浙东南五部地区永康群火山岩岩石地球化学研究

肖志伟,章卫星

(1.宁波冶金勘察设计研究股份有限公司,宁波 315041;2浙江省水文地质工程地质大队,宁波 315012)

研究区位于浙东南火山活动带中部的括苍山火山喷发区[1—2]。区内晚侏罗世至早白垩世火山活动规模大、时间长,形成了一套巨厚的陆相火山岩系。包括晚侏罗世磨石山群、早白垩世永康群。其中永康群以酸性、中酸性火山岩为主,主要分布于宁溪火山构造洼地。洼地早期接受河湖相沉积,中期以火山喷发为主,并伴有间歇性沉积,晚期则出现零星的火山喷溢,形成一套较完整的火山旋回(图1)。本文重点阐述区内永康群火山岩的岩石地球化学特征,并就其岩浆成因类型、构造背景等问题进行讨论。

1 岩石化学特征

永康群火山岩岩性十分复杂,中酸性均有发育,岩石类型包括中—基性熔岩、不同熔结程度的熔结凝灰岩、各种粒级的沉凝灰岩及火山—沉积碎屑岩等过渡性岩类。另据火山岩相基本分类原则可划分为空落相、火山碎屑流相、喷溢相、侵出相、火山颈相、潜火山岩相和喷发沉积相等7种岩相类型。

根据研究区内永康群火山岩岩石化学成分(表1),按李兆鼐火山岩化学定量分类图投影(图2)和区域地质调查可知[3]:永康群火山岩具有2个旋回:第1旋回以流纹岩、碱长流纹岩、石英安粗岩、英安岩和碱性玄武岩类为主;第2旋回为碱长流纹岩类,该旋回与区域特征较为一致,具双峰式火山岩特点。岩石组合类型为玄武岩类—英安岩类—石英安粗岩类—碱长流纹岩类。

图1 浙东南五部地区地质略图

图2 火山岩化学定量分类图解(李兆鼐,1984)

表1 五部地区永康群火山岩岩石化学成分含量表/μg·g-1

岩石化学成分显示永康群火山岩SiO2含量变化范围较大,为46.53%～77.18%,其中流纹岩类以低铝、贫钙镁、高碱(尤其富钾)为特征;玄武(安山)玢岩以高铝、富钙镁、富碱为特征;英安岩、石英安粗岩类以低铝、贫钙镁、富碱为主要特征。根据K2 O-SiO2图解关系(图2),永康群火山岩整体上是一套高钾钙碱性系列岩石。

图3 永康群火山岩K2 O-SiO2图解

永康群火山岩SiO2含量在52.0%～65.0%区间出现空白,而基性岩很不发育,表现为弱双峰式不连续演化特征。SiO2＜52.0%的基性岩部分,A l2O3 、P2O5 、TiO2 、TFe、MgO 、CaO 含量均较高 ,显示该岩类基性的特征。而SiO2＞65.0%部分,A l2O3、P2O5、TiO2 、M gO 、TFe、CaO 随 SiO2 增加而明显下降,Na2O缓慢下降,而K2O明显上升。双峰式不连续演化特征明显,表明岩浆演化早期进行铁、镁矿物和基性斜长石结晶分馏作用为主,晚期则以石英和钾长石的结晶分离作用为主。

2 微量元素特征

研究区内永康群火山岩微量元素及主要参数(表2)表明:喷出岩中所含微量元素以 Pb、Nb、Cr含量高,Sr含量低为特点。其中Pb为酸性岩维氏值1.5倍～1.8倍 ,Nb为1.3倍～1.6倍,Cr为1.5倍～3.5倍。Zn、Y元素丰度接近于维氏值。其余元素一般低于维氏值,其中S含量一般仅为维氏值1/4左右。

潜火山岩中的玄武玢岩Pb、Ag、Ba含量较高,为维氏基性岩值4 倍～5 倍,M o、Ga、Y、Zr、Sr相当于维氏值1.2 倍 ～ 2 倍,Zn、Mn、Ti、Ni、Co接近于维氏值,Cu、Nb偏低;而Ag、Mo两元素变异系数较高。安山玢岩Cr含量较高,达维氏中性岩值的3.5倍,Pb、Mo、Co偏高,为维氏值1.5倍～1.7倍,Zn、Ba、Ni、Ga、Y 接近维氏值,Cu 、Zr明显偏低 。稍具规模的一些酸性潜火山岩,常以 M o、Ag、Cr含量高为特征,丰度值分别可达维氏酸性岩值的7.7倍、10倍和4.5倍,Pb、Cu均大于维氏值,Ga、Y、Nb接近维氏值,Sr、Ba、Ti、Zr等偏低;其中 Mo、Ag变异系数高。

表2 五部地区永康群潜火山岩微量元素平均含量表/μg·g-1

因此,区内永康群火山岩微量元素特征如下:

(1)普遍含 Pb 、Zn、Cu 、Ga、Y 、Nb 、Zr、M n 、Ti、Cr、Sr、Ba等 12 种元素 ,部分含 Sn、Mo、Ag、La 等;

(2)Pb、Nb、Zr、Cr、Ba等元素含量明显偏高,尤以Pb、Cr丰度值大为特征。Pb元素丰度值稳定在维氏值2倍左右,说明整个研究区位于Pb高背景地球化学场中。Cr元素含量在维氏值1.4倍～6倍之间变化,大部分稳定在3倍左右;

(3)Zn一般接近于酸性岩维氏值,略有波动;

(4)Ga、Y含量稳定,略低于酸性岩维氏值;

(5)Sr含量普遍偏低。区内以永康群第2旋回地层中Sr丰度值最小;

(6)同一地层单元中中酸性岩 Pb 、Ga、Ti、Sr、Ba等含量往往高于酸性岩相应的元素丰度值。

3 稀土元素特征

研究区内永康群火山岩稀土元素特征参数见表3。

火山岩稀土总量:石英粗面岩最高,为294.07×10-6,依次为石英安粗岩、碱长流纹岩类、英安岩、玄武岩,玄武安山岩最低,为121.65×10-6。轻重稀土比值亦然。而δEu值从玄武岩到流纹岩,随酸度增高而依次降低,即从富集演化为中度铕亏损。

火山岩的稀土总量、轻重稀土比值和δEu值均反映了火山岩具旋回性演变特征。总的看来,火山岩稀土总量由低到高,轻重稀土比值变化不大,δEu值从弱的铕富集到中度铕亏损。此外,就岩性而言,稀土总量、轻重稀土比值在中酸—酸偏碱性岩中相对较高。

4 火山岩岩浆成因和火山活动构造环境讨论

4.1 岩石成因类型

研究区中生代火山岩以偏碱质的酸性、中酸性火山岩为主。岩石化学的演化特征反映其为不同构造环境下形成的高钾钙碱质系列岩石[4—5]。稀土元素特征表明普遍具有中到小Eu负异常。上述特征均显示本区火山岩为Ⅰ型(同熔型)岩浆类型。

表3 五部地区永康群火山岩稀土元素特征参数一览表

但是,根据火山岩DI-(Na2O+K2O)图解(图4)可知,区内火山岩少数落在S型岩浆区(改造型),有个别落在A型岩浆区。

综上所述,依照区内火山岩的主要特征以及浙东区域资料对比认为:永康群火山岩的成因类型为不典型的I型。

图4 火山岩 DI-(Na2 O+K2 O)图解

4.2 火山岩浆活动构造环境

由火山岩里特曼指数与戈蒂尼指数对数图解(图5)可知,区内岩石的投点几乎都落在日本火山岩(J)与C区(派生的碱性、偏碱性岩)之间的B区(造山带)内,仅基性岩落于C区。由此表明:研究区火山岩不同于日本火山岩,其形成环境有所差异。

据前人岩石化学资料研究[6—7],浙东南沿海火山岩主要化学成分以相对高K2O、SiO2、A l2O3而低CaO为特征,与东太平洋沿岸较为接近,特别是与美国西部及美洲西部的火山岩非常相似;而与西太平洋(日本、台湾、千岛、堪察加半岛)和西南火山岛弧火山岩差别较大,后者更富 CaO、Na2 O而贫K2O。

图5 火山岩logδ-logτ图解

本文研究认为,研究区岩石化学成分特点与前人统计的资料相吻合,其中生代时期火山岩浆活动构造环境,既非典型的安第斯型活动大陆边缘,也非岛弧环境,而是活动大陆边缘靠近板内的构造环境。

综上所述,永康群火山岩是处在走滑拉张环境下,形成的一套不连续演化的高钾钙碱性玄武岩类—英安岩类—石英安粗岩类—碱长流纹岩类的双峰式组合,岩浆来源于壳幔过渡带,以壳幔混熔岩浆为主,岩石成因类型为不典型的Ⅰ型。

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