青海寬溝地區奧陶紀火山巖地球化學特征及其形成的構造背景

李成福，常革紅，趙 娟，史連昌，李德彪，趙明福，徐 博

青海地質調查局，青海西寧810001

青海寬溝地區奧陶紀火山巖地球化學特征及其形成的構造背景

李成福，常革紅，趙 娟，史連昌，李德彪，趙明福，徐 博

青海地質調查局，青海西寧810001

寬溝地區奧陶紀祁漫塔格群火山巖的 SiO2含量在 46.74%～53.35%之間，Na2O＋K2O 為 3.71%～7.63%，K2O/Na2O 為 0.07～4.16，屬于過鋁質的低鉀鈣堿性—堿性系列火山巖。稀土元素特征：∑REE 為 96.19×10－6～119.37×10－6，LREE/HREE 為 2.97～6.07，δEu 為 0.70～0.86，（La/Yb）N為 2.23～7.2，球粒隕石標準化曲線為右傾的弱銪正異常的輕稀土富集型平滑曲線.微量元素研究結果：La/Nb 比值在 1.57～3.08 之間，Zr/Hf比值為 35.28～48.23，相對富集大離子親石元素（K、Rb、Ba、Th、LREE），虧損高場強元素（Nb、P、Ti），表現出類似于島弧環境的地球化學特征.綜合分析認為，該區火山巖具有洋島玄武巖的特征，巖漿源于較富集地幔的部分熔融，形成于與大洋俯沖有關的洋內島弧環境中.

奧陶紀；祁漫塔格群；火山巖；地球化學；寬溝地區；青海省

0 引言

奧陶紀祁漫塔格群火山巖在區域上出露較為廣泛，總體呈北西向主要分布于祁漫塔格山北坡東溝－十字溝一帶.其中東溝－寬溝一帶出露相對較完整，厚度較大，十字溝一帶多呈大小不等的構造塊體產出.該套地層與古生代巖體多呈侵入接觸，與石炭紀地層呈斷層或角度不整合接觸，周邊多被第四紀地層覆蓋［1］.

前人對奧陶紀祁漫塔格群火山巖的巖性（相）特征、（次）生構造、產狀變形特征、形成時代及與上下地層（巖體）的接觸關系等方面進行了一定程度的研究，而對構造環境的研究相對較少［2-5］.黎敦朋等對祁漫塔格群的巖石組合、沉積環境及形成時代進行了分析研究［6-7］，并將祁漫塔格群的時代劃歸奧陶紀，這為提高本區地層劃分對比、地質構造演化認識提供了重要依據.同時青海省地質調查院在十字溝東側和楚魯套海高勒南玄武巖中分別獲得Sm－Nd等時線年齡442±16 Ma和494±26 Ma，時代確定為奧陶紀?青海省地質調查院.青海1∶5萬灘北雪峰地區四幅區調報告..因此，寬溝地區火山巖地球化學特征和構造環境的研究探討，對于區域內尋找與奧陶紀祁漫塔格群火山巖有關的金屬礦產具有一定的借鑒意義.本文試圖通過對寬溝地區奧陶紀祁漫塔格群火山巖的巖石地球化學和構造背景研究，為探尋與火山活動有關的礦產資源提供一些基礎地質資料.

1 區域地質概況

研究區位于柴達木盆地西南緣東昆侖山脈西段祁漫塔格西部，北與柴達木盆地為鄰，西北鄰近阿爾金山.區內地質體受到呂梁期至燕山期多旋回、多體制造山作用的影響，地殼結構、構造演化復雜.大地構造位置隸屬于秦祁昆造山系（Ⅰ級構造單元）東昆侖弧盆系（Ⅱ級構造單元），橫跨北祁漫塔格巖漿弧、祁漫塔格結合帶和北昆侖巖漿弧3個Ⅲ級構造單元.斷裂以北西向發育為主，北東向和近東西向次之［1］.

研究區地層分區屬于秦祁昆地層大區，東昆侖地層分區，柴達木南緣地層小區，以古生界及陸相中、新生界沉積為特征（圖1）.區內地層出露較少，主要有下古生界奧陶系祁漫塔格群、下石炭統大干溝組和石拐子組、下－中二疊統打柴溝組，另外第四系分布廣泛，水系較發育.巖漿活動強烈并且頻繁，侵入巖、火山巖均有出露，主要受東西向和北西向構造控制，具有多類型、多期次、多階段的特征.

研究區火山巖主要出露奧陶紀祁漫塔格群火山巖，受后期構造和巖漿作用影響，變質變形較強，韌性剪切帶發育.根據巖石組合特征，劃分為下部基性火山巖巖組和上部碳酸鹽巖巖組.其中火山巖組中以基性火山巖為主體，并夾少量的大理巖、碎屑巖，分別被晚泥盆世、早石炭世、早二疊世、晚三疊世、早侏羅世侵入巖侵入，與下石炭統石拐子組呈角度不整合接觸，分別與下石炭統大干溝組、下－中二疊統打柴溝組、早侏羅世正長花崗巖、晚泥盆世二長花崗巖、晚泥盆世角閃花崗閃長巖、晚泥盆世石英閃長巖呈斷層接觸.

2 巖石學特征

巖石類型以玄武巖為主，次為安山－英安質凝灰巖，少量為安山巖、玄武安山巖、基性火山角礫巖、細碧巖等.玄武巖發育枕狀構造，巖石風化面呈土紅色、褐色，新鮮面呈灰綠色、暗灰色、暗褐色等.

杏仁狀玻基玄武巖：暗褐色、深灰綠色，斑狀結構，基質玻晶交織結構，杏仁狀構造.巖石由斑晶和基質組成，另有少量杏仁.其中斑晶成分單一，全部由斜長石組成；基質由斜長石和玻璃質組成；杏仁呈不規則狀、橢圓狀，巖石中分布均勻，分別充填有石英和綠泥石.

安山－英安質凝灰巖：凝灰質結構，塊狀構造.凝灰質碎屑物以晶屑為主，次為中酸性熔巖屑.晶屑以石英及斜長石為主，次為次閃石.晶屑多呈棱角狀，次閃石呈纖柱狀.中酸性熔巖屑呈棱角狀及不規則狀，以英安巖屑多見.

安山巖：紫紅色，塊狀，致密堅硬，巖石具無斑隱晶結構，主要由玻璃質組成.玻璃質和隱晶質呈不規則團粒狀集合體，分布廣泛而均勻.其中見少量方解石、石英礦物.

玄武安山巖：深灰綠色，斑狀結構，基質玻基安山結構，塊狀構造.巖石由斑晶和基質組成.其中斑晶成分單一，全部由斜長石組成，斜長石呈斑狀、柱狀；基質由斜長石和隱晶狀的玻璃質組成，斜長石呈板條狀、長條狀，在其空隙中充填有隱晶狀的玻璃質.

基性火山角礫巖：灰綠色，角礫狀結構，火山塵膠結，塊狀構造.巖石由角礫和膠結物火山塵組成，其中角礫呈棱角狀，在巖石中雜亂分布，主要成分為強蝕變的基性火山巖；角礫和碎屑被火山塵膠結，后期脫玻化變成隱晶狀綠泥石和硅質.細碧巖：灰綠色，巖石具間片結構，塊狀構造. 主要礦物為斜長石，次要礦物為綠泥石、碳酸鹽，少量輝石、綠簾石等.斜長石呈長條狀近三角形排列；碳酸鹽多分布于斜長石近三角形排列間隙中.

圖1 研究區地質簡圖Fig.1 Geological sketch map of the study area

3 地球化學特征

3.1 主量元素

研究區奧陶紀火山巖的化學成分及計算的有關參數見表 1.巖石的固結指數（SI）為 23.6%～33.02%（平均值 29.21%），巖石分異指數（DI）為 33.05%～54.21%（平均值42.8%），反映巖漿分異演化程度中等，成巖固結一般，接近原始巖漿的性質.巖石氧化率（OX）為0.07%～0.38%（平均值 0.21%），表明巖石自身氧化蝕變中等.在TAS圖（圖2）中，6件樣品基本都投到了玄武巖區，只有1件樣品分投到了玄武質粗面安山巖.主量元素分析表明：火山巖SiO2含量介于46.74%～53.35%之間（平均值 49.97），全堿（Na2O＋K2O）含量為3.71%～7.63%（平均值 5.23%），相對富鉀（K2O/Na2O＝0.07～4.16，平均值 0.8），屬于低鉀巖石.里特曼指數 σ值在 1.76～4.66 之間（平均值 3.13），屬于鈣堿性及堿鈣性巖石.圖3中6件樣品基本都投到了鈣堿性系列及低鉀（拉斑）系列，且1件樣品有鉀玄巖出現，可能暗示大洋巖石圈俯沖結束、陸內會聚開始的構造背景［8］.圖4中樣品均位于堿性系列區.圖5中6件樣品基本投在了過鋁質區，過鋁的花崗質巖石是殼源的［9］，主要與大陸碰撞中沉積巖的重熔作用有關［10］.

綜上所述，本區奧陶紀祁漫塔格組火山巖為一套過鋁質的低鉀鈣堿性－堿性系列的火山巖，主量元素特征顯示巖漿源區與大陸地殼關系密切.

表1 祁漫塔格群火山巖化學成分及參數特征值Table 1 Chemical compositions and parameter eigenvalues of the volcanic rocks from Qimantage Group

圖2 祁漫塔格群火山巖TAS圖Fig.2 The TAS diagram of volcanic rocks from the Qimantage Group

圖3 祁漫塔格群火山巖SiO2－K2O圖Fig.3 The SiO2-K2O diagram of volcanic rocks from the Qimantage Group

圖4 祁漫塔格群火山巖SiO2－ALK圖Fig.4 The SiO2-ALK diagram of volcanic rocks from the Qimantage Group

圖5 祁漫塔格群火山巖鋁飽和指數圖Fig.5 The ACNK diagram of volcanic rocks from the Qimantage Group

3.2 稀土元素

奧陶紀火山巖稀土元素豐度值及相關參數見表2，可以看出稀土元素總量中等且變化不大，主要集中在 96.19×10－6～119.37×10－6之間，輕稀土元素含量LREE ＝75.62 ×10－6～93.81 ×10－6， 重 稀 土 元 素 含 量HREE＝13.60×10－6～27.70×10－6，輕重稀土比值 LREE/HREE＝2.97～6.07，巖石屬輕稀土富集型.從圖 6b 中看出，稀土元素配分曲線呈右傾平滑曲線形式，輕稀土元素明顯富集，其分餾程度高于重稀土部分，這種稀土配分模式非常類似洋島玄武巖的配分模式.Sm/Nd＝0.22～0.27，La/Sm＝2.43～5.38，（La/Yb）N＝2.23～7.21，δEu＝0.70～0.86，巖石中銪均有不同程度的弱虧損，顯示出殼幔源的特點.一般認為較明顯的銪負異常介于陸緣弧火山巖和同碰撞火山巖之間，產生負銪異常的原因與斜長石的含量低有關.而斜長石含量低主要與巖漿的分離結晶作用或地殼源區部分熔融過程中斜長石作為難熔組分而殘留有關［11］.因此，祁漫塔格組火山巖產生負銪異常可能與分離結晶作用和陸殼大規模熔融過程中斜長石難熔殘留都有關.

3.3 微量元素

巖石微量元素特征見表3、圖6a，La/Nb比值在1.57～3.08 之間，Zr/Hf比值在 35.28～48.23 之間.總體上呈現大離子親石元素（K、Rb、Ba、Th、LREE）富集，高場強元素（Nb、P、Ti）虧損的特征，表現出類似于島弧環境的地球化學特征［12］.這主要是因為隨俯沖洋殼下插加深、溫度升高，俯沖洋殼板片發生變質和脫水，導致富水條件下的部分熔融，造成富含于難熔礦物中的高場強元素（Nb、Ti、P）更多地留在源區的殘余固相中，而大離子親石元素（K、Rb、Ba、Th、LREE）多含于一般造巖礦物中，且具有不相容性，則傾向富集于形成的巖漿和溶液中［13］.Sr負異常表明在部分熔融過程中源區有堿性長石、斜長石殘留或在巖漿演化過程中有堿性長石、斜長石結晶分異，推測巖漿在上升過程中可能受到陸殼物質加入；P、Ti、Nb負異常則與磷灰石、Fe－Ti氧化物殘留或分異有關［14］，同時說明其巖漿源區與俯沖地殼有關.

4 構造環境探討

本區玄武巖 MF 值在 59.90～71.60 之間，為低鉀的大洋偏堿－堿性玄武巖系列.主量元素特征表明巖漿源區與大陸地殼關系密切.在lgτ－lgσ圖（圖7a）上，全部樣品均投在由穩定構造環境或造山帶演化的堿性－偏堿性巖漿巖區.同時，微量元素分析有島弧巖漿作用的特點［15］，表明火山巖應形成于洋殼俯沖造山的環境下.結合區域背景判斷，祁漫塔格群火山巖主要產出于與大洋俯沖有關的環境中.為進一步確認其形成構造環境，在 Hf/3－Th－Nb/16 圖（圖 7b）上進行了投點，結果表明其為島弧鈣堿性（拉斑）玄武巖.從十字溝東側同位素樣品測試分析得出143Nd/144Nd＝0.512331～0.512893，反映為同源巖漿產物，顯示幔源火山巖的體征.根據以上內容，再結合前人在該地區的研究資料，推測祁漫塔格群火山巖源于較富集地幔的部分熔融，形成于與大洋俯沖有關的洋內島弧環境中［16］.

表2 祁漫塔格群火山巖稀土元素特征表Table 2 Contents and parameter values of REEs in the volcanic rocks from Qimantage Group

圖6 祁漫塔格群火山巖微量元素蛛網圖與稀土元素配分曲線模式圖Fig.6 Primitive mantle-normalized trace element spidergrams and chondrite-normalized REE patterns of the volcanic rocks from Qimantage Group

5 結論

綜上所述，青海寬溝地區奧陶紀祁漫塔格群火山巖主量元素特征表明，該火山巖系屬過鋁質的低鉀鈣堿性－堿性系列.主量元素特征顯示巖漿源區與大陸地殼有很大關系的特點.稀土元素地球化學具較明顯的負銪異常特征，說明奧陶紀祁漫塔格群火山巖巖漿形成于正常陸殼底部或者加厚的中、上部，介于陸緣弧火山巖和同碰撞火山巖之間.微量元素中大離子親石元素（K、Rb、Ba、Th、LREE）富集，高場強元素（Nb、P、Ti）虧損的特征，反映島弧巖漿作用特點，表明火山巖應形成于洋殼俯沖造山的環境下.在lgσ－lgτ圖解中，祁漫塔格群火山巖主要產出于與大洋俯沖有關的環境中.Hf/3－Th－Nb/16圖解表明其為島弧鈣堿性（拉斑）玄武巖.綜合分析說明，奧陶紀祁漫塔格群火山巖巖漿源于地幔部分重熔，形成于大洋俯沖有關的大洋島弧環境中.

表3 祁漫塔格群火山巖微量元素特征表Table 3 Contents of trace elements in the volcanic rocks from Qimantage Group

圖7 祁漫塔格群火山巖lgτ－lgσ和Hf/3－Th－Nb/16圖解Fig.7 The lgτ-lgσ and Hf/3-Th-Nb/16 diagrams of the volcanic rocks from Qimantage Group

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GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS AND TECTONIC SETTING OF THE ORDOVICIAN VOLCANIC ROCKS IN KUANGOU AREA，QINGHAI PROVINCE

LI Cheng-fu，CHANG Ge-hong，ZHAO Juan，SHI Lian-chang，LI De-biao，ZHAO Ming-fu，XU Bo
Qinghai Bureau of Geological Survey，Xining 810001，China

Study on the geochemical characteristics of the Ordovician volcanic rocks in Kuangou area，Qinghai Province，shows that the content of SiO2is 46.74%-53.35%，with Na2O＋K2O of 3.71%-7.63%and K2O/Na2O of 0.07-4.16，belonging to peraluminous low potassium calc-alkaline-alkaline series.The REEs are characterized by ∑REE of 96.19×10－6-119.37×10－6，LREE/HREE of 2.97-6.07，δEu of 0.70-0.86 and （La/Yb）Nof 2.23-7.2.The chondritenormalized REE patterns are right-dipping smooth curves with weak positive Eu anomaly and enriched LREEs.The study on trace elements indicates that the La/Nb value is 1.57-3.08，Zr/Hf 35.28-48.23，with enrichment of LILEs such as K，Rb，Ba，Th and LREE and depletion of HFSEs （Nb，P and Ti），which are similar to the geochemical characteristics of island-arc environment.Based on the comprehensive analysis，it is considered that the volcanic rocks in Kuangou area，showing the characteristics of oceanic island basalt，with magma derived from the partial melting of enriched mantle，are formed in the intra-ocean island arc settings associated with oceanic plate subduction.

Ordovician；QimantageGroup；volcanicrock；geochemistry；Kuangouarea，QinghaiProvince

1671-1947（2017）05-0460-08

P588.14；P597

A

2017－03－24；

2017－04－25.編輯：張哲.

中國地質調查局“青海省祁漫塔格地區1∶5萬礦調多元地質信息集成與找礦預測”項目（12120114000201）.

李成福（1985—），男，碩士，工程師，從事地質礦產資源勘查工作，通信地址青海省西寧市勝利路22號地礦花園C座，E-mail//280423455@qq.com