西秦岭下三叠统华日组火山岩地球化学特征及构造环境分析

李注苍，李永军，齐建宏，张海峰，杨志勇，刘志兵，周烨

(1.长安大学地球科学与国土资源学院， 陕西 西安　710054;2.甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院， 甘肃　兰州　730000)



西秦岭下三叠统华日组火山岩地球化学特征及构造环境分析

李注苍1,2，李永军1，齐建宏2，张海峰2，杨志勇2，刘志兵2，周烨2

(1.长安大学地球科学与国土资源学院， 陕西 西安710054;2.甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院， 甘肃兰州730000)

西秦岭合作一带华日组岩性以中酸性火山岩为主，岩性为英安岩、安山岩、火山角砾岩和凝灰岩。通过对其岩石地球化学研究，表明华日组火山岩属钙碱性系列，具高K、高AI和低碱、低Ti的特点；微量元素地球化学组成与典型火山岛弧环境的地球化学组成一致；稀土总量为61.91×10-6～185.58×10-6，平均含量为128.04×10-6，显示出轻稀土富集，重稀土亏损的特点，具有弱的Eu负异常(平均为0.98)；结合西秦岭造山带的构造演化特征，认为下三叠统华日组火山岩形成于岛弧环境。

地球化学；火山岩；构造环境；华日组；西秦岭

甘肃省合作市德乌鲁南东部发育一套中酸性的火山岩，主要分布于夏河-合作区域性大断裂以北和力士山-围当山断裂带南侧(图1)。长期以来，依据前人地质资料，认为此套火山岩形成时代为中侏罗世，地层清理归郎木寺组，总体为一套陆相中酸性火山岩，其形成构造环境为板内裂谷环境(曾宜君等，2009；杨雨等，1997；张新虎等，2013)。对这套火山岩构造属性认识的差异, 导致对西秦岭中生代构造的时空演化和成矿环境出现了完全不同的解释。笔者在研究前人资料的基础上(骆必继等，2012；徐学义等，2012；鲍霖等，2014；周俊烈等，2010；靳晓野等，2013；吕新彪等，2009)，通过详细地野外地质调查， 综合研究火山岩岩石学和地球化学特征, 旨在探讨其形成环境、构造意义。

1　地质概况

研究区位于青藏高原东北缘，隶属于秦岭弧盆系。华日组火山岩主要分布于德乌鲁岩体和美仁岩体之间，呈不规则状展布，出露面积约50km2。华日组火山岩与下二叠统毛毛隆组呈角度不整合接触。德乌鲁花岗闪长岩体与其呈侵入接触关系。该套火山岩岩性主要为一套中酸性火山碎屑岩及中酸性熔岩组成的火山岩建造。

根据其岩性组合和岩相分析，其上部岩性主要由英安岩、火山角砾岩、凝灰岩、角闪安山岩、安山岩和玄武质安山岩组成，以溢流相火山岩为主；下部岩性为火山角砾岩夹安山岩、流纹英安岩，以爆发相-溢流相火山岩为主。

在华日组火山岩中已经发现岗岔金矿和下坎木仓金矿。在德乌鲁岩体中有德乌鲁铜矿、南办铜矿、老豆金矿、拉不在卡金矿点、吉利金矿点。这些铜金矿点主要分布于德乌鲁-美仁构造岩浆岩带中。

1.新近系甘肃群;2.下三叠统华日组;3.下三叠统山尕岭组;4.下三叠统毛毛隆组;5.下石炭统巴都组;6.花岗斑岩体;7.二长花岗岩体；8.石英闪长岩体;9.地质界线;10.不整合地质界线;11.脉动侵入界线;12.逆断层;13.区域性在断裂; 14.金矿/金矿点; 15.铜矿点; 16.同位素年龄图1　甘肃省合作-夏河一带地质略图(引自1:5万甘肃省合作-夏河一带地质简图)Fig. 1　Geological sketch map of Hezuo-Xiahe area

2　岩石学特征

华日组火山岩岩石类型主要以中酸性岩(安山岩、英安岩、流纹英安岩)为主，局部见中酸性火山碎屑岩(以熔结凝灰岩为主，火山角砾岩次之)。该火山岩喷发韵律依次为火山碎屑岩→熔岩。华日组山岩自下而上可划分出5个喷发旋回。总体表现为爆发-喷溢的活动特点，主要以喷溢相为主。第一喷发旋回为火山角砾晶屑岩屑凝灰岩→安山岩、英安岩；第二喷发旋回为安山质火山角砾岩→安山岩；第三喷发旋回为晶屑岩屑凝灰岩→碳酸盐化安山岩；第四喷发旋回为晶屑岩屑凝灰岩、细火山灰凝灰岩→安山岩；第五喷发旋回火山角砾晶屑岩屑凝灰岩→喷溢相的安山岩。反映了火山喷发旋回是以火山碎屑岩开始，以中酸性熔岩结束。

火山角砾岩：灰色，火山角砾结构，块状构造；主要成分为火山角砾(25%±)，斑晶(20%±)，基质(50%±)；火山角砾一般呈椭球状，少数呈不规则状、次棱角状。角砾大小主要为3～10mm，最大可达20mm，以安山岩为主；斑晶以斜长石为主，石英较少。斜长石为灰白色，呈短柱状，大小为0.5～1.5mm，具熔蚀结构；石英为无色，呈粒状，粒径小于2.0mm；基质为隐晶质，成分为安山质。

晶屑岩屑凝灰岩：灰色，凝灰结构，块状构造；岩石由玻屑、晶屑、岩屑和少量火山灰组成；玻屑细小，呈骨针状、弓状、弧面多角状等形态，含量约60%；晶屑成分以石英为主，黑云母和角闪石少量，呈不规则状，含量为20%；岩屑以安山岩、气孔状安山岩为主，含量约15%±。

安山岩：灰色，斑状结构，斑晶主要为斜长石和角闪石，基质具玻晶交织结构；斜长石斑晶为半自形-自形，具一定的蚀变，含量约30%；角闪石斑晶大多为半自形-自形，多以短柱状产出，粒度0.3～0.8mm，含量可达15%～20%；基质由微晶斜长石、玻璃质、隐晶质组成，为安山质。

英安斑岩：青灰色，斑晶主要为斜长石和石英，基质具斑晶充填结构；斜长石多以半自形-自形为主，粒度为0.2～2mm的变化范围内，斜长石表面较脏，普遍高岭土化、绢云母化，基本见不到双晶或环带结构，其表面的绢云母细小颗粒大多呈定向排列，含量可达40%，部分斜长石因强蚀变而无法辨别自身的形态和晶形；石英颗粒主要为他形粒状，大小为0.05～0.1mm，含量为10%。暗色矿物以黑云母为主，含量可达10%，多自形-半自形状，大小为0.3～0.6mm，亦存在不同的蚀变；基质具有斑晶充填结构，为玻璃质、斜长石微晶等组成，此外含少量不透明含铁质矿物。

流纹英安岩：浅灰绿色，斑状结构，基质具玻晶交织构；斑晶以斜长石为主，石英次之，黑云母较少，含量为30%；基质为长英质，呈隐晶质，含量为70%。

3　地球化学特征

3.1岩石化学特征

笔者在华日组火山岩中共采集了12 件岩石化学样品(表 1)。从岩石化学成分可以看出，华日组火山岩的SiO2含量为47.83%～73.25%；Al2O3含量高，而且变化不大，在14.25%～17.98%变化。K2O的含量为0.27%～3.21%，平均含量为1.89%，高于岛弧环境火山岩K2O的含量(K2O平均为1.60%)，而与活动陆缘K2O的含量相近(K2O平均为3.25%)。全碱含量高，K2O+Na2O均大于1%，大多在1.61%～6.58%变化；TiO2含量较低，变化范围为0.09%～1.6%，平均值为0.65%，明显不同于洋岛玄武岩的TiO2含量(>2.0%)和大洋中脊火山岩(TiO2平均含量1.5%)，与岛弧火山岩的TiO2含量(TiO2平均含量0.8%)相近。MgO含量中等，其值范围为0.21%～6.43%。总体上看，区内火山岩具高K、高AI和低碱、低Ti的特点，具岛弧火山岩的特征。

在火山岩TAS图解中(图2)，大部分样品投点安山岩和玄武安山岩中，只有1号样品投点于英安岩区，2号样品投点岩性为流纹岩。

根据火山岩AFM图解，全部样品投点于钙碱性系列区(图3)，只有一个样品投点于拉斑玄武岩系列。且里特曼指数δ为0.23～1.92<4，为钙碱性系列。因此，华日组火山岩应属中酸性钙碱性系列岩石。在火山岩K2O-SiO2分类图解(图4)，大部分样品投点于中钾钙碱性系列和高钾钙碱系列，显示了华日组火山岩具有较高的钾质。这与裂谷火山岩、弧后盆地火山岩有本质区别，表明了华日组火山岩为岛弧环境。

表1　华日组火山岩岩石地球化学数据表(%)

注：样品由宜昌地质矿产研究所采用湿法分析，相对标准偏差<3%～7%。其中1～9号样品为T1hr2，10～12号样品为T1hr1。

图2　华日组TAS图解Fig. 2　TAS diagram of Huari formation

TH.拉斑玄武岩系列；CA.钙碱性系列图3　华日组AFM图解(底图据T.N.Irvine等)Fig. 3　AFM diagram of Huari formation

图4　华日组K2O-SiO2图解Fig. 4　K2O-SiO2 diagram of Huari formation

3.2微量元素地球化学特征

微量元素分析数据见表2。

在岩石微量元素蛛网图上(图5)，与典型火山(岛)弧玄武岩的分布形式一致，微量元素的分布特点是为“先隆后凹”型式，表现为K、Rb、Ba、Th、Ta、Nb、P、Zr、Hf的选择性富集，丰度较高，明显高于大洋中脊玄武岩，尤其是大离子元素K、Rb、Ba、Th、Ta、Nb和P，高出大洋中脊玄武岩2～70倍；且Th/Ta(5.56～13.3)值较高，Ta/Yb(0.29～2.45)值较低，暗示出岛弧火山岩的特征。Ce和Sm丰度值与大洋中脊玄武岩基本一致；Ti、Y、Yb、Sc和Cr丰度值低于大洋中脊玄武岩，明显亏损，但起伏不大，这些特点在微量元素地球化学蛛网图上表现得尤为明显。

表2　华日组火山岩微量元素含量表(10-6)

注：样品由宜昌地质矿产研究所采用ICP-MS分析，相对标准偏差<10%。

图5　微量元素蛛网图(标准化数据引自PEARCE, 1983)Fig.5　Trace element distribution patterns of Huari formation (Normalization values after PEARCE,1983)

图6　稀土元素分布型图(标准化数据引自BOYNTON，1984)Fig.6　REE distribution patterns of Huari formation (Normallization values afte BOYNTON，1984)

3.3稀土元素地球化学特征

华日组稀土元素含量见表3。在稀土元素配分曲线图(图6)上表现为向右倾斜，其标准样选择BOYNTON(1984)球粒陨石丰度。稀土元素总量为61.91×10-6～185.58×10-6，平均含量为128.04×10-6；轻稀土元素总量为45.73×10-6～159.16×10-6，平均含量为103.79×10-6。重稀土元素含量为4.39×10-6～42.24×10-6，平均含量为24.25×10-6，LREE/HREE为1.18～13.10，平均值为5.32，其比值较小，表示岩浆分异程度较强。本区δEu值为0.70～1.09，平均为0.82。有弱或微弱的负Eu异常，证明它们是经过少量分离结晶作用演化的岩浆。δCe值为0.86～0.96，平均为0.92，为Ce亏损型，具Ce负异常，表明氧化条件中等。(La/Yb)N值为7.65～75.30，平均为21.3。(Ce/Yb)N为5.63～50.50，平均为15.5，显示出轻稀土富集，重稀土亏损的特点。

综上所述，华日组火山岩以大离子亲石元素和轻稀土富集，重稀土相对亏损及弱的Eu负异常为特征，均显示为火山岛弧的岩石地球化学特性。

表3　测区华日组火山岩稀土元素丰度值表(10-6)

注：样品编号同岩石化学一览表序号，样品由宜昌地质矿产研究所采用ICP-MS分析。

4　讨论

4.1构造环境

利用Rb-Y+Nb构造环境图解(图7)，它们投影点都位于岛弧火山岩区。因此，从这些图解中可以判别华日组火山岩形成的构造环境为火山岛弧区。

图7　Rb-Y+Nb构造环境图解(据PEARCE，1984)Fig.7　Rb-Y+Nb tectonicenvironments dircrimination diagram

4.2同位素年代

本次在华日组英安岩中进行LA-ICP-MS 锆石U-Pb同位素测年，获得该套火山岩成岩年龄为(245±5)Ma，形成时代为早三叠世。而在美仁花岗闪长岩中获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(238±1.2)Ma。德乌鲁花岗闪长岩中获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(239.2±3.2)Ma。表明美仁岩体和德乌鲁岩体为同源同期形成的，形成时代为中三叠世，晚于华日组火山岩。

5　结论

综合前人成果(陈衍景等，2004，2010；马光等，2004)，早三叠世，受印度板块和欧亚板块碰撞的作用，西秦岭构造体制发生了明显的转化，华北古陆和扬子古陆相向运动聚拢。由于板块俯冲作用，导致地壳深部中酸性火山岩岩浆喷发，形成了华日组岛弧火山岩。在中三叠世晚期，板块碰撞对接，使西秦岭古特提斯海盆闭合。秦岭造山碰撞期，形成了以德乌鲁花岗闪长岩株和美仁花岗闪长岩基。在岩体侵位时岩体的接触带上普遍发生了角岩化，从而形成矽卡岩型、热液交代型的中高温热液型铜钨铁等多金属矿产。而在印支期—华力西期多期次构造活动下，在德乌鲁—美仁一带形成了以金为主的构造热液型金矿。通过对德乌鲁东侧华日组火山岩岩石学、地球化学特征、同位素年代学及其周围地层、侵入岩接触关系等进行研究，认为其形成构造环境不是板内裂谷环境，而是形成于板块俯冲时的火山岛弧环境。这一发现对研究德乌鲁一带铜金多金属成矿构造环境和成矿物质来源具有十分重要的地质找矿意义。

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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

甘肃省合作-美武一带1∶5万破产远景调查(编号：甘财建(2010-254))

李注苍(1968-)，男，甘肃白银人，高级工程师，在读博士研究生，从事区域地质调查研究。E-mail:zhucangli@163.com

P588.1

A

1009-6248(2016)01-0026-08