伊通實習(xí)基地玄武巖的特征及其成因分析

鄧承來，董福湘，常梁杰，邱明峰，李霞鵬

長春工程學(xué)院，吉林 長春 130012

0 引言

伊通大孤山玄武巖位于吉林省四平市伊通滿族自治縣大孤山鎮(zhèn)。關(guān)于伊通玄武巖火山群也有一些學(xué)者做了相應(yīng)的研究工作[1-10]，對伊通火山群地質(zhì)地貌及旅游地質(zhì)資源、火山群遺跡、火山機(jī)構(gòu)、地球化學(xué)特征、玄武巖的巖漿起源等進(jìn)行了研究，但對玄武巖的成因研究，都不算十分完整。本文意在研究伊通實習(xí)基地所處大地構(gòu)造位置基礎(chǔ)上，通過調(diào)查實習(xí)區(qū)所出露玄武巖的分布特征，進(jìn)而在玄武巖的化學(xué)成分研究基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究該區(qū)玄武巖的類型、堿度、巖漿演化及來源深度，對玄武巖形成的構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行判別。

1 地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

在巖體分布圖中，火山群有七座火山，南列為小孤山、大孤山、團(tuán)山子、西尖山及東尖山，北列為莫里青山和馬鞍山[2]，其中大孤山海拔高430 m，山體高150 m，山體呈似圓錐體，底座直徑800 m，分布面積0.64 km2。東南角有一小出口，其余三面被高地所圍。其玄武巖體橫截面多呈四邊形,直徑10～30 cm左右,為長短參差不齊的短柱狀,巖柱直立產(chǎn)出,總體形態(tài)為塔形[4]（圖1）。

圖 1 研究區(qū)玄武巖地質(zhì)分布圖Fig.1 Geological distribution of basalt in the study area

伊通地區(qū)火山群位于伊通地塹平原，該地塹位于郯廬深大斷裂的北延部分[9]，寬約25 km，面積約為3 400 km2。自晚三疊世以來,由于太平洋板塊向歐亞板塊運動,使中國東部產(chǎn)生了一系列北東向構(gòu)造薄弱帶,沿這些構(gòu)造薄弱帶,受熱的具一定塑性的地幔物質(zhì)向上運動發(fā)生底辟作用,使伊通斷裂帶發(fā)育成地塹型裂陷盆地[7]。根據(jù)前人資料顯示，大孤山所處位置由東西向、北西向、北東向（華夏式構(gòu)造）構(gòu)造的復(fù)合部位[3]，特別是新生代之后，在太平洋板塊與歐亞板塊的俯沖作用影響下，其構(gòu)造活動頻繁，導(dǎo)致高熱流值異常的含水上地幔在底辟上升過程中熔融并分凝,從而決定了本區(qū)新生代玄武巖漿的性質(zhì)和火山活動特征[4]（圖2）。

根據(jù)手標(biāo)本觀察，大孤山玄武巖有四組解理面，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，長柱狀構(gòu)造。鏡下可觀察到以橄欖石為斑晶的斑狀結(jié)構(gòu)[7]，橄欖石的含量在20%～25%之間，其主要特征是：（1）單偏光鏡：無色，正高突起，裂紋發(fā)育，多為半自形，少數(shù)也可見自形晶，呈菱形。粒度最大可達(dá)1 mm，最小0.15 mm；（2）正交偏光鏡：二級頂至三級底干涉色，平行消光。基質(zhì)由紫蘇輝石（15%～20%），斜長石（20%～25%），玻璃質(zhì)以及磁鐵礦構(gòu)成，呈間粒結(jié)構(gòu)。8號、9號、12號含有較多的玻璃質(zhì)，故基質(zhì)呈間粒間隱結(jié)構(gòu)。斜長石搭成三角格架，內(nèi)部充填輝石顆粒，沿著橄欖石的裂紋還可見到黑云母的蝕變，局部還可見到輝石顆粒的聚集。綜上所述，對其定名為橄欖玄武巖[7]。且其MgO高(平均10.02%)、堿高（平均5.87%）、TiO2高（平均2.26%）；而低SiO2（平均43.39%）、低Al2O3（平均13.9%），與前人結(jié)論相近。

2 樣品采集和分析方法

本次研究所用的樣品采自伊通地區(qū)大孤山的新鮮巖體。樣品的主元素和微量元素分析均在國土資源部長春礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。巖石主元素及Zr、Hf、Ba采用ADVANT’X型X射線熒光光譜儀方法完成，溫度23℃，濕度40%和45%，檢測依據(jù)分別為GB/T14506.28-2010、DZ/T0167-2006；微量元素及稀土元素采用等離子體質(zhì)譜儀完成，儀器型號XSeries2，溫度24℃，濕度70%，檢測依據(jù)為GB/T14506.30-2010和GB/T14506.29-2010；FeO采用50 ml滴定管測定，溫度23℃，濕度55%，依據(jù)GB/T14506 14-2010；LOI采用ALB-124型天平測定，溫度24℃，濕度55%，依據(jù)DZG20.01-1991。本文利用Geokit軟件[11]對巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。

圖 2 研究區(qū)玄武巖構(gòu)造略圖[1]Fig.2 Basalt structural sketch in the study area

圖 3 樣品照片F(xiàn)ig. 3 Photos of sample

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 常量元素

分析結(jié)果見表1。

表 1 大孤山玄武巖常量元素分析結(jié)果Table 1 Analytical results of constant elements of the Dagushan basalt (%)

根據(jù)Zr/TiO2-SiO2圖解（圖4）的結(jié)果可知，樣品點均落在玄武巖區(qū)（Bas區(qū)）及其邊界線上。

利用里特曼指數(shù)法（表2）、AR- SiO2圖解（圖5）對研究區(qū)玄武巖的堿度進(jìn)行分析，樣品點均落在了過堿性區(qū)域內(nèi)，且里曼指數(shù)的計算結(jié)果也表明其為過堿性，兩者結(jié)果相吻合。在SiO2-K2O圖上(圖6)，樣品點均落在鉀玄巖區(qū)域內(nèi)，且均處于玄武巖區(qū)內(nèi)與圖4的結(jié)果和鏡下鑒定的結(jié)果以及前人的結(jié)果[7，8]相吻合。

表 2 里特曼指數(shù)計算結(jié)果Table 2 Caculation results of the Litman index

圖 4 Zr/TiO2-SiO2圖Fig. 4 Zr/TiO2 - SiO2 fi gure

圖 5 AR-SiO2圖Fig. 5 AR - SiO2 fi gure

圖 6 SiO2-K2O圖Fig.6 SiO2 - K2O fi gure

3.2 微量元素

分析結(jié)果見表3。

表 3 大孤山玄武巖稀土元素以及其他微量元素分析結(jié)果Table 3 Analytical results of rare earth elements and other trace elements（μg/g） of the Dagushan basalt

據(jù)上表數(shù)據(jù)，做出微量元素原始地幔蛛網(wǎng)圖[12]（圖7）和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖[13]（圖8）,可以觀察到不出現(xiàn)Nb和Ta的虧損，出現(xiàn)Ba等大離子親石元素的富集，與洋島玄武巖的分配模式相似，且可以明顯觀察到K的富集。

大孤山玄武巖稀土元素含量為(∑REE=(178.94～198.26)μg/g)，輕重稀土強(qiáng)烈分異 (La/Yb)N=22.1～25.8且LREE/HREE比值為（LREE/HREE=(9.28～9.65)×10-6），表現(xiàn)出LREE富集、HREE虧損的特點，與洋島堿性玄武巖的分配型式圖相似[14]；由于樣品有限，不能使用哈克圖解進(jìn)行巖漿演化趨勢的說明，根據(jù)前人資料[7、8]本區(qū)玄武巖演化趨勢自下而上其成分與一般玄武巖趨勢相反，其演化趨勢不可用結(jié)晶分異過程來解釋，而是由于部分熔融程度的差異所導(dǎo)致，該結(jié)論與王振中[2]所得結(jié)論一致。

圖 7 微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.7 Standardized spider diagrams of original mantle of trace elements

圖 8 稀土元素配分模式圖Fig.8 Standard distribution pattern of chondritic meteorite of rare earth elements

圖 9 TiO2-10MnO-10P2O5圖Fig. 9 Diagram of TiO2-10MnO-10P2O5

圖 10 TiO2-TFeO/MgO圖解Fig. 10 Diagram of TiO2-TFeO/MgO

4 討論

4.1 成因類型

根據(jù)TiO2-TFeO/MgO圖解（圖9），樣品點均落在OIB區(qū)，即洋島玄武巖區(qū)，結(jié)合前文里特曼指數(shù)計算結(jié)果，推斷其為洋島堿性玄武巖。TiO2-10MnO-10P2O5圖（圖10）中，樣品點也均落在OIA區(qū)，即洋島堿性玄武巖區(qū),所得結(jié)論與前文吻和且與張輝煌[5]所得結(jié)論一致。

4.2 構(gòu)造環(huán)境

根據(jù)F1-F2-F3圖解（圖11和圖12），除在F2-F3圖解上，一號樣品點落在CAB區(qū)（鈣堿性玄武巖區(qū)）以外，其他的樣品點均落在了WPB區(qū)（板內(nèi)玄武巖）。自晚三疊世以來,由于太平洋板塊向歐亞板塊運動,使中國東部產(chǎn)生了一系列北東向構(gòu)造薄弱帶，沿這些構(gòu)造薄弱帶,受熱的具一定塑性的地幔物質(zhì)向上運動發(fā)生底辟作用,使伊通斷裂帶發(fā)育成地塹型裂陷盆地[8-10]證明其構(gòu)造環(huán)境為板內(nèi)環(huán)境。

根據(jù)余芳等[8]以及Ellam[15]利用W（Sm）與W（Yb）的比值來反演巖漿來源深度的圖解，將所采樣品的分析結(jié)果（表4）投影在圖上，結(jié)果（圖13）顯示其來源深度為82 km～96 km，與經(jīng)LKP模型[7]投影出來的結(jié)果相近。

圖 11 F1-F2圖解Fig.11 Diagram of F1-F2

圖 12 F2-F3圖解Fig.12 Diagram of F2-F3

圖 13 W（Sm）與W（Yb）圖解Fig.13 Diagram of W（Sm）and W（Yb）

表 4 W（Sm）/W（Yb）比值結(jié)果Table 4 Ratio results of W(Sm)/W(Yb)

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