草滩沟群火山岩的地球化学特征及其形成构造环境

第41卷　第1期　2008年　(总164期)

西　北　地　质

NORT HWESTERN GEOLOGY

Vol.41　No.1　

2008(Sum164)　

　文章编号:1009-6248(2008)01-0059-08

草滩沟群火山岩的地球化学特征

及其形成构造环境

朱涛1,董云鹏1,王伟2,徐静刚3,马海勇3,查理4

(1.西北大学大陆动力学国家重点实验室,西北大学地质学系,陕西西安　710069;

2.贵州大学环境与资源学院,贵州贵阳　550003;

3.中国石油长庆油田公司研究院,

陕西西安　710021; 4.长庆油田第一采油厂,陕西延安　716000)

摘　要:通过对出露于东—西秦岭交接处的草滩沟群火山岩地球化学特征的研究表明,草滩沟群火山岩具有较高的A l2O3含量和较低的T iO2含量,低 R EE等特征;球粒陨石标准化稀土元素配分图解显示呈平坦型-微弱富集型;微量元素组成以富集大离子亲石元素Cs、Rb、Ba、T h,强烈亏损N b、T a,以及高场强元素(HFSE)不分异为特征,N b、T a、Z r、Hf丰度及N b/L a,Hf/T a,L a/T a,T i/Y等值特征均显示岩浆源区受到消减组分加入的影响,与典型的岛弧玄武岩相似。综合地质、地球化学资料认为,草滩沟群玄武岩可与东秦岭丹凤群变基性火山岩对比,是早古生代秦岭洋俯冲消减作用的岩浆活动产物,代表了商丹缝合带的西延组成部分,向西延伸可与西秦岭天水关子镇-武山蛇绿混杂岩带相接。

关键词:秦岭造山带;草滩沟群;玄武岩;地球化学;构造环境

中图分类号:P591 文献标识码:A

秦岭造山带是中国南、北诸板块拼合形成的构造结合带,在研究中国大陆的形成演化过程中具有重要的意义。现有的研究表明,秦岭造山带中存在南北两条缝合带,即南部的勉略缝合带和北部的商丹缝合带(张国伟等,1996,2001),而商丹缝合带则是中国华北和华南最主要的构造边界,也是分割中国南北大陆的主要边界构造结合带。沿该带分布着一系列蛇绿混杂岩块和岛弧火山岩(张国伟等, 1995,1996;张旗等,1995;李曙光等,1993)。其中,出露较好、研究程度较高的地段主要集中在东秦岭商南—丹凤一带,目前许多研究表明在西秦岭天水关子镇及武山等地区存在蛇绿混杂岩带,并认为该蛇绿混杂岩带是商丹带的西延部分(裴先治等, 2004;杨钊等,2006;董云鹏等,待刊)。然而,在东西秦岭之间的交接地区,关于商丹缝合带的研究程度还比较薄弱,对其时空展布尚不清楚,这关系到商丹缝合带是否存在于该区以及能否西延至西秦岭地区等基础地质问题,也直接影响到对秦岭造山带早古生代带构造格局以及秦岭-祁连造山带构造交接关系的认识。

笔者在区域地质调研基础上,选取东西秦岭交接部位太白县魏家湾地区出露的一套变质火山岩,重点研究其地质、地球化学特征,探讨岩石成因及形成环境,为秦岭造山带早古生代构造格局及演化研究提供依据。

草滩沟群火山岩产于斜峪关岩群南部,其形成时代通过古生物化石间接限定为奥陶纪,而关于该套火山岩形成构造环境尚存争议,因此,在野外地

　收稿日期:2007-07-21;修回日期:2007-10-18

　基金项目:国家自然科学基金项目(编号:40234041,40472115)资助

　作者简介:朱涛(1983-),男,青海乐都人,西北大学地质学系,硕士。通讯地址:710069,西安市太白北路229号,西北大学地质学系;E-ma il:Z hut-1983@163.co m。

质调查的基础上,重点研究该套火山岩的岩石地球化学组成特征,确定其形成源区及构造环境,进而探讨秦岭造山带早古生代构造格局及演化特征。

1　区域地质概况

草滩沟群火山岩主要出露于太白县魏家湾地区,北部与斜峪关群相接,南部与泥盆系以断层相接触(图1)。

草滩沟群火山岩由中基性集块熔岩、火山角砾岩、角砾熔岩、岩屑晶屑凝灰岩和火山熔岩及沉凝灰岩组成,火山喷发韵律十分清楚。该组火山岩以灰色、灰绿色为特征,岩石的韵律性比较好,集块

或火山角砾多呈椭圆形,韵律层上部往往出现沉凝灰岩或薄层灰岩。灰岩中产珊瑚、腕足类、腹足类等海相动物化石,化石对比显示为晚奥陶世(冯益民等,2002,2003),由此也可间接限定草滩沟群火山岩形成的时代,早于晚奥陶世。早期的地质调查研究将草滩沟群火山岩归入斜峪关群,认为它是斜峪关群的西延部分,但现在越来越多的研究显示,不能将其简单的划归为斜峪关群;斜峪关岩群可与东秦岭二郎坪岩群相对比,是二郎坪群的西延部分,研究表明东秦岭二郎坪群形成于弧后盆地环境(孙勇等,1996),与斜峪关岩群共同构成了早古生代秦岭

洋的弧后盆地体系。

图1　太白县魏家湾地区地质简图

F ig.1　Simplified g eolog ical map of the W eijiawa n ar ea o f T aibai,Shaanxi pr ov ince

1.Pt 1;

2.Pt 2;

3.中晚泥盆世;

4.早泥盆世;

5.第四纪;

6.中侏罗世;

7.花岗岩;

8.闪长岩;

9.蛇绿岩带;

10.次级断裂;11.主断裂;12.采样点

2　样品采集与分析

该研究共采集代表性岩石样品4件用于地球化

学分析测试。岩石普遍经历了绿片岩相变质作用,属变质基性火山岩。岩石主由斜长石、绿泥石及火山玻璃组成。样品主微量元素分析由西北大学大陆动

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西　北　地　质 N ORT H W ES T ERN GEOL OGY 2008年

力学国家重点实验室完成。其中,主量元素采用XRF法在RIX-2100仪器上分析完成,稀土和微量元素采用ELAN6100DRC等离子体质谱仪(ICP-M S)测定,用标准样BHVO-1,A GV-1和G-2作分析样品元素浓度的校正标准。所有元素的分析精度优于5%,分析结果见表1。

表1　魏家湾火山岩主微量元素地球化学分析表

T ab.1　M ajo r element(%)and tr ace elem net(10-6)compositio ns o f the Weijiaw an ar ea

样品S iO2TiO2Al2O3T Fe2O3M nO M gO C aO Na2O K2O P2O5烧失量总量027N-12350.93 1.0416.379.240.237.019.40 3.540.260.10 1.6399.73 027N-12750.820.9416.039.550.237.369.52 3.340.250.09 1.7299.84 027N-13047.71 1.0515.7410.660.199.1910.14 2.650.340.18 1.9099.75 027N-13150.070.9416.3310.040.247.479.81 3.120.230.09 1.76100.10样品Ba Rb Sr Y Zr Nb T h Pb Ga Zn C u Ni V 027N-123235.1 4.0124225.754.1 1.140.56 5.915.275.5 6.748284 027N-127264.6 3.7223623.647.4 1.020.45 5.6414.778.1 5.6155284 027N-130123.17.0231023.367.1 1.69 1.32 4.8616.18925.8157261 027N-131333.2 3.2125322.9470.950.47 6.2215.378.9 6.2561304样品Cr Hf Cs S c Ta C o Li Be U La Ce Pr Nd 027N-12343.3 1.650.43842.40.0933.1 4.070.790.199 4.1610.65 1.819.31 027N-12757.4 1.430.47839.30.07732.8 4.140.70.166 3.28.36 1.447.52 027N-13053.6 1.860.55740.90.1449.5 5.070.530.2878.1818.3 2.7412.7 027N-13158.8 1.420.44640.80.07741.1 4.570.530.179 3.328.66 1.487.7样品Sm Eu Gd T b Dy Ho Er Tm Yb Lu REE Nb/T h Ba/Nb 027N-123 2.880.74 3.240.62 3.950.89 2.320.37 2.490.4143.84 2.036235.1 027N-127 2.330.61 2.730.54 3.50.8 2.130.35 2.320.436.23 2.267264.6 027N-130 3.29 1.12 3.450.62 3.760.81 2.070.34 2.210.3659.95 1.280123.1 027N-131 2.390.8 2.780.53 3.460.79 1.990.33 2.160.3636.75 2.021333.2

3　岩石地球化学特征

3.1　主量元素

草滩沟群变质火山岩的SiO2含量介于47.71%～50.93%,平均含量为49.88%;Al2O3含量较高,变化在15.74%～16.37%,平均值为16.12%;M gO含量(7.01%～9.19%)和T Fe2O3含量(9.24%～10.04%)中等,4件岩石样品的TiO2含量值较低(0.94%～1.04%),平均值为0.99%,与岛弧区火山岩TiO2(0.58%～0.85%)(Pearce J A,1983)含量接近。在(Na2O+K2O)-SiO2图解上,样品均落入亚碱性玄武岩区(图2a),考虑到岩石K、Na元素在变质、变形和蚀变作用过程中的活动性,进一步利用不活动元素判别,Zr/T iO2-Nb/Y (图2b)图解上,样品也均投点于亚碱性系列岩石区。

3.2　稀土和微量元素地球化学

草滩沟群样品中的 REE较低,变化在36.23×10-6～59.95×10-6。球粒陨石标准化稀土配分图解显示呈平坦-弱富集型REE分布型式(图3a);样品的轻重稀土分异较弱,(La/Yb)N值除样品027N-130值稍高,达2.65外,其余3个样品的值均在1左右,显示轻重稀土基本无分异;样品具Eu负异常,暗示岩石起源过程中可能经历了斜长石的分离结晶作用。原始地幔标准化微量元素图解上(图3b),样品曲线整体上呈微弱右倾型,大离子亲石元素Cs、Rb、Ba、T h、U相对富集,高场强元素相对平坦且不分异,Nb、Ta显示强烈的亏损。样品微量元素地球化学特征与典型的岛弧拉斑玄武岩非常类似。

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第1期 朱涛等:草滩沟群火山岩的地球化学特征及其形成构造环境

图2a Na 2O +K 2O-SiO 2(T A S)图

(据Cox et al .,1979)Fig.2a Basic ro cks plott ed o n t he

N a 2O +K 2O -SiO 2diag

ram

图2b Zr /T iO 2×10-4-N b/Y 图(据Winchester and flo yd,1977)F ig.2b Basic ro cks plotted on the

Zr /T iO 2×10-4-N b /Y diag ram 1.027N -123; 2.027N -127; 3.027N -131; 4.027N -

130

图3a 玄武岩的球粒陨石标准化REE 配分图解(球粒陨石标准化数据引自Bo ynto n,1984)Fig.3a T he R EE distr ibutio n patt erns of the basalts

fr om Cao tango u a rea

(data o f cho ndr iate fr om Bo ynton ,1984)

图例1～4说明同图

2

图3b 玄武岩原始地幔标准化微量元素图解(原始地幔标准化数据引自M cD onoug h 等,1992)Fig.3b Pr imitiv e mantle no rmalized inco mpatible element spideg ra m for ba saltsfr om Caot ango u ar ea (data o f pr imitiv e mantle fr om M cDonoug h ,et al ,1992)

图例1～4说明同图2

4　岩石源区及构造环境

草滩沟群火山岩具有相对较低的稀土含量及平坦的稀土分配型式,微量元素显示除Cs 、Rb 、Ba 、Th 、U 等大离子亲石元素相对富集外,高场强元素含量低且不分异,以上特征暗示了岩石可能起源于一个相对亏损的地幔源区。高场强元素Nb 、T a 、Zr 、Hf 在蚀变和变质作用过程中具有良好的稳定性,可

作为岩石成因和源区性质的良好示踪剂。一般岛弧玄武岩和部分亏损型洋中脊玄武岩(N -M ORB)的T a 、Nb 丰度分别不大于0.7×10-6

和12×10-6

,Nb /La <1,Hf /Ta >5,La /T a >15,Ti /Y <350;而板内玄武岩(WPB)、过渡型洋脊玄武岩(T -M ORB)和富集型洋中脊玄武岩(E -M ORB)则正

好相反(Condie K C ,1989)。草滩沟群变基性火山岩的Ta 丰度(0.077×10-6～0.14×10-6)和Nb 丰

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西　北　地　质 N ORT H W ES T ERN GEOL OGY 2008年

度(0.95×10-6～1.69×10-6

),Nb/La 值为0.20～0.31,Hf /T a 值为13.2～18.5,La /Ta 值为41～58,Ti/Y 值为199～247。表明该玄武岩成因、环境与WPB 、T -M ORB 、E-MORB 岩石构造环境无关,类似于岛弧玄武岩或N -M ORB 的产出环境。此外,岛弧玄武岩以低的T iO 2,Nb 、Ta 的亏损以及Th 的富集为典型特征,草滩沟群火山岩岩石地球化学数据显示,其低的T iO 2含量,Nb 、T a 的强烈亏损以及Th 的富集,均与典型的岛弧火山岩相类似,而明显区别于N-M ORB 相对较高的TiO 2以及Nb 、T a 不亏损等特征。另外,草滩沟群玄武岩的Zr 、Hf 丰度

变化在(47～67.1)×10-6和(1.42～1.86)×10-6

,相比较其值低于N-M ORB 和E-M ORB 的平均丰

度(90～96)×10-6和(2.4～3.93)×10-6,也低于板内拉斑玄武岩和碱性玄武岩的Zr 、Hf 平均丰度(149～213)×10-6

和(3.44～6.36)×10-6

;而与火山弧拉斑玄武岩的Zr 、Hf 平均丰度40×10-6与1.17×10-6相近(Pearce J A ,1982)。

不活动元素协变关系是判别构造环境的有效方法,在不活动元素Ti/100-Zr -Sr /2(图4a)及Hf/

3-Th -Nb /16(图4b )图解中,草滩沟群玄武岩样品均投点在岛弧玄武岩区;进一步利用Ba/Nb-Ba (

图

图4　玄武岩构造环境判别图解

Fig .4　T ecto nic discr iminat ion diag rams fo r basalts fro m Caoliang yi ar ea

a.Hf-Th -Ta 图解(W ood ,1980):

b.T i-Zr-Sr 图解(Pearce,1973);

c.Ba/Nb-Ba 图解(李曙光,1993);

d.Nb/T h-T h 图解(李曙光,1993)。N-M ORB.正常玄武岩;E-M ORB.亏损洋脊玄武岩;M ORB.洋脊玄武岩;WPB.板内拉斑玄武岩;VAB.火山

弧玄武岩;IAB.岛弧拉斑玄武岩;OFB.洋脊拉斑玄武岩;CAB.钙碱性玄武岩;OIB.洋岛玄武岩

图例1～4说明同图2

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第1期 朱涛等:草滩沟群火山岩的地球化学特征及其形成构造环境

4c)及Nb/Th-Th(图4d)图解判别,草滩沟群火山岩也都投点于岛弧火山岩区。综合上述元素地球化学分析认为,草滩沟群火山岩形成于岛弧构造环境,是板块俯冲作用引起楔型地幔的部分熔融导致的岩浆作用的产物。

5　讨论与结论

草滩沟群变基性火山岩的元素地球化学特征显示,其形成于岛弧构造环境。对于其形成时代,目前尚未获得比较精确的同位素定年资料,但根据地质证据仍可限制该火山岩的形成时代不会晚于晚奥陶世。

上述研究表明,草滩沟群火山岩显然不能作为斜峪关岩群的组成部分,而应单独划出,其具有与斜峪关岩群不同的成因意义;其岩石组成及地质、地球化学特征与东秦岭丹凤群火山岩相类似。虽然丹凤群火山岩的形成时代尚存争议,但地球化学性质显示其成因与板块俯冲消减作用引起的地幔楔形区部分熔融有关(张旗等,1995;张成立等,1994),应形成于岛弧环境,其中的放射虫硅质岩夹层中存在寒武纪—奥陶纪放射虫化石(崔智林等,1995)。反观笔者研究的草滩沟群火山岩,其形成构造环境与丹凤群火山岩相同,时代与后者也大致相当。

另外从构造分布上来讲,东秦岭丹凤群火山岩北侧出露有二郎坪岩群,南侧以商丹带相隔出露泥盆系刘岭群,研究表明二郎坪岩群形成于弧后盆地构造环境,其中的放射虫硅质岩夹层中存在奥陶纪—志留纪放射虫化石(王学仁等,1995);而草滩沟群火山岩其北侧出露斜峪关岩群,南侧同样出露有泥盆系。上文已叙及,东秦岭二郎坪岩群在物质组成与构造展布上均可与斜峪关群相对比,两者共同构成了秦岭造山带中—东段早古生代弧后盆地体系;延伸到西秦岭地区,以天水地区清水-伯阳弧后盆地型火山岩(待报道)为标志,与二郎坪群、斜峪关群共同标定了北秦岭早古生代弧后盆地构造环境。由此推断,草滩沟群岛弧型火山岩与丹凤群岛弧火山岩二者共同反映了北秦岭早古生代秦岭洋洋壳俯冲消减构造作用过程是岛弧岩浆作用产物。

综上所述,草滩沟群岛弧火山岩的标定证明其可作为东秦岭商丹带的西延部分,向西延伸可与西秦岭天水关子镇-武山蛇绿混杂岩带相接,记录了早古生代秦岭洋盆俯冲消减这一构造作用过程。

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Shang zho u area ,Shaanxi pr ov ince [J].Chinese Jour nal of G eochemistr y,1995,14(3):203-211.

The Geochemical Characteristics and Tectonic Setting of

Volcanics in Caotangou Group

ZHU T ao 1,DO N G Y un -peng 1,WA N G Wei 2,X U Jing -gang 3

,

M A Hai -y ong 3,CHA Li

4

(1.State K ey L abor atory o f Continental Dy namics ,Dep ar tment of Geology ,N orthw est Univer sity ,X i ’an 710069,China ; 2.College of R esource and Environment ,Guiz hou University ,G uiyang 550003,China ; 3.R esearch Institute o f PetroChina Changqing

Oilf ield Comp any ,X i ’an 710021,China ; 4.First Oil p rod uction f actory o f

Changqing Oilf ield Comp any ,Yan 'an 716000,China )

Abstract :The connecting relationship of the West Qinling and the East Qinling is a ho t spo t in geolog ic research in recent year s.T he Caotangou volcanic rock outcrop in the ar ea connecting the West Q inling and

65第1期 朱涛等:草滩沟群火山岩的地球化学特征及其形成构造环境

66 西　北　地　质 N ORT H W ES T ERN GEOL OGY 2008年

the East Qinling is the key to reso lve this scientific question.Geochemical research demo nstrates that the Caotango u volcanic rock is characterized by low TiO2、 REE contents,and hig h A l2O3content.T he chondr ite-no rmalized REE distribution pattern show flat to slightly enrichment char acteristics,the trace elem ents are characterized by enrichment in Cs,Rb,Ba and Th contents,intensive depletion in Nb and Ta co ntents,and the unfr actionated HFSE elements.T he characteristics of Nb,Ta,Zr,Hf contents and Nb/ La,H f/T a,La/Ta,Ti/Y values indicate these vo lcanic rocks are influenced by the input co mponents derived from the subduction-zone fluid in their m agma sour ce,sim ilar to typical island arc basalt.Fro m the study of geolog y and g eo chem istry,it can be sug gested that the Caotang ou v olcanic rock could be co mpar ed with the meta-volcanic ro ck of Danfeng gro up w hich were mag matic product from the subduction-zone during the closing o f Qinling ocean in early Palaeo zoic.T he Caotang ou v olcanic rocks pr esent the w est part of the Shangdan Suture.Str entching to the west,it co uld co nnect with the Guanzizhen-Wushan ophiolitic m lang e in the West Qinling area

Key words:Qinling orog enic belt;Caotiangou;basalt;g eo chem istry;tectonic setting

第三届全国成矿理论与找矿方法学术

讨论会在海口举行

由中国矿物岩石地球化学学会矿床地球化学专业委员会、中国地质学会矿床地质专业委员会等单位联合发起的“第三届全国成矿理论与找矿方法学术讨论会”于2007年12月11日～13日在海南省海口市举行,来自全国各地的代表近400人参加了此次会议。其中,有5位院士分别作了大会报告,李廷栋院士的报告为“南北极地理地质基本特点和领土权益之争”;陈毓川院士的报告为“我国矿产资源与对策”;翟裕生院士的报告为“成矿系统时空演变与资源效应”;李曙光院士的报告为“高压-超高压变质地球化学:俯冲带地球化学研究的一个新领域”;裴荣富院士的报告为“岩浆侵入接触构造体系与成矿:超巨量金属工业堆积”。另有12位年富力强的中青年学者也作了大会报告,院士和中青年学者的报告引起了与会代表的高度关注。会议共设有10个专题,分别是: 1.中国东部中、新生代大规模成矿作用。2.地幔柱成矿作用。

3.低温成矿及分散元素成矿作用。

4.碰撞造山与成矿。

5.重要矿产和危机矿山深部找矿预测理论和方法。

6.成矿作用的理论和实验模拟。

7.成矿作用的地球化学示踪及成矿年代学。

8.现代海底成矿与找矿。

9.矿产资源综合利用及矿山开采的环境效应。10.区域找矿理论和方法。代表们围绕这10个专题对近几年的最新研究成果进行了广泛的讨论和交流。西安地质调查中心宋忠宝研究员作了“东昆仑德尔尼铜矿‘碳质(砂)板岩’的岩类学、岩石化学及其地质意义”的专题报告。会议共收到论文230篇,全部发表在2007年《矿物学报》第27卷增刊上。其中包括有西安地质调查中心宋忠宝、杨建国、张照伟和高永宝等4篇论文。会后代表们分别对:海口石山火山群世界地质公园火山地貌及玄武岩;海口市—南港滨海锆钛砂矿;亚洲最大的富铁矿——石禄铁矿进行了地质考察。

(西安地质调查中心矿产资源处宋忠宝、杨建国报道)