青海宽沟地区奥陶纪火山岩地球化学特征及其形成的构造背景

李成福，常革红，赵 娟，史连昌，李德彪，赵明福，徐 博

青海地质调查局，青海西宁810001

青海宽沟地区奥陶纪火山岩地球化学特征及其形成的构造背景

李成福，常革红，赵 娟，史连昌，李德彪，赵明福，徐 博

青海地质调查局，青海西宁810001

宽沟地区奥陶纪祁漫塔格群火山岩的 SiO2含量在 46.74%～53.35%之间，Na2O＋K2O 为 3.71%～7.63%，K2O/Na2O 为 0.07～4.16，属于过铝质的低钾钙碱性—碱性系列火山岩。稀土元素特征：∑REE 为 96.19×10－6～119.37×10－6，LREE/HREE 为 2.97～6.07，δEu 为 0.70～0.86，（La/Yb）N为 2.23～7.2，球粒陨石标准化曲线为右倾的弱铕正异常的轻稀土富集型平滑曲线.微量元素研究结果：La/Nb 比值在 1.57～3.08 之间，Zr/Hf比值为 35.28～48.23，相对富集大离子亲石元素（K、Rb、Ba、Th、LREE），亏损高场强元素（Nb、P、Ti），表现出类似于岛弧环境的地球化学特征.综合分析认为，该区火山岩具有洋岛玄武岩的特征，岩浆源于较富集地幔的部分熔融，形成于与大洋俯冲有关的洋内岛弧环境中.

奥陶纪；祁漫塔格群；火山岩；地球化学；宽沟地区；青海省

0 引言

奥陶纪祁漫塔格群火山岩在区域上出露较为广泛，总体呈北西向主要分布于祁漫塔格山北坡东沟－十字沟一带.其中东沟－宽沟一带出露相对较完整，厚度较大，十字沟一带多呈大小不等的构造块体产出.该套地层与古生代岩体多呈侵入接触，与石炭纪地层呈断层或角度不整合接触，周边多被第四纪地层覆盖［1］.

前人对奥陶纪祁漫塔格群火山岩的岩性（相）特征、（次）生构造、产状变形特征、形成时代及与上下地层（岩体）的接触关系等方面进行了一定程度的研究，而对构造环境的研究相对较少［2-5］.黎敦朋等对祁漫塔格群的岩石组合、沉积环境及形成时代进行了分析研究［6-7］，并将祁漫塔格群的时代划归奥陶纪，这为提高本区地层划分对比、地质构造演化认识提供了重要依据.同时青海省地质调查院在十字沟东侧和楚鲁套海高勒南玄武岩中分别获得Sm－Nd等时线年龄442±16 Ma和494±26 Ma，时代确定为奥陶纪❶青海省地质调查院.青海1∶5万滩北雪峰地区四幅区调报告..因此，宽沟地区火山岩地球化学特征和构造环境的研究探讨，对于区域内寻找与奥陶纪祁漫塔格群火山岩有关的金属矿产具有一定的借鉴意义.本文试图通过对宽沟地区奥陶纪祁漫塔格群火山岩的岩石地球化学和构造背景研究，为探寻与火山活动有关的矿产资源提供一些基础地质资料.

1 区域地质概况

研究区位于柴达木盆地西南缘东昆仑山脉西段祁漫塔格西部，北与柴达木盆地为邻，西北邻近阿尔金山.区内地质体受到吕梁期至燕山期多旋回、多体制造山作用的影响，地壳结构、构造演化复杂.大地构造位置隶属于秦祁昆造山系（Ⅰ级构造单元）东昆仑弧盆系（Ⅱ级构造单元），横跨北祁漫塔格岩浆弧、祁漫塔格结合带和北昆仑岩浆弧3个Ⅲ级构造单元.断裂以北西向发育为主，北东向和近东西向次之［1］.

研究区地层分区属于秦祁昆地层大区，东昆仑地层分区，柴达木南缘地层小区，以古生界及陆相中、新生界沉积为特征（图1）.区内地层出露较少，主要有下古生界奥陶系祁漫塔格群、下石炭统大干沟组和石拐子组、下－中二叠统打柴沟组，另外第四系分布广泛，水系较发育.岩浆活动强烈并且频繁，侵入岩、火山岩均有出露，主要受东西向和北西向构造控制，具有多类型、多期次、多阶段的特征.

研究区火山岩主要出露奥陶纪祁漫塔格群火山岩，受后期构造和岩浆作用影响，变质变形较强，韧性剪切带发育.根据岩石组合特征，划分为下部基性火山岩岩组和上部碳酸盐岩岩组.其中火山岩组中以基性火山岩为主体，并夹少量的大理岩、碎屑岩，分别被晚泥盆世、早石炭世、早二叠世、晚三叠世、早侏罗世侵入岩侵入，与下石炭统石拐子组呈角度不整合接触，分别与下石炭统大干沟组、下－中二叠统打柴沟组、早侏罗世正长花岗岩、晚泥盆世二长花岗岩、晚泥盆世角闪花岗闪长岩、晚泥盆世石英闪长岩呈断层接触.

2 岩石学特征

岩石类型以玄武岩为主，次为安山－英安质凝灰岩，少量为安山岩、玄武安山岩、基性火山角砾岩、细碧岩等.玄武岩发育枕状构造，岩石风化面呈土红色、褐色，新鲜面呈灰绿色、暗灰色、暗褐色等.

杏仁状玻基玄武岩：暗褐色、深灰绿色，斑状结构，基质玻晶交织结构，杏仁状构造.岩石由斑晶和基质组成，另有少量杏仁.其中斑晶成分单一，全部由斜长石组成；基质由斜长石和玻璃质组成；杏仁呈不规则状、椭圆状，岩石中分布均匀，分别充填有石英和绿泥石.

安山－英安质凝灰岩：凝灰质结构，块状构造.凝灰质碎屑物以晶屑为主，次为中酸性熔岩屑.晶屑以石英及斜长石为主，次为次闪石.晶屑多呈棱角状，次闪石呈纤柱状.中酸性熔岩屑呈棱角状及不规则状，以英安岩屑多见.

安山岩：紫红色，块状，致密坚硬，岩石具无斑隐晶结构，主要由玻璃质组成.玻璃质和隐晶质呈不规则团粒状集合体，分布广泛而均匀.其中见少量方解石、石英矿物.

玄武安山岩：深灰绿色，斑状结构，基质玻基安山结构，块状构造.岩石由斑晶和基质组成.其中斑晶成分单一，全部由斜长石组成，斜长石呈斑状、柱状；基质由斜长石和隐晶状的玻璃质组成，斜长石呈板条状、长条状，在其空隙中充填有隐晶状的玻璃质.

基性火山角砾岩：灰绿色，角砾状结构，火山尘胶结，块状构造.岩石由角砾和胶结物火山尘组成，其中角砾呈棱角状，在岩石中杂乱分布，主要成分为强蚀变的基性火山岩；角砾和碎屑被火山尘胶结，后期脱玻化变成隐晶状绿泥石和硅质.细碧岩：灰绿色，岩石具间片结构，块状构造. 主要矿物为斜长石，次要矿物为绿泥石、碳酸盐，少量辉石、绿帘石等.斜长石呈长条状近三角形排列；碳酸盐多分布于斜长石近三角形排列间隙中.

图1 研究区地质简图Fig.1 Geological sketch map of the study area

3 地球化学特征

3.1 主量元素

研究区奥陶纪火山岩的化学成分及计算的有关参数见表 1.岩石的固结指数（SI）为 23.6%～33.02%（平均值 29.21%），岩石分异指数（DI）为 33.05%～54.21%（平均值42.8%），反映岩浆分异演化程度中等，成岩固结一般，接近原始岩浆的性质.岩石氧化率（OX）为0.07%～0.38%（平均值 0.21%），表明岩石自身氧化蚀变中等.在TAS图（图2）中，6件样品基本都投到了玄武岩区，只有1件样品分投到了玄武质粗面安山岩.主量元素分析表明：火山岩SiO2含量介于46.74%～53.35%之间（平均值 49.97），全碱（Na2O＋K2O）含量为3.71%～7.63%（平均值 5.23%），相对富钾（K2O/Na2O＝0.07～4.16，平均值 0.8），属于低钾岩石.里特曼指数 σ值在 1.76～4.66 之间（平均值 3.13），属于钙碱性及碱钙性岩石.图3中6件样品基本都投到了钙碱性系列及低钾（拉斑）系列，且1件样品有钾玄岩出现，可能暗示大洋岩石圈俯冲结束、陆内会聚开始的构造背景［8］.图4中样品均位于碱性系列区.图5中6件样品基本投在了过铝质区，过铝的花岗质岩石是壳源的［9］，主要与大陆碰撞中沉积岩的重熔作用有关［10］.

综上所述，本区奥陶纪祁漫塔格组火山岩为一套过铝质的低钾钙碱性－碱性系列的火山岩，主量元素特征显示岩浆源区与大陆地壳关系密切.

表1 祁漫塔格群火山岩化学成分及参数特征值Table 1 Chemical compositions and parameter eigenvalues of the volcanic rocks from Qimantage Group

图2 祁漫塔格群火山岩TAS图Fig.2 The TAS diagram of volcanic rocks from the Qimantage Group

图3 祁漫塔格群火山岩SiO2－K2O图Fig.3 The SiO2-K2O diagram of volcanic rocks from the Qimantage Group

图4 祁漫塔格群火山岩SiO2－ALK图Fig.4 The SiO2-ALK diagram of volcanic rocks from the Qimantage Group

图5 祁漫塔格群火山岩铝饱和指数图Fig.5 The ACNK diagram of volcanic rocks from the Qimantage Group

3.2 稀土元素

奥陶纪火山岩稀土元素丰度值及相关参数见表2，可以看出稀土元素总量中等且变化不大，主要集中在 96.19×10－6～119.37×10－6之间，轻稀土元素含量LREE ＝75.62 ×10－6～93.81 ×10－6， 重 稀 土 元 素 含 量HREE＝13.60×10－6～27.70×10－6，轻重稀土比值 LREE/HREE＝2.97～6.07，岩石属轻稀土富集型.从图 6b 中看出，稀土元素配分曲线呈右倾平滑曲线形式，轻稀土元素明显富集，其分馏程度高于重稀土部分，这种稀土配分模式非常类似洋岛玄武岩的配分模式.Sm/Nd＝0.22～0.27，La/Sm＝2.43～5.38，（La/Yb）N＝2.23～7.21，δEu＝0.70～0.86，岩石中铕均有不同程度的弱亏损，显示出壳幔源的特点.一般认为较明显的铕负异常介于陆缘弧火山岩和同碰撞火山岩之间，产生负铕异常的原因与斜长石的含量低有关.而斜长石含量低主要与岩浆的分离结晶作用或地壳源区部分熔融过程中斜长石作为难熔组分而残留有关［11］.因此，祁漫塔格组火山岩产生负铕异常可能与分离结晶作用和陆壳大规模熔融过程中斜长石难熔残留都有关.

3.3 微量元素

岩石微量元素特征见表3、图6a，La/Nb比值在1.57～3.08 之间，Zr/Hf比值在 35.28～48.23 之间.总体上呈现大离子亲石元素（K、Rb、Ba、Th、LREE）富集，高场强元素（Nb、P、Ti）亏损的特征，表现出类似于岛弧环境的地球化学特征［12］.这主要是因为随俯冲洋壳下插加深、温度升高，俯冲洋壳板片发生变质和脱水，导致富水条件下的部分熔融，造成富含于难熔矿物中的高场强元素（Nb、Ti、P）更多地留在源区的残余固相中，而大离子亲石元素（K、Rb、Ba、Th、LREE）多含于一般造岩矿物中，且具有不相容性，则倾向富集于形成的岩浆和溶液中［13］.Sr负异常表明在部分熔融过程中源区有碱性长石、斜长石残留或在岩浆演化过程中有碱性长石、斜长石结晶分异，推测岩浆在上升过程中可能受到陆壳物质加入；P、Ti、Nb负异常则与磷灰石、Fe－Ti氧化物残留或分异有关［14］，同时说明其岩浆源区与俯冲地壳有关.

4 构造环境探讨

本区玄武岩 MF 值在 59.90～71.60 之间，为低钾的大洋偏碱－碱性玄武岩系列.主量元素特征表明岩浆源区与大陆地壳关系密切.在lgτ－lgσ图（图7a）上，全部样品均投在由稳定构造环境或造山带演化的碱性－偏碱性岩浆岩区.同时，微量元素分析有岛弧岩浆作用的特点［15］，表明火山岩应形成于洋壳俯冲造山的环境下.结合区域背景判断，祁漫塔格群火山岩主要产出于与大洋俯冲有关的环境中.为进一步确认其形成构造环境，在 Hf/3－Th－Nb/16 图（图 7b）上进行了投点，结果表明其为岛弧钙碱性（拉斑）玄武岩.从十字沟东侧同位素样品测试分析得出143Nd/144Nd＝0.512331～0.512893，反映为同源岩浆产物，显示幔源火山岩的体征.根据以上内容，再结合前人在该地区的研究资料，推测祁漫塔格群火山岩源于较富集地幔的部分熔融，形成于与大洋俯冲有关的洋内岛弧环境中［16］.

表2 祁漫塔格群火山岩稀土元素特征表Table 2 Contents and parameter values of REEs in the volcanic rocks from Qimantage Group

图6 祁漫塔格群火山岩微量元素蛛网图与稀土元素配分曲线模式图Fig.6 Primitive mantle-normalized trace element spidergrams and chondrite-normalized REE patterns of the volcanic rocks from Qimantage Group

5 结论

综上所述，青海宽沟地区奥陶纪祁漫塔格群火山岩主量元素特征表明，该火山岩系属过铝质的低钾钙碱性－碱性系列.主量元素特征显示岩浆源区与大陆地壳有很大关系的特点.稀土元素地球化学具较明显的负铕异常特征，说明奥陶纪祁漫塔格群火山岩岩浆形成于正常陆壳底部或者加厚的中、上部，介于陆缘弧火山岩和同碰撞火山岩之间.微量元素中大离子亲石元素（K、Rb、Ba、Th、LREE）富集，高场强元素（Nb、P、Ti）亏损的特征，反映岛弧岩浆作用特点，表明火山岩应形成于洋壳俯冲造山的环境下.在lgσ－lgτ图解中，祁漫塔格群火山岩主要产出于与大洋俯冲有关的环境中.Hf/3－Th－Nb/16图解表明其为岛弧钙碱性（拉斑）玄武岩.综合分析说明，奥陶纪祁漫塔格群火山岩岩浆源于地幔部分重熔，形成于大洋俯冲有关的大洋岛弧环境中.

表3 祁漫塔格群火山岩微量元素特征表Table 3 Contents of trace elements in the volcanic rocks from Qimantage Group

图7 祁漫塔格群火山岩lgτ－lgσ和Hf/3－Th－Nb/16图解Fig.7 The lgτ-lgσ and Hf/3-Th-Nb/16 diagrams of the volcanic rocks from Qimantage Group

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GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS AND TECTONIC SETTING OF THE ORDOVICIAN VOLCANIC ROCKS IN KUANGOU AREA，QINGHAI PROVINCE

LI Cheng-fu，CHANG Ge-hong，ZHAO Juan，SHI Lian-chang，LI De-biao，ZHAO Ming-fu，XU Bo
Qinghai Bureau of Geological Survey，Xining 810001，China

Study on the geochemical characteristics of the Ordovician volcanic rocks in Kuangou area，Qinghai Province，shows that the content of SiO2is 46.74%-53.35%，with Na2O＋K2O of 3.71%-7.63%and K2O/Na2O of 0.07-4.16，belonging to peraluminous low potassium calc-alkaline-alkaline series.The REEs are characterized by ∑REE of 96.19×10－6-119.37×10－6，LREE/HREE of 2.97-6.07，δEu of 0.70-0.86 and （La/Yb）Nof 2.23-7.2.The chondritenormalized REE patterns are right-dipping smooth curves with weak positive Eu anomaly and enriched LREEs.The study on trace elements indicates that the La/Nb value is 1.57-3.08，Zr/Hf 35.28-48.23，with enrichment of LILEs such as K，Rb，Ba，Th and LREE and depletion of HFSEs （Nb，P and Ti），which are similar to the geochemical characteristics of island-arc environment.Based on the comprehensive analysis，it is considered that the volcanic rocks in Kuangou area，showing the characteristics of oceanic island basalt，with magma derived from the partial melting of enriched mantle，are formed in the intra-ocean island arc settings associated with oceanic plate subduction.

Ordovician；QimantageGroup；volcanicrock；geochemistry；Kuangouarea，QinghaiProvince

1671-1947（2017）05-0460-08

P588.14；P597

A

2017－03－24；

2017－04－25.编辑：张哲.

中国地质调查局“青海省祁漫塔格地区1∶5万矿调多元地质信息集成与找矿预测”项目（12120114000201）.

李成福（1985—），男，硕士，工程师，从事地质矿产资源勘查工作，通信地址青海省西宁市胜利路22号地矿花园C座，E-mail//280423455@qq.com