西祁連清水溝地區(qū)火山巖巖石學(xué)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(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 日照 276826)

?

西祁連清水溝地區(qū)火山巖巖石學(xué)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(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 日照 276826)

西祁連當(dāng)金山清水溝一帶的寒武紀(jì)火山巖發(fā)育在寒武紀(jì)拉配泉巖群火山巖組。對該火山巖分布特征和巖石學(xué)特征進行了研究，劃分了3類火山巖巖相：爆發(fā)相、沉積相、噴溢相，并對火山巖噴發(fā)旋回進行了研究，揭示了當(dāng)金山地區(qū)地層演化特征，對火山巖區(qū)域?qū)Ρ燃盎鹕綑C構(gòu)恢復(fù)具有一定的指導(dǎo)意義。

火山巖；巖石學(xué)特征；旋回；西祁連清水溝地區(qū)

當(dāng)金山地區(qū)寒武紀(jì)火山巖分布在甘肅省當(dāng)金山主峰北東向半果巴溝至清水溝一帶，主要發(fā)育寒武紀(jì)拉配泉巖群火山巖組[1]。由于區(qū)域斷裂構(gòu)造較發(fā)育，在清水溝一帶的火山巖發(fā)育不全，頂?shù)拙粩鄬渝e斷。該文通過對該區(qū)域出露的寒武紀(jì)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(fā)韻律，歸并了噴發(fā)旋回，對于了解該區(qū)域火山活動及構(gòu)造活動歷史具有一定的指導(dǎo)意義[2]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

該區(qū)大地構(gòu)造位置特殊，處于各大地塊和構(gòu)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(cè)紅柳溝-拉配泉混雜巖帶沿阿爾金山前延伸進該區(qū)，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(gòu)造單元在該區(qū)匯聚，造成該區(qū)多地體、多結(jié)合帶交會的復(fù)雜構(gòu)造單元特征(圖1)。其中阿爾金斷裂從區(qū)內(nèi)穿過，對該區(qū)域構(gòu)造單元劃分及區(qū)域構(gòu)造演化亦起著至關(guān)重要的作用。

圖1 西祁連清水溝地區(qū)構(gòu)造略圖

1.1 地層

區(qū)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(qū)內(nèi)以古元古界前長城系最為發(fā)育，構(gòu)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(tǒng)。

1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造、褶皺構(gòu)造極為發(fā)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(dāng)金山-后塘斷裂帶為代表。在區(qū)域上形成以造山帶中韌性剪切作用為主導(dǎo)的構(gòu)造作用，表現(xiàn)有固態(tài)流變相褶皺形態(tài)。

1.3 侵入巖

區(qū)內(nèi)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(fā)育。侵入巖多與阿爾金斷裂帶密切相關(guān)[5]。

2 寒武紀(jì)火山巖巖石學(xué)特征

寒武紀(jì)火山巖產(chǎn)于拉配泉巖群之中[6]，主要出露于當(dāng)金山地區(qū)半果巴溝至清水溝一帶，當(dāng)金山主脊北側(cè)，NE向展布?；鹕綆r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(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r、深灰色變安山質(zhì)凝灰?guī)r、灰綠色變玄武安山巖、灰綠色變安山質(zhì)角礫凝灰?guī)r、灰綠色變細火山灰凝灰?guī)r、變安山質(zhì)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(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石內(nèi)可見變杏仁狀構(gòu)造，巖體可見綠簾石化、綠泥石化現(xiàn)象，巖層內(nèi)沿裂隙面見方解石脈，巖石片理化較強。

灰綠色安山質(zhì)火山角礫熔巖：角礫熔巖結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)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(jié)的透鏡體狀，隱晶質(zhì)，角礫大小為2～13cm，含量55%左右。晶屑見拉伸現(xiàn)象，成分為輝石、長石，多綠泥石化。

灰綠色變安山質(zhì)晶屑角礫凝灰?guī)r：灰綠色，變余角礫凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石組成主要為火山灰膠結(jié)物、火山碎屑、晶屑。角礫多為紫灰色，成分為安山質(zhì)，角礫大小0.5～1cm，含量不均勻，為20%～30%?；鹕剿樾贾饕獮榫迹贾饕獮殚L石，短柱狀，半自形晶，晶屑含量約20%，火山灰膠結(jié)物含量約50%，礫石可見一定磨圓度，推測為水環(huán)境下形成的沉火山碎屑巖。

變玄武安山質(zhì)角礫晶屑凝灰?guī)r為灰綠色，變余角礫凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要成分為晶屑，角礫，火山灰膠結(jié)物，晶屑主要為長石，晶屑含量25%，角礫成分為安山質(zhì)，大小0.5～5cm，含量20%左右，火山灰膠結(jié)物含量50%～55%，沿巖層裂隙多充填碳酸鹽脈。

變安山質(zhì)巖屑凝灰?guī)r為灰黑色，變余凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，成分以安山質(zhì)巖屑與火山灰膠結(jié)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(zhì)火山集塊巖為灰綠色，集塊結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分為安山質(zhì)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(xué)特征

寒武紀(jì)地層采集了火山巖巖石樣品，分析及計算結(jié)果見表1、表2，微量元素、稀土元素測試結(jié)果見表3、表4，CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物含量計算見表5。根據(jù)測試結(jié)果，對區(qū)域內(nèi)寒武紀(jì)火山巖地球化學(xué)特征及演化規(guī)律進行了探討。

表1 寒武紀(jì)玄武巖化學(xué)成分分析結(jié)果

表2 寒武紀(jì)玄武巖參數(shù)

成分特征：樣品在火山巖TAS分類圖解(圖2)分布于B區(qū)、S2區(qū)、PC區(qū)、R區(qū)，其巖性分別對應(yīng)為玄武巖、玄武質(zhì)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(jù)表2所列，里特曼指數(shù)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(shù)基本一致，分布于鈣堿性區(qū)域、堿性，而1個樣品的分布范圍與特里曼指數(shù)有一點區(qū)別，靠近于過堿性和堿性重合部位。根據(jù)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(qū)域，1個樣品分布于亞堿性區(qū)域?？傮w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(jì)火山巖微量元素含量

表4 寒武紀(jì)火山巖CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物含量

表5 寒武紀(jì)火山巖稀土元素含量

圖2 寒武紀(jì)火山巖萊特堿度率(AR)分布圖解

化學(xué)成分演化規(guī)律：區(qū)內(nèi)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(shù)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(guī)律。這種規(guī)律從火山巖的固結(jié)指數(shù)SI的變化趨勢中也能得到證實，兩者呈反相關(guān)，即DI高則SI低。區(qū)內(nèi)SI值=13.54～20.24，均小于40，說明為幔源原生巖漿經(jīng)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(zhì)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(zhì)堿玄巖；U3—堿玄質(zhì)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(gòu)造環(huán)境為島弧構(gòu)造。根據(jù)玄武巖構(gòu)造環(huán)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(qū)間；2，4號樣品落于島弧鈣堿系列，所處的構(gòu)造環(huán)境為活動大陸邊緣(陸緣弧)，該結(jié)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(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)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(nèi)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(gòu)造環(huán)境判別圖解(Th/Yb-Ta/Yb)(據(jù)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(jù)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(fā)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(fā)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(gòu)造地質(zhì)背景：在里特曼-戈蒂里圖解中(圖7)，2號樣品落于B區(qū)，代表了造山帶地區(qū)火山巖；3，4號樣品落于C區(qū)，代表了造山帶火山巖派生的堿性、偏堿性火山巖，因此區(qū)內(nèi)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(huán)境中碰撞造山過程中，另一類形成于活動陸緣擠壓碰撞構(gòu)造環(huán)境。具明顯的島弧特點。

圖6 火山巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖

圖7 火山巖里特曼-戈蒂里圖解

3 寒武紀(jì)火山巖巖相、噴發(fā)旋回劃分

3.1 寒武紀(jì)火山巖巖相

根據(jù)火山巖組合特征、產(chǎn)出形態(tài)及形成條件等因素，將區(qū)域火山巖分為爆發(fā)相、噴溢相、噴溢-沉積相(表6)[9]。

(1)沉積相：主要產(chǎn)于火山噴發(fā)間歇期內(nèi)，是火山作用疊加沉積作用的產(chǎn)物，區(qū)內(nèi)的巖性主要為大理巖、粉砂質(zhì)板巖、凝灰砂巖、長石巖屑砂巖等。

(2)爆發(fā)相：火山強烈爆發(fā)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(qū)內(nèi)較為常見的火山巖相。主要為空落堆積，巖性以各種凝灰?guī)r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(chǎn)出形態(tài)

(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(qū)內(nèi)主要呈NEE向展布。

3.2 寒武紀(jì)火山巖噴發(fā)旋回

區(qū)內(nèi)火山巖年代主要為晚寒武世，呈層狀產(chǎn)出，但其發(fā)育程度有所不同，通過對火山巖噴發(fā)韻律進行研究，區(qū)內(nèi)總體上以爆發(fā)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?nèi)?，不同的韻律中相帶并不完全，有的僅有2個相帶。根據(jù)剖面上各韻律中的巖性組合判斷，應(yīng)該歸屬于同一個旋回，但具有多次噴發(fā)的現(xiàn)象。規(guī)模較大的噴發(fā)有1,2,4,8,10次，較為強烈的噴發(fā)形成的爆發(fā)相中多含角礫狀凝灰?guī)r和火山集塊巖。根據(jù)現(xiàn)有認識，將該寒武紀(jì)火山巖劃分為5個亞旋回(圖8)。

第1次噴發(fā)亞旋回：以中性安山質(zhì)巖漿為主，噴發(fā)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(fā)韻律，2次噴發(fā)韻律間隔時間較短。

第2次噴發(fā)亞旋回：該旋回包括2個噴發(fā)韻律，均以中性安山質(zhì)巖漿為主，噴發(fā)作用由強到弱，噴發(fā)韻律較完整，2次噴發(fā)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(fā)亞旋回：該旋回包括4個噴發(fā)韻律，以中性巖漿為主，在第7次噴發(fā)韻律中以基性巖漿為主，噴發(fā)作用由強到弱再到強。

第4次噴發(fā)亞旋回：以基性巖漿為主，噴發(fā)作用較強，中間存在短暫的噴發(fā)間隔。

第5次噴發(fā)亞旋回：以基性巖漿為主，噴發(fā)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(yīng)該為裂隙式火山噴發(fā)的表現(xiàn)，其火山巖相特征分布較為明顯，區(qū)內(nèi)自北向南分布為噴發(fā)相組、沉積相組、火山頸相組。疊加巖石學(xué)分析特征判斷，該火山巖為加里東時期活動陸緣造山帶環(huán)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(fā)的海相火山巖。

4 結(jié)語

(1)根據(jù)巖石化學(xué)特征判斷，區(qū)內(nèi)火山巖形成于島弧巖漿，其形成的環(huán)境不同，主要為加里東期活動陸源造山帶環(huán)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(xiàn)了火山巖形成時的多期次性。

(3)根據(jù)火山巖相特征判斷該火山巖由海相裂隙式噴發(fā)火山形成。

[1] 楊雨，范國琳，姚國金.甘肅省巖石地層[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1997:104-127.

[2] 徐偉詳，徐君強，張愷,等.北祁連阿柔地區(qū)奧陶紀(jì)火山巖巖石學(xué)特征及其噴發(fā)旋回[J].山東國土資源,2015,31(11):1-8.

[3] 何世平，李榮社，王超,等.祁連山西段甘肅肅北地區(qū)北大河巖群片麻狀斜長角閃巖的形成時代[J].地質(zhì)通報,2010:1275-1280.

[4] 劉曉濤，董國強，嚴鏡,等.甘肅肅北三個洼塘巖體巖石地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境分析[J].新疆地質(zhì),2014,32(1):118-124.

[5] 任文秀，董國強，趙淇馨,等.甘肅省阿克塞縣當(dāng)金山花崗巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義[J].甘肅地質(zhì),2013,22(4):22-27.

[6] 梁明宏，曾俊杰，賈志磊,等.甘肅火山巖巖石構(gòu)造組合[J].甘肅地質(zhì).2015,24(3):1-10.

[7] 趙振華.關(guān)于巖石微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解使用的有關(guān)問題[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué),2007,31(1):92-103.

[8] 鄧晉福,劉翠,馮艷芳,等.關(guān)于火成巖常用圖解的正確使用：討論與建議[J].地質(zhì)論評,2015，61(4):717-734.

[9] 邱家驤.火山巖相及其主要特征[J].地質(zhì)科技情報,1984，(2):49-56.

[10] 傅樹超，盧清地.陸相火山巖區(qū)填圖方法研究新進展[J].地質(zhì)通報,2010,29(11):1640-1648.

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(wèi)衛(wèi)

中國地質(zhì)調(diào)查局“祁連山西段當(dāng)金山地區(qū)1∶5萬J46E004017、J46E004018、J46E005017、J46E005018四幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)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(zhì)礦產(chǎn)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(qū)火山巖巖石學(xué)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.