北祁连大岔—大坂一带海相火山岩化学成分图解及地质意义

贾健，杨合群，赵国斌，谢燮，任华宁，姜寒冰，谭文娟

(1.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐　830011；2.中国地质调查局西安地质调查中心，国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室，陕西 西安　710054)

北祁连大岔
—大坂一带海相火山岩化学成分图解及地质意义

贾健1,2，杨合群2，赵国斌2，谢燮2，任华宁2，姜寒冰2，谭文娟2

(1.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐830011；2.中国地质调查局西安地质调查中心，国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室，陕西 西安710054)

北祁连地区早古生代海相火山岩十分发育。笔者对大岔—大坂一带奥陶纪海相火山岩中细碧-角斑岩化过程Na元素的来源与地质意义进行了研究。认为细碧-角斑岩比正常火山岩富Na2O,是海水参与的结果；判别角斑质岩石的原始岩浆系列及构造环境类型时不宜采用涉及Na的图解作为判别依据，应选取惰性元素作为判别依据；同时提出采用Na2O-SiO2图解展示岩石细碧角斑岩化。细碧-角斑岩类与正常海相火山岩界线为一条微上凸的曲线，该界线Na2O含量为3.5%～4%；大岔—大坂一带海相火山岩的成分点多落在该界线之上的细碧-角斑岩类分布区，可反映该区奥陶纪弧后和岛弧扩张脊火山喷发间歇期，海底热卤水对流循环活动强烈，成矿条件非常有利。

细碧角斑岩；化学成分图解；水岩作用；硫化物矿床；大岔—大坂地区

北祁连地区是解放后在20世纪50年代初期开始研究和确认的我国早古生代海相火山岩非常发育的地区之一(宋志高，1980)。在该区大岔—大坂一带的奥陶纪海相火山岩中，很早就发现了大岔东山顶块状铜矿床，受到许多学者的关注(冯益民等，1996；夏林圻等，1996；宋述光等，1997；李文渊等，2004；杨合群,2002，2003；赵东宏等，2003；郭周平等，2010)。以往研究中，人们对于海相火山岩岩石化学分析数据较合理地提取了有关原始岩浆系列的信息。笔者在继承前人研究成果的基础上，重点讨论该区海相火山岩化学成分图解及地质意义。

1　岩石的构造背景

大岔—大坂一带地处甘肃省北祁连山中西段。按照冯益民等(1996)《祁连山大地构造与造山作用》专著中的划分方案，本区大地构造位置位于塔里木—中朝板块南缘早古生代中期活动陆缘的走廊弧后盆地和走廊南山岛弧单元(图1)。

Ⅰ.塔里木-中朝板块；ⅠA.塔里木-中朝克拉通：ⅠA-1.敦煌地块；ⅠA-2.阿拉善地块；ⅠA-3.鄂尔多斯地块；ⅠB.塔里木-中朝板块南缘早古生代中期活动陆缘；ⅠB-1.走廊弧后盆地；ⅠB-2.走廊南山岛弧；S.北祁连山早古生代中期缝合带；SA.俯冲杂岩及弧前增生带；SB.仰冲洋壳构造岩片带；Ⅱ.柴达木板块；ⅡA.柴达木板块北缘早古生代中期被动陆缘：H.红沟晚奥陶世陆缘裂谷；LX.绿梁山—锡铁山晚奥陶世陆内裂谷；A.阿尔茨托山晚奥陶世陆内裂谷；L.拉鸡山中寒武世—奥陶纪多期活动陆内裂谷；W.雾宿山晚奥陶世陆内裂谷；ⅡB.柴达木克拉通；Ⅲ.西秦岭印支造山带；①.玉石沟蛇绿岩；②.大岔—大坂蛇绿岩；③.塔洞沟蛇绿岩；④.老虎山蛇绿岩(图内方框为研究区)图1　研究区大地构造位置(据冯益民等，1996)Fig.1　Geological sketch map of Dahan-Dacba area in North Qilian Mts.

在奥陶纪，北祁连加里东古洋壳板块自南西至北东向华北大陆板块下俯冲，沿走廊南山南坡的边马沟—清水沟—百经寺一线产生海沟俯冲带，向北依次产生奥陶纪陆缘岛弧带和中晚奥陶世弧后盆地带。在该海沟俯冲带北东侧，沿走廊南山发育有东西绵延1 000多km的奥陶纪陆缘岛弧火山岩带。随着俯冲作用的加强，该火山岛弧本身发生裂谷化,进而发展为扩张脊，形成大岔-大坂蛇绿岩。同时，在火山岛弧前锋的大陆一侧，由于弧后拉伸形成弧后盆地，沿走廊南山北坡发育有东西延伸达800km奥陶纪弧后盆地火山岩带。其中摆浪沟—塔洞沟—长干峡一带由于弧后拉张强烈，发育有具蛇绿岩层序的弧后扩张脊型海相火山岩系。该岩系整体以裂隙式喷溢的枕状玄武岩为主，相变或夹以较多的中心式爆发相的火山角砾岩、凝灰岩、集块角砾凝灰岩和火山沉积相的凝灰质砂岩、凝灰质板岩等。局部出露有辉长岩、超基性岩。

笔者主要讨论大坂—大岔地区古海相火山岩中细碧角斑岩的成因、化学成分特征及地质意义。

2　岩石的细碧角斑岩化

海相火山岩不仅包括洋中脊、洋盆、水下海岭中的火山岩,而且还包括边缘海和陆间小洋盆中的火山岩，其中不仅有大量的基性岩,而且有一定量的中性岩和酸性岩。由于海水在较高温度下的渗滤参与，正常火山岩常常发生细碧角斑岩化,基性岩-中性岩-酸性岩依次可相应地变为细碧岩-角斑岩-石英角斑岩，可称“细碧-角斑岩系”或“细碧-石英角斑岩系”。

2.1细碧角斑岩一般特征

(1)岩石化学成分：细碧岩与玄武岩相比，SiO2含量大体相当，由酸性到基性端元均存在。Na2O、FeO、Fe2O3、TiO2、H2O+偏高，CaO、MgO偏低，其中Na2O>K2O,以Na2O大大偏高为特点。具有与各种环境玄武岩相当的微量元素丰度和稀土配分型式。

(2)结构构造：具有与正常玄武岩相似的高温结构构造，以间片结构为典型。

(3)矿物组合：具低温变质岩的矿物组合,变化于浊沸石相—葡萄石相、葡萄石—绿纤石相、绿片岩相、绿帘—角闪岩相。

2.2细碧角斑岩成因认识

关于细碧角斑岩的成因一直存在较大争议，研究者们提出了许多不同假说，但总体来说分为两大观点。

岩浆结晶说。此观点认为，角斑岩、石英角斑岩与细碧岩成连续岩石系列，是岩浆分异的产物。岩石的钠质来源于岩浆本身，岩石斑晶及基质都是原生的。具体可以概括为3种观点：①原始岩浆说：与玄武质岩浆相并行的“原始细碧岩浆”，富钠岩浆直接结晶形成细碧岩。②派生岩浆说：一种来自玄武岩的子岩浆，富含钠质、水和挥发组分。这个假说能解释的地质事实较多，但也有值得质疑的地方。③岩浆混染说：在岩浆上升阶段，通过富含钠质及水的巨厚沉积盖层时发生混染作用。

后期改造说。此观点认为细碧角斑岩类是已固结的火山岩受到变质蚀变作用形成的。具体可以概括为以下3种观点：①低级区域埋藏变质交代说：变质热液对玄武岩进行钠交代作用形成细碧岩。②海水钠交代说：海水中的钠对玄武岩进行交代。③自变质交代说：玄武岩受自岩浆或异岩浆交代形成细碧岩。

H.S.Jr.Yoder(1965,1996)证实细碧质岩石矿物组合的不相容性,不可能形成于同一岩浆。以及在现代洋底除了在洋中脊部分和转换断层部位见有细碧质岩石外,其他地域多为正常的玄武岩等地质特征看,由岩浆不能直接结晶形成细碧岩石。VALLANCE,T.G(1974)、SEYFRIE-D,W.E、BISCHOFF(1979)、HAJASH,A及ARCHER,P.(1980)等人通过对洋底低温蚀变作用和变质作用、海水玄武岩反应提出了循环海水-玄武岩反应形成细碧岩的假说，并且已给予模式化。F.W.Dicks-on和J.L.-Bischoff(1975)等，H.D.Holland和M.J.Mottl(1978,1979)等，A.Hajash,F.W.Dikson,A. Hajash和G.W.Cha-ndler等(1981)的海水与玄武岩、安山岩、流纹岩等的反应实验结果均证实,海底火山岩确实与循环热海水间发生着交换反应,岩石从海水中得到H2O、CO2、Na2O 等,逐步形成了细碧-角斑质岩石的矿物组合。

在大岔—大坂地区，细碧角斑岩中局部残留有玄武岩、安山岩，可以证明细碧角斑岩与正常火山岩有密切关系。同时，细碧角斑岩只产于海相环境，暗示海水参与是重要条件。

3　岩石化学成分图解

3.1原生岩浆系列信息解析

如上所述，细碧岩角斑岩中钠的来源不仅来自原始岩浆中的元素，而且包含了海水及沉积物中热卤水的钠。那么笔者在判别细碧岩类的原岩种类及构造环境类型时就不能采用涉及Na的图解作为判别依据，例如正常火山岩最常用的(K2O+Na2O)-SiO2图解就不再适用。所以选取惰性元素作为判别依据很有必要(图2)。

大坂—大岔地区岛弧扩张脊型蛇绿岩套基性火山岩在SiO2-(FeO/MgO)和TiO2-(FeO/MgO)图解中(图2)，基性火山岩成分点落在钙碱性玄武岩区内。

3.2细碧角斑岩化信息解析

笔者搜集大量世界范围内细碧角斑岩的岩石化学数据，总结出细碧岩类与正常海相火山岩的划分图解(图3)。

CA.钙碱性玄武岩;TH.拉斑玄武岩图2　大坂—大岔地区火山岩SiO2-(FeO/MgO)和TiO2-(FeO/MgO)图解(据杨合群等，2003)Fig.2　SiO2 vs (FeO/MgO) and TiO2 vs (FeO/MgO)diagram of volcanic rock in Dacha-Daban area

图3　细碧角斑岩与正常亚碱性火山岩Na2O-SiO2图解Fig.3　Na2O vs SiO2 diagram of splite-keratophyre and normal volcanic rock

由3图可以看出，细碧岩类与正常海相火山岩之间Na元素的含量有一个统计性区分线，范围大致为3.5%～4%，为一个微上凸的曲线。其中，大坂—大岔地区的细碧岩类岩石化学成分见表1，本地区的细碧岩类岩石化学成分投图见图4，绝大部分样品符合图3所绘曲线。图3对于以后的海相火山岩种类的划分有一定的借鉴意义。

图4　大岔—大坂一带细碧角斑岩Na2O-SiO2图解Fig.4　Na2O vs SiO2 diagram of splite-keratophyre in Dacha-Daban area

样号产地岩石SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaONa2OK2OMnOCO2P2O5H2O+总计92-3588-8292-55大坂大岔细碧岩52.660.4214.552.055.547.905.607.960.040.132.910.043.3599.15角斑岩59.810.4314.682.204.175.823.725.610.250.080.200.062.96100.0角斑岩55.490.5617.532.055.006.103.605.350.080.142.050.051.4999.4992-2892-2992-7892-30边麻沟角斑岩58.210.5817.870.245.313.401.905.950.060.121.790.102.0299.68石英角斑岩72.720.3313.200.373.631.700.604.950.770.060.120.111.0399.59石英角斑岩73.020.3413.311.003.151.500.405.440.440.060.110.071.0999.93角斑岩57.670.6117.663.694.243.105.723.220.380.110.430.102.1099.03DS1-Q6东山顶细碧角斑岩55.150.3713.987.602.674.223.544.000.560.0800.012.4395.53

注：数据来源：样号92-35～92-30来源于夏林圻等.北祁连山构造-火山岩浆-成矿动力学,2001.甘肃省第一区测队.1∶20万肃南幅(10-47-10)区域地质测量报告，1971；甘肃区调队.北祁连山东—中段寒武纪奥陶系细碧-石英角斑岩系岩石化学成分，1980；甘肃省区调队.北祁连山东—中段寒武纪奥陶纪火山岩系地层划分和火山机构的研究，1980；样号DS1-Q6来源本项目自测，2013。

4　地质意义

本地区发现的海相火山岩型铜矿床的形成环境应与此地的细碧角斑岩形成有密切的关系。块状和浸染状的硫化物矿石的形成物理化学条件为海水与火山岩高温发生了水岩作用。

通过上述对大坂—大岔细碧角斑岩的讨论可以得出这样一个认识：玄武质岩浆沿岛弧扩张脊构造裂隙上升喷发，火山岩与热卤水发生水岩作用形成了细碧岩，同时活化Fe、Cu、Au等金属形成含矿热液，喷出古海底沉积形成了海相火山岩型块状硫化物矿床。在有细碧岩出现的地方，就可以断定此处玄武岩发生了水岩作用，为块状硫化物矿床有利成矿条件的重要标志之一。

5　结论

综上所述，笔者认为细碧角斑岩比正常火山岩富Na2O是海水参与的结果；判别细碧角斑质岩石的原始岩浆系列及构造环境类型时不能采用涉及Na的图解作为判别依据，应选取惰性元素作为判别依据；在Na2O-SiO2图解中，细碧角斑岩类与正常海相火山岩界线为一条微上凸的曲线，该界线Na2O含量为3.5%～4%；大岔—大坂一带海相火山岩的成分点多落在该界线之上的细碧角斑岩类分布区，可反映该区奥陶纪弧后和岛弧扩张脊火山喷发间歇期，海底热卤水对流循环活动强烈，成矿条件非常有利。

宋志高.北祁连山早古生代细碧岩-角斑岩系及其与蛇绿岩套的关系[J].西安地质矿产研究所所刊.1980，1(1)：14-24.

SONG Zhigao. Lower paleozoic spilite-keratophyre suite of N. Qilian Range(Nan Shan) and i-ts bearing on ophiolite suite[J].Northwestern Geology.1980，1(1):14-24(in Chinese with English abstract).

冯益民，何世平.祁连山大地构造与造山作用[M].北京：地质出版社，1996:1-135.

FENG Yimin, HE Shiping. Geotectonics and Orogeny of the Qilian Mountains, China[M].Beijing: Geological Public House,1996:1-135(in Chinese).

宋述光.北祁连山俯冲杂岩带的构造演化[J].地球科学进展,1997,12(4):351-365.

SONG Shuguang.Tectonic evolution of subductive complex belts in the North Qilian Mounta-ins[J]. Advances in Earth Science,1997,12(4):351-365(in Chinese with English abstract).

李文渊.祁连山岩浆作用有关硫化金属矿床成矿与找矿[D].西安：西北大学地质系，2004.

LI Wenyuan.Metallogenic Process and Exploration of Magmatic - association Metallic Sufide Deposits of Qilian Mountain，North west China[D].Xi'an: Northwest University,2004(in Chinese wit-h English abstract).

赵东宏，杨合群，宋忠宝，等.甘肃北祁连山错沟-寺大隆铜(锌)成矿带区域地质背景及找矿方向[J].地质与资源，2003，12(4)：215-220.

ZHAO Donghong, YANG Hequn, SONG Zhongbao, et al. Regional geology and prospecti-ng direction of Cuogou(zinc) metallogentic belt in Gansu province[J]. Geology and Resour-ces, 2003，12(4)：215-220(in Chinese with English abstract).

杨合群,宋忠宝,王兴安,等.北祁连山中西段塞浦路斯型铜矿特征、成矿作用及找矿标志[J].西北地质，2002，35(4)：66-85.

YANG Hequn, SONG Zhongbao, WANG Xingan, et al. Thecharacteristics, mineralization and prospecting indications of Cyprus-type copper deposits in mid-west section of the North Qilian mountains, China[J]. Northwestern Geology, 2002，35(4)：66-85(in Chinese with English abstract).

郭周平,李文渊,贾群子,等.北祁连塞浦路斯型铜矿床地质地球化学特征对比研究[J].地质与勘探，2010，46(1)：352-365.

GUO Zhouping, LI Wenyuan, JIA Qunzi, et al. A Contrastive Study on the Geological and Geochemical Characteristics of Cyprus- type Copper Deposits in North Qilian Mountain, China[J]. Geology and Exploration, 2010，46(1)：352-365(in Chinese with English abstract).

夏林圻，夏祖春，徐学义.北祁连山海相火山岩岩石成因[M].北京：地质出版社，1996.

XIA Linqi, XIA Zuchun, XU Xueyi. Lithogenesis of Marine Volcanic Rocks from North Qilian Mountains[ M]. Beijing: Geological Public House，1996 (in Chinese).

杨合群,宋忠宝,王兴安,等.北祁连山大坂大岔地区蛇绿岩含矿性[J].西北地质，2003，36(3)：50-56

YANG Hequn, SONG Zhongbao, WANG Xingan, et al. Ore-bearing property of ophiolite in Daban-Dachaarea , North Qilian Mts.[J]. Northwestern Geology,2003，36(3)：50-56(in Chinese with English abstract).

夏林圻，夏祖春，任有祥,等.北祁连山构造-火山岩浆-成矿动力学[M].北京：中国大地出版社，2001,10：204-219

XIA Linqi, XIA Zuchun, REN Youxiang. Dynamics of tectono-volcanol magmatic-metallogenic in North Qlian Mountains[M].Beijing:China Land Press,2001,10:204-219(in Chinese).

YODER,H.S.Jr. Spilites and serpentinites, Annual report of cornegieinst[J].Wa-shington, Geophys.lab.,1965-1966:269-278.

VALLANCE,T.G.,Spilite degradation of a cholelithic basalt[J]. Petrol.,1974, 15:79-96.

SEYFRIED,W.E. and BISCHOFF,J.E.Low temperature basalt alteration by seawater: an exper-imental study at 70℃ and 50℃[J]. Geochim. Cosmochim. Acta., 1979,43:1937-1947.

HAJASH.A and ARCHER,P. Experimental seawater/basalt interaction: effects of colling, Con-trib[J]. Mineral.Petrol., 1980,75:1-13.

BISCHOFF, J.L.,and DICKSON , W. E. Seawater-basalt interaction at200℃ and 500℃ bars. Implication for origin of seafloor heavy-metal deposits and regulation of seawater chemis-try[J]. Earth Planet. Sci. Lett . 1975,25:385-397.

MOTTL , M.J.and HOLLAND, H.D.Chemical exchange during hydrothermal alteration of basalt by seawat er - [J] . Geochim. Cosmchim. Acta, 1978,42:1103-1115.

MOTTL, M.J.,Holland. H.D.and CORR, R. F. Chemical exchange during hydrotherm-al alteration of basalt by seawater-Ⅱ.[J] . Geochim. Coschim. Aota,1979,43: 869-884.

HAJASH, A. and CHANDLER, G. W. An experimental investigation of high-temperature inter action between seawater and rhyolite, andesite, basalt and peridotite[J] . Contrib.- Mineral. Petrol ,1981,78:240-254.

The Geological Significance for Geochemical Composition Analysis of Marine Volcanic Rock from Dacha-Daban Areain North Qilian Mountains

JIA Jian1,2,YANG Hequn2,ZHAO Guobin2,XIE Xie2,REN Huaning2,JIANG Hanbing2,TAN Wenjuan2

(1.Xinjiang Geological Survey Academy,Urumqi 830000，Xinjiang,China;2. Key Laboratory for the Study of Focuse Magmatism and Giant Ore Deposits, MLR, Xi'an Center of Geological Survey, China Geological Survey, Xi'an 710054,Shaanxi, China)

Early Paleozoic marine volcanic rocks were well developed in the North Qilian Mountains. The paper focuses on discussing the formation process and origin of Na element for Ordovician marine volcanic rocks during the process of spilite-keratophyre alteration. There is more Na2O in spilite-keratophyre than normal volcanic rock,because of the basaltic magma react with seawater. Therefore, the discrimination diagram involved with Na element cannot be used as the discrimination criteria for distinguishing the original magma series of keratophyre and related geotectonic setting, but the immobile elements can be used as distinguishing basis. Meanwhile, the Na2O-SiO2diagram is proposed for reflecting the degree of spilite-keratophyre alteration. In this graphic, the boundary line for the percentage of Na element between spilite-keratophyre and normal volcanic rock is a slightly up-convex, which is stand for the content of Na element ranging from 3.5% to 4%. For the marine volcanic rocks in Dacha-Daban area, most of them fall into the distribution region of spilite-keratophyre, suggesting that the convection of seafloor hot brine was very strong at Ordovician back-arc and island-arc spreading ridge during intervolcanic eruption stage, and this area provides very favorableconditions for mineralization.

spilite-keratophyre; diagram of chemical composition; rock-seawater react; sulfide deposits; Dacha-Daban area

2015-03-15；

2015-08-11

中国地质调查局国家地质矿产调查专项“北山-祁连成矿带勘查部署与选区研究(1212011085083)”和“北山-祁连成矿带矿产资源潜力调查(12120113047300)”项目资助

贾健(1990-)，男，在读硕士生，矿物岩石地球化学专业。E-mail：a654125@126.com

P595

A

1009-6248(2015)04-0030-07