甘肃省北山墩墩山群火山岩地球化学特征及构造环境分析

何平平, 李 倩, 贾 轩, 周贤君

(甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院,甘肃 兰州 730020)

甘肃北山属古中亚巨型缝合带的复合部位，介于哈萨克斯坦板块、塔里木板块和华北三大板块的交汇处。该地区地层出露较为齐全，地质构造复杂，火山活动频繁，中酸性火山岩分布广泛，因其丰富的矿产资源备受地学界的关注[1]。本文通过对北山地区墩墩山群火山岩岩石地球化学进行研究，以探讨构造环境。

1 地质及岩石学特征

泥盆世墩墩山群地层呈近东西向展布，出露面积较广。该地层按岩性组合分为上、下两个岩性段，上部为英安质火山角砾岩、角砾凝灰岩、角砾熔岩及熔结角砾凝灰岩夹流纹岩；下部为玄武岩、安山岩、玄武安山岩及安山质角砾岩夹凝灰质砂岩，岩性横向变化较大，多呈透镜体[2]。墩墩山群与三个井群呈不整合接触(图1)。

本次研究采集的火山岩分为两类，一类是英安质凝灰岩，另一类是英安岩，均属陆相火山喷发岩，垂向上从早到晚火山作用由弱到强，以中基性喷溢相与喷发间歇相交互→强烈的酸性爆发相为主。

(1)英安质凝灰岩：岩石风化面呈灰、浅灰色，新鲜面呈灰白色、紫灰色、灰色，凝灰结构，块状构造。岩石由约5%岩屑、约5%晶屑、约90%火山灰组成。岩屑，灰黑色、灰色，棱角状-次棱角状，成分为玄武岩、安山岩、安山质凝灰岩、英安岩、英安质凝灰岩，大小0.2～2 mm；晶屑，成分为斜长石、石英、少许黑云母，灰白色、灰色、黑色，棱角状-次棱角状，粒径0.2～2 mm；填隙物为火山灰，细小难辨。

图1 甘肃省北山地区墩墩山一带地质简图

1—第四系；2—上泥盆统墩墩山群；3—中泥盆统三个井群；4—上奥陶统锡林柯博组；5—奥陶统罗雅楚山组；6—中上寒武统西双鹰山组；7—下寒武统双鹰山组；8—蓟县系平头山组；9—前长城系敦煌群；10—安山玢岩；11—花岗岩；12—次英安岩；13—次流纹英安岩；14—辉长岩；15—实测断层；16—推测断层；17—不整合界线；18—样品采集区域

(2)英安岩：岩石风化面呈灰、浅灰色，新鲜面呈灰白色、紫灰色、灰色。岩石由斑晶和基质两部分组成，斑状结构，基质为隐晶质结构，块状构造。斑晶由5%～20%斜长石、2%～3%石英、3%～5%黑云母组成。斜长石，灰白色，自形-半自形，柱状，粒径0.2～2.5 mm；石英，灰色，半自形，粒状，粒径0.2～2.0 mm；黑云母，黑色，片状，粒径0.2～1.0 mm；基质由隐晶的长英质组成。

2 主量元素地球化学特征

从表1可见，墩墩山群陆相火山岩中化学成分总体变化趋势是：随着SiO2增长，TiO2、TFe2O3、MgO、CaO、MnO、P2O5等组分大体呈降低的趋势，而K2O有增长的趋势，Na2O、Al2O3则无明显的变化规律，这可能与斜长石的分离结晶作用有关。英安质凝灰岩的岩石固结指数(SI)为20.86～20.97，英安岩为7.9，表明英安岩比英安质凝灰岩岩浆分异程度高；英安质凝灰岩中的A/NCK为0.66～0.84，英安岩为1.09，表明它们分别属于偏铝质岩石系列和准铝质岩系列；英安质凝灰岩和英安岩的里特曼指数(σ)为2～2.39，均属钙碱性岩石。

表1 墩墩山群火山岩主量元素分析结果表(%)

3 微量元素地球化学特征

从微量元素特征表(表2)和微量元素原始地幔蛛网图(图2)中可以看出，墩墩山群火山岩微量元素分为较明显的两组，一组总体略平坦,岩性为英安质凝灰岩，曲线总体右缓倾，其中Nb、Ta、Sr亏损较强烈，K、Pb呈弱隆起状。另一组元素曲线起伏较大，岩性为英安岩，大离子亲石元素除Sr外总体富集，Rb、K、Pb、Zr呈隆起状，Sr、P、Ti强烈亏损，Nb、Ta元素弱亏损[3]。

表2 墩墩山群火山岩微量元素分析结果表(×10-6)

图2 墩墩山群火山岩微量元素原始地幔标准化蛛网图

从稀土元素特征表(表3、表4)和稀土元素球粒陨石标准化图中(图3)可以看出，墩墩山火山岩稀土元素总体较富集，曲线总体右倾，表明轻稀土较重稀土分异程度高。轻稀土总体斜率较大，重稀土总体呈平坦状，说明轻稀土内部分馏程度较重稀土高，δEu异常介于0.64～0.93，均为负异常，可能与斜长石为大量析出有关。

表3 墩墩山群火山岩稀土元素分析结果表(×10-6)

表4 墩墩山群火山岩稀土元素特征值表

图3 墩墩山群火山岩稀土元素球粒陨石准化分布型式图

4 构造环境分析

墩墩山群火山岩的岩石组合以中基性火山岩与酸性火山岩为主，显示出较为典型的双锋式火山岩组合，是典型裂谷环境的产物。在Zr-Zr/Y图中(图4)，样品有2个落入板内火山岩区，1个落入MORB中。在Ti-Zr图中(图5)中，样品也是有2个落入板内环境，1个落入MORB中。由此推断，墩墩山群火山岩产于裂谷环境，是北山晚古生代多旋回陆内裂谷初拉张的产物。

图4 墩墩山群火山岩Zr-Zr/Y图解

A区为火山弧玄武岩；B区为MORB；C区为板内玄武岩；D区为MORB和火山弧玄武岩(据Pearce和Nory，1973)

图5 墩墩山群火山岩Ti-Zr图解(据Pearce和Cann，1973)

5 结论

(1)墩墩山群火山岩为陆相火山岩，均属钙碱性岩石，其化学成分随SiO2增长大体呈降低的趋势，这可能与斜长石的分离结晶作用有关。

(2)从微量元素特征来看，墩墩山火山岩可分为两组，一组元素曲线略平坦，Nb、Ta、Sr亏损较强烈，另一组元素曲线起伏较大，Sr、P、Ti强烈亏损，Nb、Ta呈弱亏损。

(3)从稀土元素特征来看，墩墩山火山岩稀土元素总体较富集，标准化曲线总体右倾，且δEu均为负异常，表明轻稀土较重稀土分异程度高。

(4)墩墩山群火山岩的岩石组合以中基性火山岩与酸性火山岩为主，显示出较为典型的双锋式火山岩组合，是典型裂谷环境的产物。