黔西地区织纳煤田峨眉山玄武岩地球化学特征及成因

张金秋

(华北有色工程勘察院有限公司)

峨眉山玄武岩最早由赵亚曾先生于1929年命名，是指出露于峨眉山晚二叠世早期的玄武岩，后期逐渐泛指分布于扬子地台滇、川、黔三省的二叠系玄武岩[1]，主要位于扬子地台西缘，岩性以玄武岩及相伴生的基性—超基性侵入岩为主，主要形成于晚二叠世。由于峨眉山玄武岩是地球深部作用于地壳表层的产物，其动力学过程及形成机制相对复杂[2]，因此自该概念提出至今，其成因一直是众多学者研究的焦点。基于岩石学及岩石地球化学特征的研究，20世纪80—90年代学术界形成了以“裂谷成因”[1,3-4]为主的观点。近年来，伴随新学说的兴起以及研究的进一步深入，“地幔柱成因”[5-7]逐渐被人们接受并成为主流观点，但仍有部分学者对此持怀疑态度，并基于相关试验数据提出了“天体撞击的对冲聚合效应”等关于峨眉山玄武岩成因的新观点[2]。本研究以黔西地区织纳煤田峨眉山玄武岩为研究对象，从矿物学和主微量元素地球化学方面对其成因进行探讨。

1 区域地质背景

织纳煤田位于贵州省西部，地跨织金与雍纳两县，大地构造位置上隶属于上扬子陆块南部被动边缘褶冲带上的织金宽缓褶皱区以及六盘水复杂变形区，是“黔中隆起”的核心组成部分[8]。区内出露震旦系、寒武系、下奥陶统、中上泥盆统、石炭系、二叠系、三叠系、下中侏罗统、上白垩统、第三系、第四系地层，其中二叠系地层主要包括下统梁山组、栖霞组、茅口组以及上统峨眉山玄武岩组、龙潭组、长兴组、大龙组，峨眉山玄武岩主要发育于峨眉山玄武岩组内，该组主要为溢出相玄武质熔岩，其次为爆发相熔接火山碎屑岩、火山碎屑岩及其向熔岩与沉积岩过渡的岩类，并夹石灰岩、燧石灰岩、硅质岩及砂泥质岩和煤层等，与下伏茅口组和上覆龙潭组呈假整合接触，厚度为0～342 m。相关研究表明，峨眉山玄武岩喷发时期可能为早二叠世晚期到晚二叠世早期[9-12]。

2 岩石地球化学特征

本研究采集的7件样品均来自贵州西部织纳煤田的峨眉山玄武岩钻井岩芯，样品编号为12#～18#，其中，12#、15#峨眉山玄武岩样品采自联兴矿，13#样品采自捷达矿，14#样品采自水城比德乡河坝煤矿。上述7件峨眉山玄武岩样品均由玛瑙研钵研制成大小为240目的粉末，并由中国矿业大学现代分析与计算中心进行X射线荧光光谱分析(XRF)测试，其中，岩石粉末压片用于微量元素测试，由岩石粉末与亚硼酸锂或四方硼酸盐熔融制成的玻璃片主要用于进行主量元素测试与分析。

2.1 主量元素地球化学特征

黔西地区织纳煤田峨眉山玄武岩的主量元素含量测试结果见表1。由表1可知：7件峨眉山玄武岩样品的SiO2含量变化范围较大(30.98%～57.19%)，主要属于基性火山熔岩；12#、13#、14#样品的SiO2含量相对偏低(分别为37.01%、30.98%、35.79%)；Fe2O3含量为8.8%～17.3%，变化范围相对较小；Na2O含量为0.271%～5.012%；MgO含量为0.71%～4.377%；Al3O2含量为4.57%～19.9%。

表1 黔西地区织纳煤田样品主量元素含量 %

在TAS分类图解中(图1)，样品分别落入苦橄质玄武岩、粗面安山岩、似长岩、玄武质安山岩以及玄武质粗面安山岩区域，且以亚碱性系列为主；由于蚀变过程中K、Na等元素较活泼，导致采用TAS图解分析可能会产生一定的误差[13]。因此，本研究采用不活泼元素组成的w(SiO2)-w(Nb)/w(Y)图解(图2)进行了进一步判断分析，结果与TAS图解判别一致，大部分样品落入亚碱性玄武岩系列中。

图1 峨眉山玄武岩TAS图解

图2 峨眉山玄武岩w(SiO2)-w(Nb)/w(Y)图解

在主量元素氧化物协变图(图3)中，除个别样品外，MgO含量与Fe2O3、Ni、Cr含量及CaO/Al2O3含量比值具有一定的相关性，其中，MgO含量与Fe2O3含量、CaO/Al2O3含量比值呈较明显的负相关关系，而与Ni、Cr含量等呈明显的正相关关系，表明除个别样品外，岩石在化学演化上呈现一定的连续性，即在岩浆分离结晶作用过程中，各类矿物持续发生结晶分离作用[12]。

图3 峨眉山玄武岩主量元素氧化物协变图解

2.2 微量元素地球化学特征

黔西地区织纳煤田峨眉山玄武岩微量元素测试结果(表2)显示：S含量相对最高((1 010～48 106.2)×10-6)，可能受到峨眉山玄武岩组附近煤层的影响；其次为Ti、Cu、Mn、Ba等，含量分别为(1 010～48 106.2)×10-6、(625～24 661.5)×10-6、(269～8 961.9)×10-6、(284.7～3 509.7)×10-6、(25.6～695.8)×10-6；Rb、Zr、Nb、Th、La等元素含量相对偏低。

在微量元素原始地幔标准化蛛网图解中(图4)，峨眉山玄武岩微量元素地球化学特征相似，大部分元素富集高场强元素(Nb、Zr、Hf、Ti)和Th等，亏损Y元素，Ba和Sr元素含量有明显波动，表明可能受到混染作用或热液蚀变作用的影响。由表2可知：相容元素Cr、Ni含量分别为(6.7～111.9)×10-6、(8.4～64.7)×10-6，两者变化幅度相对较小。依据已有的峨眉山玄武岩划分标准，本研究认为黔西地区织纳煤田峨眉山玄武岩以低钛型为主(w(Ti)/w(Y)为85.7～837)。

3 岩石成因

3.1 源区性质

依据元素不相容性降低顺序并结合微量元素原始地幔标准化蛛网图(图4)综合分析可知，黔西地区织纳煤田峨眉山玄武岩配分曲线总体变化趋势较为相似，Nb不存在明显的负异常，明显区别于大洋中脊玄武岩(MORB)，而与洋岛玄武岩(OIB)的特征较为相似。由于洋岛玄武岩往往是地幔柱作用的产物[14]，因此，黔西地区织纳煤田峨眉山玄武岩也可能源自下地幔，与“循环洋壳太亏损、陆源沉积物的陆壳特征极强，均不适合作为OIB的源区物质，而地幔交代作用及其产物为OIB富集特征的最佳物源”[15]的观点相吻合。

3.2 地壳混染

w(Ce)/w(Pb)值为判断岩浆是否发生混染的灵敏指标[16]。黔西地区织纳煤田峨眉山玄武岩的w(Ce)/w(Pb)值为4.24～19.51，平均达9.94，远低于全球MORB和OIB的相对均一值(w(Ce)/w(Pb)值约为25)。该类玄武岩具有明显的Pb负异常、P正异常特征[17]，该类特征均表明织纳煤田峨眉山玄武岩明显受到地壳混染或源区混染。一般认为地壳具有低Nb、高Th的特点，因此地壳物质混染必然导致Nb、Th含量之间呈负相关关系[14]。黔西地区织纳煤田峨眉山玄武岩Nb、Th含量彼此呈现出一定的正相关关系，由于任何一种岩浆在上升过程中都不可避免地遭受地壳混染，只是其程度有所差异，可见织纳煤田峨眉山玄武岩的源区混染作用对于微量元素的影响程度大于地壳混染作用对于微量元素的影响。

表2 黔西地区织纳煤田样品微量元素含量 ×10-6

图4 峨眉山玄武岩微量元素原始地幔标准化蛛网图

3.3 分离结晶

分离结晶作用通常为岩浆分异演化的重要机制，在岩浆作用过程的初期阶段以及岩浆来源为深部环境的情况下该类机制所发挥的作用更加明显[18]。在主要氧化物协变图解中，MgO、Fe2O3含量存在一定的负相关，表明成岩过程中存在如磁铁矿等矿物的分离结晶作用；Ni、MgO含量呈明显正相关关系，表明成岩过程中存在一定的橄榄石分离结晶作用。

3.4 构造环境

本研究分析表明，黔西地区织纳煤田峨眉山玄武岩部分样品遭受了地壳混染作用的影响。为正确判别该区峨眉山玄武岩形成的构造环境，选取了地壳或岩石圈混染作用对浓度影响较小的Zr、Y制成的w(Zr)/w(Y)-w(Zr)双对数判别图[19]作为判别依据(图5)。图中显示除个别样品外，大部分样品具有相对较高的Zr含量值以及w(Zr)/w(Y)值，均落于WPB(板内玄武岩)区域，反映了该区峨眉山玄武岩主要为大陆板内玄武岩，体现了一定的板内拉张环境特征。此外，2w(Nb)-w(Zr)/4-w(Y)图解显示(图6)，织纳煤田峨眉山玄武岩主要落于板内碱性玄武岩以及板内拉斑玄武岩区域，从而也进一步证明了黔西地区织纳煤田峨眉山玄武岩形成于板内拉张的构造环境[14]。

图5 峨眉山玄武岩w(Zr)/w(Y)-w(Zr)判别图解

4 结 语

对黔西地区织纳煤田玄武岩进行了取样分析，对岩体地球化学特征进行了详细探讨，研究表明，该类岩体的源区可能为下地幔，形成于板内拉张构造环境，并发生了磁铁矿、橄榄石等矿物的分离结晶作用，在玄武岩形成过程中，遭受了一定的混染作用，且源区混染作用对其影响程度大于地壳混染作用。

图6 峨眉山玄武岩2w(Nb)-w(Zr)/4-w(Y)判别图解

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