李注蒼，李永軍，齊建宏，張海峰，楊志勇，劉志兵，周燁

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與國土資源學(xué)院， 陜西 西安　710054;2.甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院， 甘肅　蘭州　730000)

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西秦嶺下三疊統(tǒng)華日組火山巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境分析

李注蒼1,2，李永軍1，齊建宏2，張海峰2，楊志勇2，劉志兵2，周燁2

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與國土資源學(xué)院， 陜西 西安710054;2.甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院， 甘肅蘭州730000)

西秦嶺合作一帶華日組巖性以中酸性火山巖為主，巖性為英安巖、安山巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r。通過對其巖石地球化學(xué)研究，表明華日組火山巖屬鈣堿性系列，具高K、高AI和低堿、低Ti的特點；微量元素地球化學(xué)組成與典型火山島弧環(huán)境的地球化學(xué)組成一致；稀土總量為61.91×10-6～185.58×10-6，平均含量為128.04×10-6，顯示出輕稀土富集，重稀土虧損的特點，具有弱的Eu負(fù)異常(平均為0.98)；結(jié)合西秦嶺造山帶的構(gòu)造演化特征，認(rèn)為下三疊統(tǒng)華日組火山巖形成于島弧環(huán)境。

地球化學(xué)；火山巖；構(gòu)造環(huán)境；華日組；西秦嶺

甘肅省合作市德烏魯南東部發(fā)育一套中酸性的火山巖，主要分布于夏河-合作區(qū)域性大斷裂以北和力士山-圍當(dāng)山斷裂帶南側(cè)(圖1)。長期以來，依據(jù)前人地質(zhì)資料，認(rèn)為此套火山巖形成時代為中侏羅世，地層清理歸郎木寺組，總體為一套陸相中酸性火山巖，其形成構(gòu)造環(huán)境為板內(nèi)裂谷環(huán)境(曾宜君等，2009；楊雨等，1997；張新虎等，2013)。對這套火山巖構(gòu)造屬性認(rèn)識的差異, 導(dǎo)致對西秦嶺中生代構(gòu)造的時空演化和成礦環(huán)境出現(xiàn)了完全不同的解釋。筆者在研究前人資料的基礎(chǔ)上(駱必繼等，2012；徐學(xué)義等，2012；鮑霖等，2014；周俊烈等，2010；靳曉野等，2013；呂新彪等，2009)，通過詳細(xì)地野外地質(zhì)調(diào)查， 綜合研究火山巖巖石學(xué)和地球化學(xué)特征, 旨在探討其形成環(huán)境、構(gòu)造意義。

1　地質(zhì)概況

研究區(qū)位于青藏高原東北緣，隸屬于秦嶺弧盆系。華日組火山巖主要分布于德烏魯巖體和美仁巖體之間，呈不規(guī)則狀展布，出露面積約50km2。華日組火山巖與下二疊統(tǒng)毛毛隆組呈角度不整合接觸。德烏魯花崗閃長巖體與其呈侵入接觸關(guān)系。該套火山巖巖性主要為一套中酸性火山碎屑巖及中酸性熔巖組成的火山巖建造。

根據(jù)其巖性組合和巖相分析，其上部巖性主要由英安巖、火山角礫巖、凝灰?guī)r、角閃安山巖、安山巖和玄武質(zhì)安山巖組成，以溢流相火山巖為主；下部巖性為火山角礫巖夾安山巖、流紋英安巖，以爆發(fā)相-溢流相火山巖為主。

在華日組火山巖中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)崗岔金礦和下坎木倉金礦。在德烏魯巖體中有德烏魯銅礦、南辦銅礦、老豆金礦、拉不在卡金礦點、吉利金礦點。這些銅金礦點主要分布于德烏魯-美仁構(gòu)造巖漿巖帶中。

1.新近系甘肅群;2.下三疊統(tǒng)華日組;3.下三疊統(tǒng)山尕嶺組;4.下三疊統(tǒng)毛毛隆組;5.下石炭統(tǒng)巴都組;6.花崗斑巖體;7.二長花崗巖體；8.石英閃長巖體;9.地質(zhì)界線;10.不整合地質(zhì)界線;11.脈動侵入界線;12.逆斷層;13.區(qū)域性在斷裂; 14.金礦/金礦點; 15.銅礦點; 16.同位素年齡圖1　甘肅省合作-夏河一帶地質(zhì)略圖(引自1:5萬甘肅省合作-夏河一帶地質(zhì)簡圖)Fig. 1　Geological sketch map of Hezuo-Xiahe area

2　巖石學(xué)特征

華日組火山巖巖石類型主要以中酸性巖(安山巖、英安巖、流紋英安巖)為主，局部見中酸性火山碎屑巖(以熔結(jié)凝灰?guī)r為主，火山角礫巖次之)。該火山巖噴發(fā)韻律依次為火山碎屑巖→熔巖。華日組山巖自下而上可劃分出5個噴發(fā)旋回。總體表現(xiàn)為爆發(fā)-噴溢的活動特點，主要以噴溢相為主。第一噴發(fā)旋回為火山角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r→安山巖、英安巖；第二噴發(fā)旋回為安山質(zhì)火山角礫巖→安山巖；第三噴發(fā)旋回為晶屑巖屑凝灰?guī)r→碳酸鹽化安山巖；第四噴發(fā)旋回為晶屑巖屑凝灰?guī)r、細(xì)火山灰凝灰?guī)r→安山巖；第五噴發(fā)旋回火山角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r→噴溢相的安山巖。反映了火山噴發(fā)旋回是以火山碎屑巖開始，以中酸性熔巖結(jié)束。

火山角礫巖：灰色，火山角礫結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；主要成分為火山角礫(25%±)，斑晶(20%±)，基質(zhì)(50%±)；火山角礫一般呈橢球狀，少數(shù)呈不規(guī)則狀、次棱角狀。角礫大小主要為3～10mm，最大可達20mm，以安山巖為主；斑晶以斜長石為主，石英較少。斜長石為灰白色，呈短柱狀，大小為0.5～1.5mm，具熔蝕結(jié)構(gòu)；石英為無色，呈粒狀，粒徑小于2.0mm；基質(zhì)為隱晶質(zhì)，成分為安山質(zhì)。

晶屑巖屑凝灰?guī)r：灰色，凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；巖石由玻屑、晶屑、巖屑和少量火山灰組成；玻屑細(xì)小，呈骨針狀、弓狀、弧面多角狀等形態(tài)，含量約60%；晶屑成分以石英為主，黑云母和角閃石少量，呈不規(guī)則狀，含量為20%；巖屑以安山巖、氣孔狀安山巖為主，含量約15%±。

安山巖：灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為斜長石和角閃石，基質(zhì)具玻晶交織結(jié)構(gòu)；斜長石斑晶為半自形-自形，具一定的蝕變，含量約30%；角閃石斑晶大多為半自形-自形，多以短柱狀產(chǎn)出，粒度0.3～0.8mm，含量可達15%～20%；基質(zhì)由微晶斜長石、玻璃質(zhì)、隱晶質(zhì)組成，為安山質(zhì)。

英安斑巖：青灰色，斑晶主要為斜長石和石英，基質(zhì)具斑晶充填結(jié)構(gòu)；斜長石多以半自形-自形為主，粒度為0.2～2mm的變化范圍內(nèi)，斜長石表面較臟，普遍高嶺土化、絹云母化，基本見不到雙晶或環(huán)帶結(jié)構(gòu)，其表面的絹云母細(xì)小顆粒大多呈定向排列，含量可達40%，部分斜長石因強蝕變而無法辨別自身的形態(tài)和晶形；石英顆粒主要為他形粒狀，大小為0.05～0.1mm，含量為10%。暗色礦物以黑云母為主，含量可達10%，多自形-半自形狀，大小為0.3～0.6mm，亦存在不同的蝕變；基質(zhì)具有斑晶充填結(jié)構(gòu)，為玻璃質(zhì)、斜長石微晶等組成，此外含少量不透明含鐵質(zhì)礦物。

流紋英安巖：淺灰綠色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具玻晶交織構(gòu)；斑晶以斜長石為主，石英次之，黑云母較少，含量為30%；基質(zhì)為長英質(zhì)，呈隱晶質(zhì)，含量為70%。

3　地球化學(xué)特征

3.1巖石化學(xué)特征

筆者在華日組火山巖中共采集了12 件巖石化學(xué)樣品(表 1)。從巖石化學(xué)成分可以看出，華日組火山巖的SiO2含量為47.83%～73.25%；Al2O3含量高，而且變化不大，在14.25%～17.98%變化。K2O的含量為0.27%～3.21%，平均含量為1.89%，高于島弧環(huán)境火山巖K2O的含量(K2O平均為1.60%)，而與活動陸緣K2O的含量相近(K2O平均為3.25%)。全堿含量高，K2O+Na2O均大于1%，大多在1.61%～6.58%變化；TiO2含量較低，變化范圍為0.09%～1.6%，平均值為0.65%，明顯不同于洋島玄武巖的TiO2含量(>2.0%)和大洋中脊火山巖(TiO2平均含量1.5%)，與島弧火山巖的TiO2含量(TiO2平均含量0.8%)相近。MgO含量中等，其值范圍為0.21%～6.43%?？傮w上看，區(qū)內(nèi)火山巖具高K、高AI和低堿、低Ti的特點，具島弧火山巖的特征。

在火山巖TAS圖解中(圖2)，大部分樣品投點安山巖和玄武安山巖中，只有1號樣品投點于英安巖區(qū)，2號樣品投點巖性為流紋巖。

根據(jù)火山巖AFM圖解，全部樣品投點于鈣堿性系列區(qū)(圖3)，只有一個樣品投點于拉斑玄武巖系列。且里特曼指數(shù)δ為0.23～1.92<4，為鈣堿性系列。因此，華日組火山巖應(yīng)屬中酸性鈣堿性系列巖石。在火山巖K2O-SiO2分類圖解(圖4)，大部分樣品投點于中鉀鈣堿性系列和高鉀鈣堿系列，顯示了華日組火山巖具有較高的鉀質(zhì)。這與裂谷火山巖、弧后盆地火山巖有本質(zhì)區(qū)別，表明了華日組火山巖為島弧環(huán)境。

表1　華日組火山巖巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)表(%)

注：樣品由宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所采用濕法分析，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差<3%～7%。其中1～9號樣品為T1hr2，10～12號樣品為T1hr1。

圖2　華日組TAS圖解Fig. 2　TAS diagram of Huari formation

TH.拉斑玄武巖系列；CA.鈣堿性系列圖3　華日組AFM圖解(底圖據(jù)T.N.Irvine等)Fig. 3　AFM diagram of Huari formation

圖4　華日組K2O-SiO2圖解Fig. 4　K2O-SiO2 diagram of Huari formation

3.2微量元素地球化學(xué)特征

微量元素分析數(shù)據(jù)見表2。

在巖石微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖5)，與典型火山(島)弧玄武巖的分布形式一致，微量元素的分布特點是為“先隆后凹”型式，表現(xiàn)為K、Rb、Ba、Th、Ta、Nb、P、Zr、Hf的選擇性富集，豐度較高，明顯高于大洋中脊玄武巖，尤其是大離子元素K、Rb、Ba、Th、Ta、Nb和P，高出大洋中脊玄武巖2～70倍；且Th/Ta(5.56～13.3)值較高，Ta/Yb(0.29～2.45)值較低，暗示出島弧火山巖的特征。Ce和Sm豐度值與大洋中脊玄武巖基本一致；Ti、Y、Yb、Sc和Cr豐度值低于大洋中脊玄武巖，明顯虧損，但起伏不大，這些特點在微量元素地球化學(xué)蛛網(wǎng)圖上表現(xiàn)得尤為明顯。

表2　華日組火山巖微量元素含量表(10-6)

注：樣品由宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所采用ICP-MS分析，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差<10%。

圖5　微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自PEARCE, 1983)Fig.5　Trace element distribution patterns of Huari formation (Normalization values after PEARCE,1983)

圖6　稀土元素分布型圖(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自BOYNTON，1984)Fig.6　REE distribution patterns of Huari formation (Normallization values afte BOYNTON，1984)

3.3稀土元素地球化學(xué)特征

華日組稀土元素含量見表3。在稀土元素配分曲線圖(圖6)上表現(xiàn)為向右傾斜，其標(biāo)準(zhǔn)樣選擇BOYNTON(1984)球粒隕石豐度。稀土元素總量為61.91×10-6～185.58×10-6，平均含量為128.04×10-6；輕稀土元素總量為45.73×10-6～159.16×10-6，平均含量為103.79×10-6。重稀土元素含量為4.39×10-6～42.24×10-6，平均含量為24.25×10-6，LREE/HREE為1.18～13.10，平均值為5.32，其比值較小，表示巖漿分異程度較強。本區(qū)δEu值為0.70～1.09，平均為0.82。有弱或微弱的負(fù)Eu異常，證明它們是經(jīng)過少量分離結(jié)晶作用演化的巖漿。δCe值為0.86～0.96，平均為0.92，為Ce虧損型，具Ce負(fù)異常，表明氧化條件中等。(La/Yb)N值為7.65～75.30，平均為21.3。(Ce/Yb)N為5.63～50.50，平均為15.5，顯示出輕稀土富集，重稀土虧損的特點。

綜上所述，華日組火山巖以大離子親石元素和輕稀土富集，重稀土相對虧損及弱的Eu負(fù)異常為特征，均顯示為火山島弧的巖石地球化學(xué)特性。

表3　測區(qū)華日組火山巖稀土元素豐度值表(10-6)

注：樣品編號同巖石化學(xué)一覽表序號，樣品由宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所采用ICP-MS分析。

4　討論

4.1構(gòu)造環(huán)境

利用Rb-Y+Nb構(gòu)造環(huán)境圖解(圖7)，它們投影點都位于島弧火山巖區(qū)。因此，從這些圖解中可以判別華日組火山巖形成的構(gòu)造環(huán)境為火山島弧區(qū)。

圖7　Rb-Y+Nb構(gòu)造環(huán)境圖解(據(jù)PEARCE，1984)Fig.7　Rb-Y+Nb tectonicenvironments dircrimination diagram

4.2同位素年代

本次在華日組英安巖中進行LA-ICP-MS 鋯石U-Pb同位素測年，獲得該套火山巖成巖年齡為(245±5)Ma，形成時代為早三疊世。而在美仁花崗閃長巖中獲得LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(238±1.2)Ma。德烏魯花崗閃長巖中獲得LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(239.2±3.2)Ma。表明美仁巖體和德烏魯巖體為同源同期形成的，形成時代為中三疊世，晚于華日組火山巖。

5　結(jié)論

綜合前人成果(陳衍景等，2004，2010；馬光等，2004)，早三疊世，受印度板塊和歐亞板塊碰撞的作用，西秦嶺構(gòu)造體制發(fā)生了明顯的轉(zhuǎn)化，華北古陸和揚子古陸相向運動聚攏。由于板塊俯沖作用，導(dǎo)致地殼深部中酸性火山巖巖漿噴發(fā)，形成了華日組島弧火山巖。在中三疊世晚期，板塊碰撞對接，使西秦嶺古特提斯海盆閉合。秦嶺造山碰撞期，形成了以德烏魯花崗閃長巖株和美仁花崗閃長巖基。在巖體侵位時巖體的接觸帶上普遍發(fā)生了角巖化，從而形成矽卡巖型、熱液交代型的中高溫?zé)嵋盒豌~鎢鐵等多金屬礦產(chǎn)。而在印支期—華力西期多期次構(gòu)造活動下，在德烏魯—美仁一帶形成了以金為主的構(gòu)造熱液型金礦。通過對德烏魯東側(cè)華日組火山巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征、同位素年代學(xué)及其周圍地層、侵入巖接觸關(guān)系等進行研究，認(rèn)為其形成構(gòu)造環(huán)境不是板內(nèi)裂谷環(huán)境，而是形成于板塊俯沖時的火山島弧環(huán)境。這一發(fā)現(xiàn)對研究德烏魯一帶銅金多金屬成礦構(gòu)造環(huán)境和成礦物質(zhì)來源具有十分重要的地質(zhì)找礦意義。

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Geochemical Characteristics and Tectonic Significance of the Volcanic Rocks from Lower Triassic Huari Formation in West Qinling

LI Zhucang1,2, LI Yongjun1, QI Jianhong2, ZHANG Haifeng2, YANG Zhiyong2,LIU Zhibing2,ZHOU Ye2

(1. School of Earth Science and Resources Management, Chang’an University, Xi’an 710054, Shaanxi, China;2. Third Institute Geological and Mineral Exploration of Gansu provincial Bureau of Geology and Mineral Resources, Lanzhou 730000, Gansu, China)

The Huari Formation, located in Hezuo region of West Qinling, are mainly consist of neutral to acidic volcanic rocks, including dacite, andesite, volcanic breccia and tuff. The rock geochemical results show that, these rocks belong to calc-alkaline series, with the characteristics of high potassium and alumina, low alkali and titanium. Moreover, the geochemical features of these rocks on trace elements are similar with the ones of typical volcanic island arc. The total rare earth elements are 61.91×10-6～185.58×10-6, with an average of 128.04×10-6, showing LREE enrichment, HREE depletion with weak negative Eu anomalies (average is 0.98). Combined with the tectonic evolution of western Qinling orogenic belt, it's suggested that lower Triassic Huari Formation was formed in island arc setting.

geochemistry; volcanic rock; tectonic environment; Huari Formation; West Qinling

2015-05-05；

2015-07-10

甘肅省合作-美武一帶1∶5萬破產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查(編號：甘財建(2010-254))

李注蒼(1968-)，男，甘肅白銀人，高級工程師，在讀博士研究生，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究。E-mail:zhucangli@163.com

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1009-6248(2016)01-0026-08