西祁連清水溝地區火山巖巖石學特征及旋回研究

李國濤，孫麗莎，翟孝志，孫曉亮，吳洪彬

(山東省第八地質礦產勘查院，山東 日照 276826)

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西祁連清水溝地區火山巖巖石學特征及旋回研究

李國濤，孫麗莎，翟孝志，孫曉亮，吳洪彬

(山東省第八地質礦產勘查院，山東 日照 276826)

西祁連當金山清水溝一帶的寒武紀火山巖發育在寒武紀拉配泉巖群火山巖組。對該火山巖分布特征和巖石學特征進行了研究，劃分了3類火山巖巖相：爆發相、沉積相、噴溢相，并對火山巖噴發旋回進行了研究，揭示了當金山地區地層演化特征，對火山巖區域對比及火山機構恢復具有一定的指導意義。

火山巖；巖石學特征；旋回；西祁連清水溝地區

當金山地區寒武紀火山巖分布在甘肅省當金山主峰北東向半果巴溝至清水溝一帶，主要發育寒武紀拉配泉巖群火山巖組[1]。由于區域斷裂構造較發育，在清水溝一帶的火山巖發育不全，頂底均被斷層錯斷。該文通過對該區域出露的寒武紀火山巖地層分布、巖性組合特征及巖相特征的介紹，劃分了火山巖噴發韻律，歸并了噴發旋回，對于了解該區域火山活動及構造活動歷史具有一定的指導意義[2]。

1 區域地質概況

該區大地構造位置特殊，處于各大地塊和構造帶交會地帶，主要位于阿爾金北緣地塊(阿北地塊),北有塔里木板塊，南有柴達木地塊，西側紅柳溝-拉配泉混雜巖帶沿阿爾金山前延伸進該區，東部及東南方有祁連造山帶，包括北祁連弧盆系、中祁連地塊和南祁連巖漿弧以及歐龍布魯克微陸塊各構造單元在該區匯聚，造成該區多地體、多結合帶交會的復雜構造單元特征(圖1)。其中阿爾金斷裂從區內穿過，對該區域構造單元劃分及區域構造演化亦起著至關重要的作用。

圖1 西祁連清水溝地區構造略圖

1.1 地層

區域地層出露較少，主要以元古界[3]、下古生界和新近系、第四系為主，缺失上古生界和中生界。區內以古元古界前長城系最為發育，構成阿爾金山脈的大部。前人工作對地層進行了研究，建立了較完整的地層系統。

1.2 構造

區內斷裂構造、褶皺構造極為發育。斷層形成于華力西-印支、燕山、喜馬拉雅期，主要走向為SW—NE向，以阿爾金斷裂帶、當金山-后塘斷裂帶為代表。在區域上形成以造山帶中韌性剪切作用為主導的構造作用，表現有固態流變相褶皺形態。

1.3 侵入巖

區內侵入巖分布較為集中，侵入活動屬于加里東期和燕山晚期，巖石類型以酸性侵入為主[4]，少量基性侵入巖大多呈巖墻狀發育。侵入巖多與阿爾金斷裂帶密切相關[5]。

2 寒武紀火山巖巖石學特征

寒武紀火山巖產于拉配泉巖群之中[6]，主要出露于當金山地區半果巴溝至清水溝一帶，當金山主脊北側，NE向展布。火山巖巖性主要有深灰色蝕變玄武巖、深灰色杏仁狀變玄武巖、深灰色杏仁狀變安山巖、深灰色蝕變安山巖、紫灰色變安山質晶屑巖屑凝灰巖、深灰色變安山質凝灰巖、灰綠色變玄武安山巖、灰綠色變安山質角礫凝灰巖、灰綠色變細火山灰凝灰巖、變安山質火山集塊巖等。

2.1 巖石類型及巖性特征

深灰色杏仁狀變玄武巖：巖石顏色為淺灰綠色，隱晶結構，塊狀構造，巖石內可見變杏仁狀構造，巖體可見綠簾石化、綠泥石化現象，巖層內沿裂隙面見方解石脈，巖石片理化較強。

灰綠色安山質火山角礫熔巖：角礫熔巖結構，塊狀構造，主要成分為角礫和晶屑、火山灰，角礫多為紫色，呈半塑性固結的透鏡體狀，隱晶質，角礫大小為2～13cm，含量55%左右。晶屑見拉伸現象，成分為輝石、長石，多綠泥石化。

灰綠色變安山質晶屑角礫凝灰巖：灰綠色，變余角礫凝灰結構，塊狀構造，巖石組成主要為火山灰膠結物、火山碎屑、晶屑。角礫多為紫灰色，成分為安山質，角礫大小0.5～1cm，含量不均勻，為20%～30%。火山碎屑主要為晶屑，晶屑主要為長石，短柱狀，半自形晶，晶屑含量約20%，火山灰膠結物含量約50%，礫石可見一定磨圓度，推測為水環境下形成的沉火山碎屑巖。

變玄武安山質角礫晶屑凝灰巖為灰綠色，變余角礫凝灰結構，塊狀構造。主要成分為晶屑，角礫，火山灰膠結物，晶屑主要為長石，晶屑含量25%，角礫成分為安山質，大小0.5～5cm，含量20%左右，火山灰膠結物含量50%～55%，沿巖層裂隙多充填碳酸鹽脈。

變安山質巖屑凝灰巖為灰黑色，變余凝灰結構，塊狀構造，成分以安山質巖屑與火山灰膠結物為主，其中巖屑顆粒細小，含量約40%，火山灰含量約60%。

變安山質火山集塊巖為灰綠色，集塊結構，塊狀構造，主要成分為安山質角礫，紫色，粒度6～15cm居多，次棱角狀，含量60%。其他成分為晶屑、玻屑，呈灰綠色，晶屑多綠泥石化。

2.2 巖石化學特征

寒武紀地層采集了火山巖巖石樣品，分析及計算結果見表1、表2，微量元素、稀土元素測試結果見表3、表4，CIPW標準礦物含量計算見表5。根據測試結果，對區域內寒武紀火山巖地球化學特征及演化規律進行了探討。

表1 寒武紀玄武巖化學成分分析結果

表2 寒武紀玄武巖參數

成分特征：樣品在火山巖TAS分類圖解(圖2)分布于B區、S2區、PC區、R區，其巖性分別對應為玄武巖、玄武質粗面安山巖、苦橄玄武巖和流紋巖[7-8]。

堿度類型：3個樣品SiO2的含量均小于70%[7]，從而根據表2所列，里特曼指數σ值為2.68～14.52，顯示堿度類型為鈣堿性、堿性和過堿性。在火山巖硅-堿分類圖中(圖2)，2個樣品的分布與里特曼指數基本一致，分布于鈣堿性區域、堿性，而1個樣品的分布范圍與特里曼指數有一點區別，靠近于過堿性和堿性重合部位。根據圖3的Ir曲線來看，樣品的堿度與萊特堿度率(AR)一致，即2個樣品分布于堿性區域，1個樣品分布于亞堿性區域。總體來看，3個樣品的堿度率為：928YQ2為鈣堿性、928YQ3為堿性、928YQ4為堿性。

表3 寒武紀火山巖微量元素含量

表4 寒武紀火山巖CIPW標準礦物含量

表5 寒武紀火山巖稀土元素含量

圖2 寒武紀火山巖萊特堿度率(AR)分布圖解

化學成分演化規律：區內火山巖總體隨著SiO2含量的增加，DI，AR增加，而SI減少。隨SiO2含量的增加，巖石的分異指數明顯增加，這一變化特點符合從基性—酸性分異程度漸高的變化規律。這種規律從火山巖的固結指數SI的變化趨勢中也能得到證實，兩者呈反相關，即DI高則SI低。區內SI值=13.54～20.24，均小于40，說明為幔源原生巖漿經分異或同化作用形成的。

Pc—苦橄玄武巖；B—玄武巖；O1—玄武安山巖；O2—安山巖；O3—英安巖；R—流紋巖；S1—粗面玄武巖；S2—玄武質粗面安山巖；S3—粗面安山巖；T—粗面巖、粗面英安巖；F—副長石巖；U1—堿玄巖、碧玄巖；U2—響巖質堿玄巖；U3—堿玄質響巖；Ph—響巖；Ir—Irvine分界線，上方為堿性，下方為亞堿性圖3 寒武紀拉配泉巖群火山巖TAS及硅-堿分類圖解

微量元素特征：3個樣品的SiO2值均小于53.5%[7]，通過標準圖解(圖4)可見Nb，Ta虧損，可以初步判斷其為島弧巖漿形成。構造環境為島弧構造。根據玄武巖構造環境判別圖解(Th/Yb-Ta/Yb)(圖5)，可見3號樣品落于島弧玄武巖區間；2，4號樣品落于島弧鈣堿系列，所處的構造環境為活動大陸邊緣(陸緣弧)，該結論基本與微量元素圖解一致。

圖4 火山巖微量元素原始地幔標準化蛛網圖

IAB-島弧玄武巖；IAT-島弧拉斑系列；ICA-島弧鈣堿系列；SHO-島弧橄欖玄粗巖系列；WPB-板內玄武巖；MORB-洋中脊玄武巖；TH-拉斑玄武巖；TR-過渡玄武巖；ALK-堿性玄武巖圖5 玄武巖構造環境判別圖解(Th/Yb-Ta/Yb)(據Pearce,1982)

稀土元素特征：稀土元素總量變動不大(表5)，ΣREE(不含Y值)=74.72～114.07×10-6，ΣLREE/ΣHREE(不含Y值)=2.84～7.44，(La/Yb)N=2.11～9.83，表明輕稀土相對富集，與圖6一致。δEu=0.89～1.11。根據δEu值可以判斷2號和4號樣品具有Eu正異常，而3號樣品具有Eu負異常，這點與圖6一致。在一般條件下，俯沖洋殼在一定深度發生脫水作用形成俯沖帶流體，這種流體進入地幔楔使地幔巖石發生部分熔融形成島弧巖漿，流體中的Nb，Ta進入角閃石，使流體虧損Nb，Ta[7]。綜上所述，判斷該火山巖為島弧巖漿形成。

構造地質背景：在里特曼-戈蒂里圖解中(圖7)，2號樣品落于B區，代表了造山帶地區火山巖；3，4號樣品落于C區，代表了造山帶火山巖派生的堿性、偏堿性火山巖，因此區內火山巖的形成原因不同，一類形成于加里東時期活動陸緣造山帶環境中碰撞造山過程中，另一類形成于活動陸緣擠壓碰撞構造環境。具明顯的島弧特點。

圖6 火山巖稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖

圖7 火山巖里特曼-戈蒂里圖解

3 寒武紀火山巖巖相、噴發旋回劃分

3.1 寒武紀火山巖巖相

根據火山巖組合特征、產出形態及形成條件等因素，將區域火山巖分為爆發相、噴溢相、噴溢-沉積相(表6)[9]。

(1)沉積相：主要產于火山噴發間歇期內，是火山作用疊加沉積作用的產物，區內的巖性主要為大理巖、粉砂質板巖、凝灰砂巖、長石巖屑砂巖等。

(2)爆發相：火山強烈爆發時形成的集塊至凝灰級碎屑巖，以不同形式堆積，形成各種粒級的火山碎屑巖，是區內較為常見的火山巖相。主要為空落堆積，巖性以各種凝灰巖較為常見，另可見有火山集塊巖，為崩落堆積。

表6 主要火山巖巖相、巖石類型及產出形態

(3)噴溢相：噴溢的熔巖流，分布較為廣泛，主要有安山巖、玄武安山巖、杏仁狀玄武巖等，在區內主要呈NEE向展布。

3.2 寒武紀火山巖噴發旋回

區內火山巖年代主要為晚寒武世，呈層狀產出，但其發育程度有所不同，通過對火山巖噴發韻律進行研究，區內總體上以爆發相→噴溢相→噴溢相→沉積相為主要韻律組合[10]，代表著火山活動由強變弱，不同的韻律中相帶并不完全，有的僅有2個相帶。根據剖面上各韻律中的巖性組合判斷，應該歸屬于同一個旋回，但具有多次噴發的現象。規模較大的噴發有1,2,4,8,10次，較為強烈的噴發形成的爆發相中多含角礫狀凝灰巖和火山集塊巖。根據現有認識，將該寒武紀火山巖劃分為5個亞旋回(圖8)。

第1次噴發亞旋回：以中性安山質巖漿為主，噴發較為緩和、寧靜，主要以噴溢相為主。劃分為2個較完整的噴發韻律，2次噴發韻律間隔時間較短。

第2次噴發亞旋回：該旋回包括2個噴發韻律，均以中性安山質巖漿為主，噴發作用由強到弱，噴發韻律較完整，2次噴發作用時間間隔較短。

圖8 晚寒武世拉配泉旋回火山巖柱狀圖

第3次噴發亞旋回：該旋回包括4個噴發韻律，以中性巖漿為主，在第7次噴發韻律中以基性巖漿為主，噴發作用由強到弱再到強。

第4次噴發亞旋回：以基性巖漿為主，噴發作用較強，中間存在短暫的噴發間隔。

第5次噴發亞旋回：以基性巖漿為主，噴發作用前期較強烈后期趨于平靜。

總體來看，拉配泉巖群火山巖的分布應該為裂隙式火山噴發的表現，其火山巖相特征分布較為明顯，區內自北向南分布為噴發相組、沉積相組、火山頸相組。疊加巖石學分析特征判斷，該火山巖為加里東時期活動陸緣造山帶環境中碰撞造山和活動陸緣擠壓碰撞過程中形成的裂隙式噴發的海相火山巖。

4 結語

(1)根據巖石化學特征判斷，區內火山巖形成于島弧巖漿，其形成的環境不同，主要為加里東期活動陸源造山帶環境中的碰撞造山過程和活動陸緣擠壓碰撞過程。

(2)晚寒武世火山巖劃分了1個旋回，5個亞旋回和12個韻律層。主要表現了火山巖形成時的多期次性。

(3)根據火山巖相特征判斷該火山巖由海相裂隙式噴發火山形成。

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Study on Petrological Characteristics and Cycle of Volcano Rocks in Qingshuigou Area of Western Qilian Mountain

LI Guotao, SUN Lisha, ZHAI Xiaozhi, SUN Xiaoliang, WU Hongbin

(No.8 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Rizhao 276826, China)

Cambrian volcano rocks in Dangjinshan-Qingshuigou area in western Qilian mountain developed in volcano rock group in Cambrian Lapeiquan group. Distribution characteristics of the volcano rock and petrological characteristics have been studied and divided into 3 types of volcano rock facies, such as eruption facies, sedimentary facies and effusive facies. Volcano eruption cycles have been studied as well. The formation evolution characteristics in Dangjinshan area has been revealed. It has a certain guiding significance for the comparison of volcanic rock areas and the recovery of volcanic mechanism.

Volcano rocks; petrological characteristics; cycle; Qingshuigou area in western Qilian mountain

2016-03-25；

2016-05-11；編輯：陶衛衛

中國地質調查局“祁連山西段當金山地區1∶5萬J46E004017、J46E004018、J46E005017、J46E005018四幅區域地質調查”(編號：12120114013301)項目資助

李國濤(1984—)，男，山東招遠人，工程師，主要從事地質礦產勘查工作；E-mail:107408772@qq.com

P581

A

李國濤，孫麗莎，翟孝志，等.西祁連清水溝地區火山巖巖石學特征及旋回研究[J].山東國土資源，2016,32(10)：25-30.LI Guotao, SUN Lisha, ZHAI Xiaozhi, etc. Study on Petrological Characteristics and Cycle of Volcano Rocks in Qingshuigou Area of Western Qilian Mountain[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(10)：25-30.