伊通实习基地玄武岩的特征及其成因分析

2018-04-09 03:30邓承来董福湘常梁杰邱明峰李霞鹏

吉林地质 2018年1期

邓承来，董福湘，常梁杰，邱明峰，李霞鹏

长春工程学院，吉林长春 130012

0 引言

伊通大孤山玄武岩位于吉林省四平市伊通满族自治县大孤山镇。关于伊通玄武岩火山群也有一些学者做了相应的研究工作[1-10]，对伊通火山群地质地貌及旅游地质资源、火山群遗迹、火山机构、地球化学特征、玄武岩的岩浆起源等进行了研究，但对玄武岩的成因研究，都不算十分完整。本文意在研究伊通实习基地所处大地构造位置基础上，通过调查实习区所出露玄武岩的分布特征，进而在玄武岩的化学成分研究基础上，系统研究该区玄武岩的类型、碱度、岩浆演化及来源深度，对玄武岩形成的构造环境进行判别。

1 地质背景及岩相学特征

在岩体分布图中，火山群有七座火山，南列为小孤山、大孤山、团山子、西尖山及东尖山，北列为莫里青山和马鞍山[2]，其中大孤山海拔高430 m，山体高150 m，山体呈似圆锥体，底座直径800 m，分布面积0.64 km2。东南角有一小出口，其余三面被高地所围。其玄武岩体横截面多呈四边形,直径10～30 cm左右,为长短参差不齐的短柱状,岩柱直立产出,总体形态为塔形[4]（图1）。

图 1 研究区玄武岩地质分布图Fig.1 Geological distribution of basalt in the study area

伊通地区火山群位于伊通地堑平原，该地堑位于郯庐深大断裂的北延部分[9]，宽约25 km，面积约为3 400 km2。自晚三叠世以来,由于太平洋板块向欧亚板块运动,使中国东部产生了一系列北东向构造薄弱带,沿这些构造薄弱带,受热的具一定塑性的地幔物质向上运动发生底辟作用,使伊通断裂带发育成地堑型裂陷盆地[7]。根据前人资料显示，大孤山所处位置由东西向、北西向、北东向（华夏式构造）构造的复合部位[3]，特别是新生代之后，在太平洋板块与欧亚板块的俯冲作用影响下，其构造活动频繁，导致高热流值异常的含水上地幔在底辟上升过程中熔融并分凝,从而决定了本区新生代玄武岩浆的性质和火山活动特征[4]（图2）。

根据手标本观察，大孤山玄武岩有四组解理面，隐晶质结构，长柱状构造。镜下可观察到以橄榄石为斑晶的斑状结构[7]，橄榄石的含量在20%～25%之间，其主要特征是：（1）单偏光镜：无色，正高突起，裂纹发育，多为半自形，少数也可见自形晶，呈菱形。粒度最大可达1 mm，最小0.15 mm；（2）正交偏光镜：二级顶至三级底干涉色，平行消光。基质由紫苏辉石（15%～20%），斜长石（20%～25%），玻璃质以及磁铁矿构成，呈间粒结构。8号、9号、12号含有较多的玻璃质，故基质呈间粒间隐结构。斜长石搭成三角格架，内部充填辉石颗粒，沿着橄榄石的裂纹还可见到黑云母的蚀变，局部还可见到辉石颗粒的聚集。综上所述，对其定名为橄榄玄武岩[7]。且其MgO高(平均10.02%)、碱高（平均5.87%）、TiO2高（平均2.26%）；而低SiO2（平均43.39%）、低Al2O3（平均13.9%），与前人结论相近。

2 样品采集和分析方法

本次研究所用的样品采自伊通地区大孤山的新鲜岩体。样品的主元素和微量元素分析均在国土资源部长春矿产资源监督检测中心完成。岩石主元素及Zr、Hf、Ba采用ADVANT’X型X射线荧光光谱仪方法完成，温度23℃，湿度40%和45%，检测依据分别为GB/T14506.28-2010、DZ/T0167-2006；微量元素及稀土元素采用等离子体质谱仪完成，仪器型号XSeries2，温度24℃，湿度70%，检测依据为GB/T14506.30-2010和GB/T14506.29-2010；FeO采用50 ml滴定管测定，温度23℃，湿度55%，依据GB/T14506 14-2010；LOI采用ALB-124型天平测定，温度24℃，湿度55%，依据DZG20.01-1991。本文利用Geokit软件[11]对岩石地球化学数据进行了处理。

图 2 研究区玄武岩构造略图[1]Fig.2 Basalt structural sketch in the study area

图 3 样品照片Fig. 3 Photos of sample

3 岩石地球化学特征

3.1 常量元素

分析结果见表1。

表 1 大孤山玄武岩常量元素分析结果Table 1 Analytical results of constant elements of the Dagushan basalt (%)

根据Zr/TiO2-SiO2图解（图4）的结果可知，样品点均落在玄武岩区（Bas区）及其边界线上。

利用里特曼指数法（表2）、AR- SiO2图解（图5）对研究区玄武岩的碱度进行分析，样品点均落在了过碱性区域内，且里曼指数的计算结果也表明其为过碱性，两者结果相吻合。在SiO2-K2O图上(图6)，样品点均落在钾玄岩区域内，且均处于玄武岩区内与图4的结果和镜下鉴定的结果以及前人的结果[7，8]相吻合。

表 2 里特曼指数计算结果Table 2 Caculation results of the Litman index

图 4 Zr/TiO2-SiO2图Fig. 4 Zr/TiO2 - SiO2 fi gure

图 5 AR-SiO2图Fig. 5 AR - SiO2 fi gure

图 6 SiO2-K2O图Fig.6 SiO2 - K2O fi gure

3.2 微量元素

分析结果见表3。

表 3 大孤山玄武岩稀土元素以及其他微量元素分析结果Table 3 Analytical results of rare earth elements and other trace elements（μg/g） of the Dagushan basalt

据上表数据，做出微量元素原始地幔蛛网图[12]（图7）和稀土元素球粒陨石标准化分布型式图[13]（图8）,可以观察到不出现Nb和Ta的亏损，出现Ba等大离子亲石元素的富集，与洋岛玄武岩的分配模式相似，且可以明显观察到K的富集。

大孤山玄武岩稀土元素含量为(∑REE=(178.94～198.26)μg/g)，轻重稀土强烈分异 (La/Yb)N=22.1～25.8且LREE/HREE比值为（LREE/HREE=(9.28～9.65)×10-6），表现出LREE富集、HREE亏损的特点，与洋岛碱性玄武岩的分配型式图相似[14]；由于样品有限，不能使用哈克图解进行岩浆演化趋势的说明，根据前人资料[7、8]本区玄武岩演化趋势自下而上其成分与一般玄武岩趋势相反，其演化趋势不可用结晶分异过程来解释，而是由于部分熔融程度的差异所导致，该结论与王振中[2]所得结论一致。

图 7 微量元素标准化蛛网图Fig.7 Standardized spider diagrams of original mantle of trace elements

图 8 稀土元素配分模式图Fig.8 Standard distribution pattern of chondritic meteorite of rare earth elements

图 9 TiO2-10MnO-10P2O5图Fig. 9 Diagram of TiO2-10MnO-10P2O5

图 10 TiO2-TFeO/MgO图解Fig. 10 Diagram of TiO2-TFeO/MgO

4 讨论

4.1 成因类型

根据TiO2-TFeO/MgO图解（图9），样品点均落在OIB区，即洋岛玄武岩区，结合前文里特曼指数计算结果，推断其为洋岛碱性玄武岩。TiO2-10MnO-10P2O5图（图10）中，样品点也均落在OIA区，即洋岛碱性玄武岩区,所得结论与前文吻和且与张辉煌[5]所得结论一致。

4.2 构造环境

根据F1-F2-F3图解（图11和图12），除在F2-F3图解上，一号样品点落在CAB区（钙碱性玄武岩区）以外，其他的样品点均落在了WPB区（板内玄武岩）。自晚三叠世以来,由于太平洋板块向欧亚板块运动,使中国东部产生了一系列北东向构造薄弱带，沿这些构造薄弱带,受热的具一定塑性的地幔物质向上运动发生底辟作用,使伊通断裂带发育成地堑型裂陷盆地[8-10]证明其构造环境为板内环境。

根据余芳等[8]以及Ellam[15]利用W（Sm）与W（Yb）的比值来反演岩浆来源深度的图解，将所采样品的分析结果（表4）投影在图上，结果（图13）显示其来源深度为82 km～96 km，与经LKP模型[7]投影出来的结果相近。