北祁连阿柔地区奥陶纪火山岩岩石学特征及其喷发旋回研究

徐伟祥,徐均强,张恺,杜韦

(1.山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261021；2.山东省地质测绘院，山东 济南 250013)



北祁连阿柔地区奥陶纪火山岩岩石学特征及其喷发旋回研究

徐伟祥1,徐均强1,张恺1,杜韦2

(1.山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261021；2.山东省地质测绘院，山东 济南 250013)

北祁连阿柔地区奥陶纪火山岩分布广泛，发育在早奥陶世阴沟组和晚奥陶世抠门子组。对北祁连阿柔地区奥陶纪火山岩分布特征和岩石学特征进行了研究，划分了3类火山岩岩相：爆发相、喷溢相、喷发-沉积相。并划分了2个火山岩喷发旋回：阴沟旋回和扣门子旋回。揭示了阿柔地区祁连洋(裂谷)演化特征，对北祁连地区火山岩区域对比及火山机构恢复具有一定的指导意义。

奥陶纪火山岩；岩石学特征；喷发旋回；北祁连阿柔地区

阿柔地区奥陶纪火山岩主要发育在早奥陶世阴沟组、晚奥陶世扣门子组①。由于区域断裂构造较发育，各组一般顶底发育不全，多呈断块状分布。该文通过对奥陶纪火山岩地层分布，岩性组合特征及岩相特征的介绍，划分了火山岩喷发旋回序列，对于了解北祁连地区奥陶纪火山活动及构造活动历史具有一定的指导作用。

1 区域地质概况

1.1 地层

区域地层出露较全，广泛发育古元古界至第四系，仅缺上志留统。该区属祁连地层区、北祁连山分区，以下古生界最发育。前人工作对地层进行了研究，对地层作了较系统的划分，建立了完整的地层系统[2]。

1.2 构造

区内断裂构造、褶皱构造极为发育。断层形成于华力西-印支、燕山、喜马拉雅期，走向断层占主导，多发生在褶皱的轴和地层的接触处[3]。

1.3 侵入岩

区内岩浆活动一般，侵入活动皆属加里东期，岩石类型从超基性至酸性均有发育[4]。侵入岩多沿祁连造山带NW—SE向展布，在空间上岩体分布与断裂和褶皱有关，特别是局限于一定的地层和岩组分布条带内，断续出现，具有连续性[5]。

2 奥陶纪火山岩岩石学特征

2.1 早奥陶世火山岩岩石学特征

早奥陶世火山岩产于阴沟组之中，主要出露于阿柔乡西南鸡龙沟及西北部大马拉河、野牛山以北的走廊南山主脊南侧、中部青羊沟、东部羊熊子西北(图1)。岩性各地变化较大，鸡龙沟以西为玄武岩；野牛山以北的走廊南山主脊南侧主要为玄武安山岩；大马拉河以正常碎屑岩为主，夹硅质板岩、凝灰质板岩、凝灰角砾岩；中部青羊沟一带为灰绿色变凝灰岩；八宝河南为一套灰绿色正常碎屑岩组合夹中基性火山熔岩；东部羊熊子西北以正常碎屑岩为主，夹硅质板岩、凝灰质板岩、凝灰角砾岩等。

图1 北祁连阿柔地区奥陶纪火山岩分布略图

2.1.1 岩石类型及岩性特征

变玄武岩：块状构造，斑状结构，基质变余间粒结构。斑晶约5%，由斜长石、普通辉石组成，其中斜长石呈较规则板柱状，粒度一般0.2～0.5mm，见聚片双晶；普通辉石呈短柱状，粒度一般0.2～0.5mm，多具暗化边，多色性不明显。基质约95%，由斜长石、普通辉石、火山玻璃组成，其中斜长石呈细小板条状，粒度一般0.02～0.04mm；普通辉石呈粒状—细小柱状，粒度一般0.02mm左右。火山玻璃脱玻化强烈。

变凝灰角砾岩：块状构造，变余凝灰、角砾结构。由凝灰质(30%)、角砾(55%)、胶结物(15%)组成。凝灰质为次棱角状，粒度0.2～1.5mm，成分为玄武安山质火山岩岩屑。角砾为次棱角状，粒度0.5～2.5cm，成分为玄武安山岩。胶结物成分为火山尘，多已重结晶为绿泥石、绢云母。

绿泥绢云片岩：片状构造，鳞片粒状变晶结构。由石英(15%)、绿泥石(35%)、绢云母(45%)、方解石(5%)组成。石英：粒状，粒度一般0.05～0.1mm，波状消光。绿泥石为鳞片状，粒度一般0.1mm左右，长轴定向分布。方解石：粒状，粒度一般0.1～0.3mm。绢云母为鳞片状—纤维状，粒度一般0.1mm左右，长轴定向分布。该岩原岩为凝灰岩，经动热变质达到绿片岩相。

凝灰质板岩:板状构造，变余凝灰质结构。由凝灰质岩屑(80%)、胶结物(20%)组成。灰质岩屑：主要为中酸性(安山质)火山岩岩屑，次棱角状为主，粒度一般0.1～1mm，绢云母化蚀变强烈。胶结物原为火山尘，已重结晶为绢云母。

2.1.2 岩石化学特征

奥陶纪地层采集了火山岩岩石样品，分析及计算结果见表1、表2、表3，微量元素、稀土元素测试结果见表4、表5。据测试结果*徐均强、徐伟祥等，青海省祁连县阿柔地区J47E011018等四幅1∶5万区域地质矿产调查报告，2014年。，对区域奥陶纪火山岩地球化学特征及演化规律探讨如下。

成分特征：样品在火成岩TAS分类图解(图2)分布于U1(碧玄岩)区，为基性火山岩。凝灰岩SiO2含量43.94%，属于基性火山碎屑岩。

碱度类型：据表2里特曼指数σ值为26.60，碱度类型为碱性。在火山岩硅-碱图(图3)中，样品也落入A区(碱性岩)。

表1 奥陶纪火山化学成分分析结果

表2 奥陶纪火山岩参数

图2 奥陶纪阴沟组扣门子组火山岩TAS分类图解

图3 奥陶纪阴沟组扣门子组火山岩硅-碱图解

化学成分演化规律：区内火山岩总体随着SiO2含量的增加,TiO2，Al2O3，Fe2O3+FeO含量有所增加，岩石化学参数DI，AR增加，而SI减少。

微量元素特征：微量元素原始地幔标准化分布模式图(图4)，与维氏基性岩相比较，除Au，Ag，Ba元素偏高，其他元素多偏低，其特征与岛弧拉班玄武岩相似。

图4 火山岩微量元素原始地幔标准化分布模式图

图5 奥陶纪火山岩稀土元素球粒陨石标准化图解

稀土元素特征：稀土元素球粒陨石标准化图解见图5。稀土元素总量∑REE=67.84×10-6，∑LREE/∑HREE=3.69，La/Yb=4.20，δEu=1.15，为具正Eu异常、轻稀土富集型。

构造地质背景：在里特曼-戈蒂里图解(图6)中样品投点落于造山带火山岩派生的碱性、偏碱性火山岩区(C区)，区内火山岩主要处于伸展构造环境，显示早奥陶世洋脊扩张的演化特征[6]。

图6 奥陶纪火山岩里特曼-戈蒂里图解

2.2 晚奥陶世火山岩岩石学特征

晚奥陶世扣门子组火山岩出露龙孔大阪以东至三角城沟，岩性主要有变玄武安山质凝灰岩、变玄武安山质含角砾凝灰岩、变玄武安山质凝灰角砾岩、玄武安山质集块角砾岩、变杏仁状玄武岩、变流纹岩、变玄武岩、变气孔状玄武岩等。

2.2.1 岩石类型及岩性特征

变含杏仁状安山岩：块状构造、含杏仁状构造，斑状结构、基质变余交织结构。斑晶约15%，由斜长石、辉石组成。杏仁总体约占10%，多为较规则椭圆状，一般0.2～5mm，其中充填物为方解石和硅质，长轴定向性不明显。斑晶由斜长石、辉石组成，斜长石为较规则板柱状，粒度一般0.2～0.5mm，表面碳酸盐化蚀变强烈。辉石为短柱状，粒度一般0.2～0.3mm，多具暗化边，多色性不明显。基质由斜长石、辉石、火山玻璃组成，斜长石为细小板条状，粒度一般0.02～0.04mm，与火山玻璃形成交织结构。辉石为短柱状，粒度一般0.02mm左右。火山玻璃多已重结晶为显微粒状绿泥石和长英质矿物。

变安山玄武岩：块状构造，斑状结构，基质变余间隐结构、交织结构。斑晶约5%，由斜长石(3%)、普通辉石(2%)组成。斜长石为较规则板柱状，粒度一般0.2～0.5mm，测An为50，属于拉长石。普通辉石为短柱状，粒度一般0.2～0.3mm，多具暗化边，多色性不明显。基质约85%，斜长石为细小板条状，粒度一般0.02～0.04mm，与火山玻璃形成间隐结构、交织结构。普通辉石为细小短柱状，粒度一般0.02mm左右。火山玻璃：脱玻化强烈，多已重结晶为显微粒状绢云母、绿泥石等矿物。

变含气孔杏仁状安山岩：块状构造、含气孔杏仁状构造，斑状结构、基质变余交织结构。气孔总体约占5%，较规则椭圆状，一般0.5～3mm。杏仁总体约占10%，多为较规则椭圆状，一般0.2～5mm，充填物为方解石和硅质。气孔和杏仁长轴定向性均不明显。斑晶约5%，由斜长石、角闪石组成，斜长石为较规则板柱状，粒度一般0.2～0.5mm，表面碳酸盐化蚀变强烈。角闪石为片柱状，粒度一般0.2～0.3mm，多具暗化边，多色性不明显。基质约95%，由斜长石、角闪石、火山玻璃组成。

变凝灰角砾岩：块状构造，变余凝灰、角砾结构。由凝灰质(35%)、角砾(50%)、胶结物(15%)组成。凝灰质为次棱角状，粒度0.1～1.5mm，成分为玄武安山质。角砾为次棱角状，粒度0.5～2.5cm。凝灰质岩屑：流纹质火山岩岩屑，次棱角状为主。胶结物原为火山尘，已重结晶为微粒状。

变玄武安山质角砾凝灰岩：块状构造，变余凝灰、角砾结构。成分由凝灰质(55%)、角砾(30%)、胶结物(15%)组成。凝灰质：次棱角状，粒度0.1～1.5mm，成分为玄武安山质火山岩岩屑。角砾为次棱角状，粒度0.5～2.5cm。胶结物：成分为火山尘，多已重结晶为绿泥石、长英质等矿物。

变凝灰角砾岩：块状构造，变余凝灰、角砾结构。由凝灰质(35%)、角砾(50%)、胶结物(15%)组成。凝灰质为次棱角状，粒度0.1～1.5mm，成分为玄武安山质火山岩岩屑。角砾为次棱角状，粒度0.5～2.5cm，成分为玄武安山岩。胶结物成分为火山尘。

2.2.2 岩石化学特征

据奥陶纪火山岩岩石样品化学分析计算结果(表1、表2、表3)，微量元素、稀土元素测试结果(表4、表5)，扣门子组火山岩地球化学特征及演化规律探讨如下。

表3 奥陶纪火山岩CLPW标准矿物

表4 奥陶纪火山岩微量元素定量光谱分析结果

表5 奥陶纪火山岩稀土元素含量

成分特征：所取样品在火成岩TAS分类图解中(图2)，投影点分布于S1区(粗玄岩)和S2区(玄武粗安岩)，为中基性火山岩。玄武岩SiO2含量43.66%～48.29%，属于基性岩类。与黎彤等的中国主要岩浆岩种类的玄武岩平均化学成分比较，SiO2，TiO2，MgO，FeO，MnO，K2O含量偏低，Al2O3，Fe2O3，Na2O，CaO含量偏高。凝灰角砾岩SiO2含量43.83%，属于基性火山碎屑岩。

碱度类型：从表2可知，里特曼指数σ值为3.00～49.05，显示碱度类型多为碱性，次为碱钙性，个别为钙碱性。在火山岩硅-碱图中(图3)，样品落入A区(碱性岩)。

化学成分演化规律：区内火山岩总体随着SiO2含量的增加,TiO2，Fe2O3+FeO含量有所增加，而Al2O3，CaO，Na2O，K2O，MnO，MgO含量有所减少，岩石化学参数DI，AR增加，而SI减少。随SiO2含量的增加，岩石的分异指数明显增加，这一变化特点符合从基性—酸性分异程度渐高的的变化规律。这种规律从火山岩的固结指数(SI)的变化趋势中亦能得到证实，二者呈反相关，即DI高则SI低，反之DI低则SI高。区内SI值均小于40，说明均系幔源原生岩浆经分异同化作用形成的。

微量元素特征：与维氏基性岩相比较，除Au，Ag元素偏高，其他元素多偏低，其特征与岛弧拉班玄武岩相似(图4)。

稀土元素特征：稀土元素总量变动较大，∑REE=(59.24～232.81)×10-6，∑LREE/∑HREE=3.06～7.01,La/Yb=3.59～11.31，δEu=1.00～1.05，多为具弱正Eu异常轻稀土富集型(图5)。

构造地质背景：在里特曼-戈蒂里图解中(图6)，样品投点主要落于C区,个别落于A区。与早奥陶世火山岩差异明显，显示其形成的大地构造环境不同，晚奥陶世火山岩形成于挤压碰撞构造环境，显示晚奥陶世大洋俯冲闭合的演化特征[6]。

3 奥陶纪火山岩岩相、喷发旋回划分

3.1 奥陶纪火山岩岩相

根据火山岩组合特征、产出形态及形成条件等因素，将区域火山岩分为爆发相、喷溢相、喷发-沉积相(表6)。

表6 主要火山岩岩相、岩石类型及产状

(1)爆发相：火山强烈爆发时形成的集块至凝灰级碎屑物，以不同方式堆积，形成各种粒级的火山碎屑岩，是区内较为常见的火山岩相。按火山物质堆积方式分为为崩落堆积、空落堆积2种。

①崩落堆积：主要分布于北山大乌西北、三角城沟—德芒寺一带，羊熊子和龙孔大坂偶见分布。由玄武安山质集块角砾岩、玄武安山质角砾熔岩、玄武安山质凝灰角砾岩、角砾流纹质凝灰角砾岩等粗火山碎屑岩构成。该岩相主要见扣门子组，在阴沟组局部也可见到。

②空落堆积：最常见的火山碎屑物质堆积方式，岩性主要为凝灰岩、熔结凝灰岩、凝灰质板岩、角砾凝灰岩等，层理较强，是区内分布最广的火山岩，在阴沟组、扣门子组均有分布。

(2)喷溢相。喷溢的熔岩流，分布广泛，岩性主要有气孔杏仁状玄武岩、玄武安山岩、安山岩、流纹岩等，单层厚度达数米，横向变化大。该岩相主要见于扣门子组，在阴沟组局部也有其夹层。

(3)喷发-沉积相。该相呈层状产于火山喷发间歇期内，是火山作用叠加沉积作用的产物，岩性主要为灰绿色凝灰质长石砂岩、硅质板岩。

3.2 奥陶纪火山岩喷发旋回

火山活动的发生和演化常具有阶段性，具体表现为火山产物的旋回性、韵律性[7-8]。据区域火山活动特点及火山作用物质成分、喷发方式及强度的周期性变化，结合喷发间断，将区内奥陶纪火山岩划分为2个火山喷发旋回，每个旋回在级别上相当于组级地层单位。

3.2.1 早奥陶世阴沟旋回

阴沟组分布于西部大马拉河、中部青羊沟、东部羊熊子西北，岩性各地变化较大，中部青羊沟一带为灰绿色变凝灰岩；八宝河南为一套灰绿色正常碎屑岩组合夹少量玄武岩；东部羊熊子西北以正常碎屑岩与硅质板岩、凝灰质板岩等互层为主，地层中有超镁铁质岩构造岩块夹层(图7)。

图7 早奥陶世阴沟旋回火山活动特征

阴沟组发育不完整，多呈断片状出露，底部出露不全，根据实测剖面观察，除碎屑沉积岩外，还有火山活动，但总体上与区域上该组特征有所差异，沉积岩更发育。根据对其中硅质岩的研究，火山岩产生于裂隙式火山作用，沉积环境为浅海相。主要对其火山活动旋回性进行探讨。

据羊熊子阴沟组典型剖面(图7)，地层岩性自下而上火山活动逐渐减弱，下部滨海相碎屑沉积为主，次为浅海相火山沉积，发育变砂岩、变含砾砂岩、硅质板岩等。向上主要为滨海相沉积仅局部发育浅海相火山沉积，岩性以变砂岩为主。总体上水体较浅，以滨海相沉积为主，次为浅海相等。

火山岩从下到上，由中基性-中酸性一个较完整的火山旋回，火山活动划分为4个沉积韵律，分别为：①灰紫色凝灰质角砾岩—硅质板岩、长石砂岩；②绿泥绢云片岩(变凝灰岩)—硅质板岩、长石砂岩；③灰黑色凝灰质板岩—硅质板岩、长石砂岩；④灰黑色凝灰质板岩—硅质板岩、长石砂岩。

3.2.2 晚奥陶世扣门子旋回

扣门子组在该区仅在三角城沟—德芒寺出露，为一套火山碎屑岩为主夹中基性火山熔岩的岩石组合，局部出现的硅质板岩、粉砂岩代表火山活动间歇期的滨海-浅海相沉积环境。

据三角城沟扣门子组典型剖面(图8)，早期火山活动形成由喷发、爆发相—喷发沉积相组成沉积韵律；中后期火山活动形成由喷发相、爆发相—溢流相组成沉积韵律；顶部以喷发相为主夹少量正常碎屑沉积岩。共形成13个火山岩沉积韵律，分别为：①玄武安山质凝灰岩夹含角砾凝灰岩—硅质板岩；②玄武安山质凝灰岩—硅质板岩；③玄武安山质凝灰岩—硅质板岩；④玄武安山质凝灰岩、凝灰角砾岩、集块角砾岩—灰黑色含杏仁状玄武岩；⑤玄武安山质集块角砾岩、凝灰岩—灰黑色玄武岩；⑥玄武安山质凝灰岩—灰绿色含气孔状玄武岩；⑦玄武安山质集块角砾岩—灰黑色玄武岩；⑧玄武安山质集块角砾岩—灰绿色含气孔状玄武岩；⑨玄武安山质角砾凝灰岩—灰绿色含杏仁状玄武岩；⑩玄武安山质角砾凝灰岩—灰绿色玄武岩；玄武安山质凝灰岩—灰黑色玄武岩；玄武安山质凝灰岩—灰绿色气孔状玄武岩；玄武安山质角砾凝灰岩、凝灰岩夹少量粉砂岩。

图8 晚奥陶世扣门子旋回火山活动特征

4 结语

(1)阿柔地区奥陶纪阴沟组火山岩岩性变化较大，中部青羊沟一带为灰绿色变凝灰岩；八宝河南为一套灰绿色正常碎屑岩组合夹少量玄武岩；东部羊胸子西北以正常碎屑岩与硅质板岩、凝灰质板岩等互层为主。扣门子组为一套火山碎屑岩为主夹中基性火山熔岩的岩石组合。

(2)据岩石化学特征判断，奥陶纪火山岩形成环境不同。早奥陶世火山岩形成于伸展构造环境，晚奥陶世火山岩形成于挤压碰撞构造环境。二者反映了祁连洋(裂谷)从开始发育到闭合的演化特征。

(3)奥陶纪火山岩划分为2个火山喷发旋回。早奥陶世阴沟旋回火山活动划分4个沉积韵律。晚奥陶世扣门子旋回火山活动划分13个沉积韵律。

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Study on Petrological Characteristics and Eruption Cycles of Ordovician Volcanic Rocks in Arou Area of North Qilian Mountain

XU Weixiang1，XU Junqiang1, ZHANG Kai1，DU Wei2

(1. No.4 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Weifang 261021, China；2.Shandong Geological Surveying and Mapping Institute,Shandong Jinan 250002，China)

Ordovician volcanic rocks are widely distributed in Arou area of north Qilian mountain. It is developed in early Ordovician Yingou group and late Ordovician Koumenzi group. Distribution characteristics and petrological characteristics of Ordovician volcanic rocks in Arou area of north Qilian mountain have been studied. Three types of volcanic lithofacies have been divided, they are eruption facies, eruption facies and eruption-sedimentary facies, and two volcanic eruption cycles as Yingour cycle and Koumenzi cycle have been divided as well.Qilian oceanic (rift) evolution characteristics in Arou area of north Qilian mountain has been revealed. It has certain significance for guiding the contrast between volcanic region of north Qilian mountain and recovery of volcanic body.

Ordovician volcanic rocks; rock characteristics; eruption cycle; Arou area of north Qilian mountain

2015-04-15；

2015-08-12；编辑：曹丽丽

青海省祁连县阿柔地区J47E011018、J47E012018、J47E012019、J47E012020四幅1∶5万区域地质矿产调查(KD2011-3-8)

徐伟祥(1982—)，男，山东昌邑人，工程师，主要从事基础地质及矿产勘查工作；E-mail：dzxwx@163.com ①徐均强、徐伟祥等，青海省祁连县阿柔地区J47E011018等四幅1∶5万区域地质矿产调查报告，2014年。

P627

A

徐伟祥,徐均强,张恺，等.北祁连阿柔地区奥陶纪火山岩岩石学特征及其喷发旋回研究[J].山东国土资源，2015，31(11)：1-8.XU Weixiang，XU Junqiang, ZHANG Kai,ect.Study on Petrological Characteristics and Eruption Cycles of Ordovician Volcanic Rocks in Arou Area of North Qilian Mountain[J].Shandong Land and Resources,2015，31(11)：1-8.