安徽清涼峰—浙江天目山地區(qū)晚中生代火山巖地球化學(xué)特征及成因探討

奚興符，吳海權(quán)

1.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局322地質(zhì)隊(duì)，安徽馬鞍山，243000 2.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽合肥，230001

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安徽清涼峰—浙江天目山地區(qū)晚中生代火山巖地球化學(xué)特征及成因探討

奚興符1，吳海權(quán)2

1.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局322地質(zhì)隊(duì)，安徽馬鞍山，243000 2.安徽省地質(zhì)調(diào)查院，安徽合肥，230001

利用巖性—巖相雙重填圖方法,首次對(duì)調(diào)查區(qū)內(nèi)晚中生代火山巖進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查和劃分。將其劃分為黃尖旋回，同時(shí)根據(jù)火山活動(dòng)的特點(diǎn)及巖石組合等將其劃分為昌化、天目山、莫干山三個(gè)噴發(fā)小區(qū)，各噴發(fā)小區(qū)又可劃分為兩個(gè)亞旋回，并對(duì)其巖石化學(xué)和地球化學(xué)特征等作了較系統(tǒng)的描述；查明了區(qū)內(nèi)火山活動(dòng)屬于裂隙—中心式噴發(fā)，恢復(fù)和圈定了數(shù)處火山機(jī)構(gòu)，并對(duì)火山巖成因及其噴發(fā)機(jī)制、演化規(guī)律等進(jìn)行了探討，研究表明區(qū)內(nèi)晚中生代火山巖系屬鈣堿性—堿鈣性系列, 巖漿可能來源于下地殼和上地幔，即幔殼型，形成于島弧或活動(dòng)大陸邊緣。

清涼峰—天目山地區(qū)；晚中生代火山巖；黃尖旋回；巖石化學(xué)和地球化學(xué)特征；鈣堿性—堿鈣性系列；幔殼型

研究區(qū)位于屯溪—天目山—蘇州火山噴發(fā)帶上，晚中生代火山巖發(fā)育。《1∶20萬宣城、廣德及臨安幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查》[1-2]將區(qū)內(nèi)晚中生代火山巖劃分為勞村組、黃尖組，通過本次區(qū)域調(diào)查，對(duì)區(qū)內(nèi)原1∶20萬宣城、廣德及臨安幅所劃分的勞村組、黃尖組火山巖進(jìn)行對(duì)比研究，并對(duì)鄰區(qū)建德勞村原勞村組標(biāo)準(zhǔn)剖面進(jìn)行了實(shí)地考察，認(rèn)為區(qū)內(nèi)的勞村組應(yīng)以碎屑沉積巖為主，局部夾火山碎屑沉積巖，而黃尖組巖性則是以中酸性熔巖及其碎屑巖為主，偶夾沉積巖薄層。因此，將區(qū)內(nèi)原1∶20萬宣城、廣德及臨安幅所劃分的夾有大量火山巖的勞村組均歸入黃尖組，均屬黃尖旋回火山活動(dòng)的產(chǎn)物，并對(duì)其巖石化學(xué)和地球化學(xué)特征等作了較系統(tǒng)的描述，基本查明了區(qū)內(nèi)火山活動(dòng)特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)其噴發(fā)機(jī)制、演化規(guī)律進(jìn)行了探討[3]。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)內(nèi)晚中生代火山巖分布于安徽清涼峰—浙江天目山、莫干山一線(圖1)，根據(jù)火山巖巖石組合、噴發(fā)韻律以及巖漿演化序列等，將其劃分為黃尖旋回，其火山巖為安山質(zhì)→粗安質(zhì)→英安質(zhì)→流紋質(zhì)→粗面巖(石英粗面巖)組合，主要由安山巖、粗安巖、英安巖、流紋巖、粗面巖(石英粗面巖)及其碎屑巖等組成。

區(qū)內(nèi)黃尖旋回火山巖屬浙西北火山巖帶的一部分,其展布方向明顯受北東向構(gòu)造控制,根據(jù)浙江德清縣莫干山熔結(jié)凝灰?guī)r同位素年齡為139～145 Ma[4],天目山盆地內(nèi)流紋巖、英安巖同位素年齡為133.6～135 Ma[5]，與火山巖系相伴生的莫干山花崗巖同位素年齡為128.1 Ma[6]，表明黃尖旋回火山巖應(yīng)屬燕山晚期構(gòu)造巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。根據(jù)火山活動(dòng)的先后順序及巖性巖相等特征，將區(qū)內(nèi)黃尖旋回火山巖劃分為昌化、天目山、莫干山等三個(gè)噴發(fā)小區(qū)，該旋回大致可劃分為兩個(gè)亞旋回，但各噴發(fā)小區(qū)火山巖的巖石組合存在差異。

昌化噴發(fā)小區(qū)黃尖旋回第一亞旋回為英安巖→流紋巖組合，以英安巖為主，大致可分為三個(gè)不完整的火山噴發(fā)韻律(圖2)，每個(gè)噴發(fā)韻律由英安質(zhì)→流紋質(zhì)或流紋質(zhì)巖石組成；第二亞旋回為英安巖→流紋英安巖→流紋巖組合，以流紋巖為主。

天目山噴發(fā)小區(qū)黃尖旋回第一亞旋回為英安巖→流紋巖→英安巖組合，以英安巖為主，至少可分為兩個(gè)不完整的火山噴發(fā)韻律(圖2)，每個(gè)噴發(fā)韻律由英安質(zhì)→流紋質(zhì)或英安質(zhì)巖石組成；第二亞旋回為流紋巖→英安巖→流紋巖→粗面巖組合，以流紋巖為主，至少可分為三個(gè)較完整的火山噴發(fā)韻律(圖2)，每個(gè)噴發(fā)韻律由流紋質(zhì)或英安質(zhì)→流紋質(zhì)或流紋巖→粗面質(zhì)巖石組成。

圖1 安徽清涼峰—浙江天目山地區(qū)晚中生代火山巖分布及其巖性、巖相構(gòu)造略圖

莫干山噴發(fā)小區(qū)黃尖旋回第一亞旋回為安山巖→粗安巖→流紋巖組合，火山噴發(fā)韻律相對(duì)較發(fā)育，大致可分為兩個(gè)不完整的火山噴發(fā)韻律(圖2)，每個(gè)噴發(fā)韻律由安山質(zhì)→流紋質(zhì)或粗安質(zhì)→流紋質(zhì)巖石組成；第二亞旋回為流紋巖→粗面巖組合，可分為兩個(gè)較完整的火山噴發(fā)韻律(圖2)，每個(gè)噴發(fā)韻律由流紋質(zhì)→粗面質(zhì)巖石組成。

圖2 黃尖旋回火山噴發(fā)韻律柱狀對(duì)比圖

2 火山巖的巖石化學(xué)及地球化學(xué)特征

2.1 巖石化學(xué)特征

區(qū)內(nèi)黃尖旋回的巖石化學(xué)成分見表1、2[7-9]，將其投影于火山巖化學(xué)分類圖解中(圖3)，從圖中可看出：黃尖旋回火山巖為安山巖→粗安巖→英安巖→流紋巖→粗面巖(石英粗面巖)組合，其中昌化噴發(fā)小區(qū)以流紋巖為主；天目山噴發(fā)小區(qū)第一亞旋回為粗安巖→英安巖→流紋巖組合，第二亞旋回為英安巖→流紋巖→石英粗面巖組合；莫干山噴發(fā)小區(qū)第一亞旋回為安山巖→粗安巖→流紋巖組合，第二亞旋回為英安巖→流紋巖→粗面巖(石英粗面巖)組合。該旋回的演化是以酸度、堿度的變化較大為主要特征。

從表1可看出，區(qū)內(nèi)黃尖旋回的SiO2為58.15%～76.71%，平均值為68.80%；K2O+Na2O為5.33%～10.96%，平均值為8.50%；Na2O/K2O為0.2～1.87，平均值為0.61<2;σ為1.86～5.40，平均值為2.77(表2)。按密德莫斯特的劃分，凡Na2O/K2O<2的火山巖為鉀質(zhì)類型，反之則為鈉質(zhì)類型，黃尖旋回的火山巖屬鉀質(zhì)類型；按里特曼的劃分，屬鈣堿性—堿鈣性系列。據(jù)麥克唐那和Irvine與Baragar SiO2—ALK巖石系列劃分方案(圖4)，同樣可知它們屬亞堿性—堿性系列，并向高堿方向演化，即表現(xiàn)為各個(gè)噴發(fā)小區(qū)的安山巖→粗安巖→英安巖→流紋巖組合為鈣堿性系列，粗面巖(石英粗面巖)為堿鈣性系列。

表1 徽清涼峰—浙江天目山地區(qū)晚中生代火山巖巖石化學(xué)成分和主要參數(shù) wt%

續(xù)表1

注：*引用浙江省1∶5萬、1∶20萬區(qū)調(diào)資料，其余樣品由安徽省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究所測(cè)試。

表2 黃尖旋回各噴發(fā)小區(qū)巖石化學(xué)參數(shù)對(duì)比

由表2還可看出，黃尖旋回火山巖由昌化→天目山→莫干山噴發(fā)小區(qū)K2O+Na2O值逐漸變小，K2O/Na2O、SI值逐漸增大；SiO2、FL、MF、LI值變化不大，其火山巖總體上是由鈣堿性→堿鈣性系列演化的，皆屬鉀質(zhì)類型。

綜上所述，黃尖旋回各噴發(fā)小區(qū)火山巖不論在成分上,還是特征化學(xué)指數(shù)上(σ、τ、AR、SI、FL、K2O+Na2O)以及巖石組合、巖石系列的變化都有一定的差異，表明它們?cè)趲r漿成分和構(gòu)造背景上可能存在一定的差異[3]。

2.2 巖石地球化學(xué)特征

區(qū)內(nèi)黃尖旋回火山巖的微量元素含量見表3[7-9]。從表中可看出，該旋回以Ti、Ba、Zr、Rb、Sr平均值較高為特征，但各噴發(fā)小區(qū)的微量元素含量則有所差異，其中莫干山小區(qū)的Ti、Ba、Rb、Zr、Nb、Li、Mo、Th平均值明顯低于昌化、天目山小區(qū), Sr、Mo平均值明顯高于昌化、天目山小區(qū),Cs、Ta平均值略高于昌化、天目山小區(qū),Hf平均值則略低于昌化、天目山小區(qū)。它們的微量元素蛛網(wǎng)曲線形態(tài)基本相似(圖5)，都普遍不富集大離子親石元素Ba、Th、Ce以及難熔于水的Nb、Hf、Ta、Zr,顯著地貧Sr，Ba含量有一定的變化,表現(xiàn)出島弧或活動(dòng)大陸邊緣產(chǎn)出的鈣堿性—堿鈣性火山巖的地球化學(xué)特征。

圖5 黃尖旋回微量元素蛛網(wǎng)圖

表3 黃尖旋回各噴發(fā)小區(qū)火山巖微量元素測(cè)試結(jié)果 ×10-6

注：*引用浙江省1∶5萬區(qū)調(diào)資料，其余樣品由南京大學(xué)地球科學(xué)系國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

區(qū)內(nèi)黃尖旋回火山巖的稀土元素含量見表4[7-9]，從表中可看出:黃尖旋回的稀土元素總量(∑REE)為267.41×10-6，輕稀土元素(∑CE)為210.71×10-6，重稀土元素(∑Y)為56.69×10-6，∑CE/∑Y為3.72，δEU為0.40。稀土元素總量、輕稀土元素含量以昌化噴發(fā)小區(qū)為最高,天目山噴發(fā)小區(qū)為最低；重稀土元素含量以昌化噴發(fā)小區(qū)為最高,莫干山噴發(fā)小區(qū)為最低。(La/Sm)N值以天目山噴發(fā)小區(qū)為最高,(Gd/Yb)N值以昌化噴發(fā)小區(qū)為最小，表明天目山噴發(fā)小區(qū)輕稀土之間的分餾程度最高；昌化噴發(fā)小區(qū)重稀土之間的分餾程度最高，即重稀土元素富集程度最高。從圖6上也可看出，昌化、天目山、莫干山噴發(fā)小區(qū)的稀土元素配分曲線形態(tài)極為相似，皆為右傾型斜線，其中昌化噴發(fā)小區(qū)的稀土元素配分曲線形整體上略高于天目山、莫干山噴發(fā)小區(qū)，這說明由昌化→天目山→莫干山噴發(fā)小區(qū)，黃尖旋回火山巖中的稀土元素總量總體上是逐漸降低的，稀土分異程度也有所降低。

圖6 黃尖旋回稀土元素配分曲線圖

3 火山巖的成因與演化特征

區(qū)內(nèi)晚中生代黃尖旋回火山巖屬于浙西北火山巖帶的一部分[10-13]，其火山活動(dòng)的強(qiáng)度由西北向東南逐漸增大。其中天目山噴發(fā)小區(qū)火山巖帶的成分變化較大[3]，SiO2為58.27%～77.44%，各氧化物的變化較為協(xié)調(diào)。隨著SiO2的增加，TiO2、Al2O3、MgO、CaO、FeO等降低，而K2O逐步上升，構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的演化序列。

表4 黃尖旋回各噴發(fā)小區(qū)火山巖稀土元素測(cè)試結(jié)果 ×10-6

注：*引用浙江第一地質(zhì)大隊(duì)1∶5萬區(qū)調(diào)資料，其余樣品由南京大學(xué)地球科學(xué)系國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

本次野外地質(zhì)調(diào)查在天目山噴發(fā)小區(qū)黃尖旋回次火山巖體(英安斑巖)中首次發(fā)現(xiàn)粗安斑巖的捕虜體，此外在安吉縣孝豐仙人頭首次發(fā)現(xiàn)偏堿性次火山巖體(石英粗面斑巖)(圖1)。這些跡象表明天目山地區(qū)火山噴發(fā)產(chǎn)物的成分是由粗安質(zhì)→英安質(zhì)→流紋質(zhì)→粗面質(zhì)(石英粗面質(zhì))組成，是一個(gè)正常的巖漿演化序列,這與巖石化學(xué)、地球化學(xué)特征一致。

莫干山噴發(fā)小區(qū)火山巖為一套富堿貧鈣鎂的中至酸性熔巖和火山碎屑巖,自下而上為安山質(zhì)→粗安質(zhì)→流紋巖組合[3],其SiO2與Al2O3、TiO2、FeO、MgO、CaO明顯呈負(fù)相關(guān)，而與K2O基本上呈正相關(guān),其演化趨勢(shì)及地球化學(xué)特征等與天目山地區(qū)火山相當(dāng)一致。區(qū)內(nèi)黃尖旋回火山巖由南西往北東(即由昌化→天目山→莫干山噴發(fā)小區(qū))，總體上是由鈣堿性→堿鈣性系列演化的。

從圖7、8可看出，黃尖旋回落在B區(qū)，這說明區(qū)內(nèi)中生代的火山活動(dòng)從早到晚都是在活動(dòng)區(qū)(造山帶和島弧)環(huán)境下發(fā)生的，巖漿是由鈣堿性—堿鈣性巖系列演化的，鈣堿性—堿鈣性巖漿源深度為140～300 km。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、巖漿物質(zhì)來源、形成機(jī)制等地質(zhì)學(xué)特征，中國(guó)東南部地區(qū)的中生代巖漿巖可劃分為三個(gè)大的構(gòu)造—巖漿巖帶：其一為江山—紹興深斷裂帶以東的浙東、閩東(粵東)中生代陸緣火山弧構(gòu)造—巖漿巖帶；其二為長(zhǎng)江中下游的下?lián)P子裂谷型火山—巖漿巖帶；其三為介于上述兩個(gè)巖漿巖帶之間的陸緣弧后巖漿巖帶，位于江南深斷裂與江紹深斷裂之間[10-15]。區(qū)內(nèi)清涼峰(昌化)—天目山—莫干山火山巖帶即處于第三巖漿巖帶內(nèi)，它位于江山—紹興深斷裂帶北西側(cè)下?lián)P子亞板塊南緣晉寧期沉降坳陷帶內(nèi)，火山基底由晉寧期和加里東—印支期構(gòu)造層所組成，火山活動(dòng)明顯受北東向褶皺斷裂構(gòu)造控制，火山巖沿上述構(gòu)造所形成的火山盆地或斷陷盆地分布，形成一系列中酸性侵入體或斷續(xù)分布的火山噴發(fā)區(qū)。

圖7 構(gòu)造環(huán)境和巖系指數(shù)關(guān)系圖

圖8 K2O含量與噴發(fā)深度關(guān)系圖

區(qū)內(nèi)可劃分為昌化、天目山、莫干山三個(gè)噴發(fā)小區(qū)，各噴發(fā)小區(qū)堆積了數(shù)百米至上千米的中、酸性至堿性火山巖，其火山活動(dòng)表現(xiàn)為裂隙—中心式噴發(fā)，并在各噴發(fā)小區(qū)已鑒別出一批中心式火山機(jī)構(gòu)[3]。

區(qū)內(nèi)晚侏羅—早白堊世的花崗巖類侵入體與火山巖系密切共生[15-16]，它們的形成時(shí)間、巖石化學(xué)、地球化學(xué)等特征相似，為同源巖漿不同環(huán)境下形成的產(chǎn)物。另據(jù)趙亮提出的浙西北天目山地區(qū)晚中生代火山巖形成于巖石圈伸展構(gòu)造背景，為幔源巖漿底侵作用下殼—幔相互作用的產(chǎn)物，以及據(jù)鄰區(qū)浙西北桐廬盆地的火山侵入雜巖的巖漿來源屬于殼幔混合型[17-18]，因此研究區(qū)內(nèi)火山巖系的巖漿可能來源于下地殼和上地幔，即幔殼型。

4 火山機(jī)構(gòu)

區(qū)內(nèi)晚中生代火山巖的分布形態(tài)清楚顯示出北東向構(gòu)造對(duì)火山活動(dòng)的控制作用。條帶狀的昌化—天目山—莫干山火山巖帶北西側(cè)邊界受北東向的績(jī)溪斷裂帶的控制，位于該斷裂帶的南東側(cè)。該火山巖帶明顯沿著北東向薛川—湖州斷裂分布，形成一系列深成侵入體或斷續(xù)分布的火山噴發(fā)區(qū)，即昌化、天目山、莫干山等三個(gè)噴發(fā)小區(qū)，顯現(xiàn)出火山活動(dòng)與區(qū)域構(gòu)造之間的聯(lián)系。而晚期的東西向昌化斷裂、北西向黃湖斷裂則對(duì)區(qū)內(nèi)晚中生代火山巖的控制作用并不明顯[3]。

區(qū)內(nèi)火山活動(dòng)多表現(xiàn)為裂隙—中心式噴發(fā)，火山構(gòu)造主要為中心式火山機(jī)構(gòu),根據(jù)其噴發(fā)特征及堆積方式可劃分為火山穹窿、火山洼地，錐狀火山、破火山、穹狀火山等；次為線型火山口群及潛火山巖墻等(表5)。本次工作共圈定若干個(gè)火山機(jī)構(gòu),其具體特征見表5。

表5 晚中生代火山機(jī)構(gòu)特征簡(jiǎn)表

5 結(jié) 論

(1)區(qū)內(nèi)晚中生代火山巖系均劃歸黃尖旋回，屬鈣堿性→堿鈣性系列。

(2)從巖石構(gòu)造組合和巖石系列的變化分析，該火山巖系巖漿可能來源于下地殼和上地幔，即幔殼型，形成于島弧或活動(dòng)大陸邊緣。

(3)區(qū)內(nèi)晚中生代火山活動(dòng)受斷裂構(gòu)造控制明顯，主要表現(xiàn)為裂隙—中心式噴發(fā)，火山機(jī)構(gòu)類型有穹狀火山、破火山、錐狀火山、火山穹窿、火山洼地等。

致謝：本文是在1/25萬區(qū)調(diào)工作的基礎(chǔ)撰寫的，在成文過程中得到江來利、戴圣潛教授等悉心指導(dǎo)，在此一并致謝！

[1]安徽省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì).1∶20萬宣城、廣德幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告[R].合肥：安徽省地質(zhì)資料館，1974

[2]浙江省地礦局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì).1∶20萬臨安幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告[R].杭州：浙江省地質(zhì)資料館，1964

[3]安徽省地質(zhì)調(diào)查院. 1∶25萬宣城市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].合肥：安徽省地質(zhì)資料館，2005

[4]浙江省地礦局．浙江省巖石地層[M]．武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)科學(xué)出版社，1996:6-137

[5]王德恩，張?jiān)罚呷剑龋聯(lián)P子天目山盆地火山巖鋯石LA-ICP-MS定年及地質(zhì)意義[J]．資源調(diào)查與環(huán)境，2014，35(3)：178-184

[6]章邦桐，王凱興，凌洪飛，等．浙江莫干山花崗巖體鋯石U-Pb、全巖Rb-Sr年代學(xué)、Sr-Nd-O同位素地球化學(xué)及成因研究[J]．礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2012，31(4)：347-368

[7]浙江省地礦局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì).1∶5萬于潛幅、昌化幅、順溪幅東半幅、麻車埠幅西半部、白牛橋幅(部分)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].杭州：浙江省地質(zhì)資料館，1985

[8]浙江省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì).1∶5莫干山幅、瓶窯鎮(zhèn)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R]．杭州：浙江省地質(zhì)資料館，1987

[9]浙江省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì).莫干山地區(qū)中生代火山巖地質(zhì)特征(專題研究報(bào)告)[R]．杭州：浙江省地質(zhì)資料館，1987

[10]陶奎元．中國(guó)東南大陸火山帶的獨(dú)特性[J].資源調(diào)查與環(huán)境, 1991(3):1-14

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[14]吳利仁，李秉倫，趙大升，等．華東及鄰區(qū)中、新生代火山巖[M]．北京：科學(xué)出版社，1984：75-76

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(責(zé)任編輯：汪材印)

2016-02-16

國(guó)土資源部地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目“安徽1∶25萬宣城市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”(200113000010)。

奚興符(1967-)，安徽馬鞍山人，工程師，主要研究方向：基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查。

10.3969/j.issn.1673-2006.2016.05.033

P588.1

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1673-2006(2016)06-0119-08