area of islander through the Fe?/MgO-TiO2 chart。Exterior age showed different each other，for example:325±1.7Ma,343±15.9Ma,469±21.9Ma，229±3.3Ma，237 ±67.2Ma，318±90.4Ma，156±1.2Ma，162±13.1Ma，252±20.4Ma，207±0.9Ma，213±6.7Ma，288±9.2Ma，but the most age showed 207～237Ma，the age of volcanic of Jie Zha belonged to late Triassic On the other time the ratio of isotope of Sr was Sr=0.70522±0.00023Ma，less than 0.719， the magma(originality) came from the top mantle, and was dyed by mix of earth crust in the ascension of the process.

Jie Zha formation;Later Tarias;Isotope;Tectonic Environment

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.005

青海扎日根地區礦產遠景調，編號:礦調[2006]2-5