不同构造环境中双峰式火山岩的地球化学特征

不同构造环境中双峰式火山岩

的地球化学特征3

钱　青1)　王　焰1,2)

1)(中国科学院地质研究所,北京,100029)

2)(西北大学地质系,西安,710069)

摘　要　近年来的研究表明,双峰式火山岩套可以形成于大陆裂谷、洋内岛弧、活动大陆

边缘、弧后盆地等多种环境。Sm -Nd 同位素与不活动微量元素(REE ,Zr ,Ti ,Th ,Nb

等)相结合,进行综合研究,可帮助判断双峰式火山岩套成因和形成环境。本文总结了不

、稀土元素、同位素地球化学特征,

并根据对北祁连边马沟双峰式火山岩研究提出了其形成环境可能为岛弧环境,这一认识

对探讨该地区造山带演化的地球动力学具有一定的意义,对在该地区的找矿工作也有一

定的启发。

关键词　双峰式火山岩　形成环境　地球化学　边马沟

第一作者简介　钱　青　男　1969年出生　博士研究生　从事岩石学研究

通常认为,双峰式火山岩与拉张构造作用有关,产于大陆裂谷环境。近年来的研究发现,双峰式火山岩可以产于地球动力学特征明显不同的环境,如大陆裂谷、洋内岛弧[2]、活动大陆边缘[3]、弧后盆地[4]等。双峰式火山岩形成环境的判别及其成因的探讨,对恢复地球动力学演化历史有重要意义。Christian 等(1997)[1]将双峰式火山岩归纳为两大类(板内拉张和破坏板块边缘)和五种环境(大陆裂谷、板块扩张、洋内岛弧、活动陆缘和弧后扩张的早期阶段)。此外,在板块碰撞后阶段还可以形成一套与岩石圈拆沉作用有关的双峰式火山岩[5]。下面将各类双峰式火山岩组合的基本地质和地球化学特征加以归纳。

1　板内和板块扩张环境

1.1　大陆裂谷环境

此种环境以东非裂谷最著名;此外,产于洋岛、与地幔柱活动有关的双峰式火山岩也归为此类,如冰岛和加拉帕戈斯岛。东非裂谷的基性岩主要是富碱质的,可以包括从正常的拉斑玄武岩到碱性玄武岩、SiO 2不饱和的碧玄岩和霞石岩、超钾质的白榴岩以及碳酸岩等,长英质岩石也是偏碱质的,如粗面岩、响岩和碱性流纹岩等[6]。产于这种环境的玄武岩通常富Ti 、K 、P 、Nb 、Th 等大离子亲石元素(L IL E )和高场强元素(HFSE ),Zr/Nb 比值低(3～10)[1],在微量元素模式图中呈钟型分布。REE 分布为L REE/HREE 强烈分离的模式,L REE 丰度通常较高,为球粒陨石的50～500倍。由于受到不同程度陆壳混染的影响,Nd 和Sr 同位素比值可以变化很大[6],一般εNd (t )为中等的正值(+2～+5)。产于这种环境的酸性岩主要是碱性和过碱性的粗面岩和流纹岩,明显富集L REE 1998年9月24日收稿,11月25日改回。3国家自然科学基金(编号:49472101)资助项目。

9

21999年第27卷第4期Vol.27,No.4,1999 地　质　地　球　化　学GEOLO GY 2GEOCHEMISTR Y

03地质地球化学 1999年

和HFSE,Th丰度较低,εNd(t)与玄武岩的类似[1]。

1.2　大陆减薄环境

这种环境的例子有南非的Karoo、南美的巴拉纳和印度的德干高原[1]。这种环境的基性岩为拉斑玄武岩,可以从CFB至MORB。CFB通常富L REE和Th,亏损Nb,εNd(t)从较高的正值至0,变化较大;MORB则是L REE亏损或略富集的,εNd(t)变化大,可以大于+6,Nb呈负异常或无异常,Nb的亏损程度和εNd(t)值大小与陆壳混染程度有关。酸性岩为低钾质、碱性、过碱性或富铝质的(受壳-幔混合作用制约),其中,碱性流纹岩的特征类似大陆裂谷环境的流纹岩,其εNd(t)与伴生的玄武岩类似;富铝质的流纹岩富集Th和L REE,强烈亏损Nb,εNd(t)为负值,说明是陆壳部分熔融形成的。

1.3　碰撞后伸展阶段环境

这种环境,如英国的第三纪火山岩省、尼日利亚裂谷[8],美国西南部的盆地-山脉省,Chris2 tian等(1997)[1]把它们归在大陆减薄阶段环境,另一种意见认为属于碰撞后阶段环境[8,9]。这种环境产出的基性岩为拉斑质和碱性的,其流纹岩为正常至碱性的。这种环境产出的玄武岩的地球化学性质介于CFB和OIB之间,并且具有岛弧火山岩的某些特征(亏损Nb和Ta);同时,富L IL E, REE分布为L REE略富集或强烈富集型的,Th、Ta含量相近;如果存在陆壳混染的影响,则出现Th>Ta,La>Ta及Nb-Ta亏损现象。

2　破坏板块边缘环境

2.1　洋内岛弧

这种环境(如斐济和加勒比),其产出的双峰式岩套的基性岩和酸性岩之比例是可变化的,斐济岛的流纹岩较少,而在加勒比东北则流纹岩占优[3]。其基性岩为岛弧拉斑玄武岩,REE模式呈平坦型分布或L REE强烈亏损,贫Th和Nb,εNd(t)很高(+9);在岛弧成熟阶段环境可以有安山岩出现,这种安山岩富L REE和Th,亏损Nb,εNd(t)为很高的正值。其酸性岩则有英安岩、流纹岩和斜长花岗岩,贫K和Nb,亏损L IL E,亏损或略富集L REE,εNd(t)为很高的正值。在少数情况下,在岛弧地区也见到双峰式的过渡的玄武岩和碱性及过碱性的流纹岩组合,它们通常与拉张事件有关,而不属于岛弧火山岩组合[11]。

2.2　活动大陆边缘

这种环境包括成熟弧和建立在相对年轻或较薄的陆壳之上的火山弧,如Cascades、智利中部的Laguna del Maule火山杂岩和日本琉球弧的喜界火山[1]。其安山岩通常占优势,也发育双峰式岩浆组合。其基性岩以钙碱性的为主,富集L IL E、L REE和Th,亏损Nb,εNd(t)为正值;流纹岩强烈富集Th和L REE,明显亏损Nb,εNd(t)为正值。

2.3　弧后扩张初期阶段环境

这种环境如伊豆弧的须美寿裂谷、日本弧北东、北加利福尼亚等[12,13],其所产出的基性岩均属于低钾系列,以REE总量低、HFSE亏损、L REE略亏损或略富集为特征,Nb亏损,εNd(t)为正值;流纹岩富Th和L REE,贫Nb,εNd(t)为正值,与玄武岩的Nd同位素比值接近,(87Sr/86Sr)i比值比玄武岩略高且变化较大,通常解释为受海水蚀变作用的影响[1,3,14,15]。

中国有关双峰式火山岩的报道很多,如华北板块南缘中元古代的熊耳群,杨子板块北缘新元古代的耀岭河群、随县群,新元古代—早古生代祁连造山带的边马沟、白银厂[17,18]等。熊耳群双峰式

火山岩通常被认为是产于大陆裂谷的[19,20],也有人认为产于岛弧环境[21]。对于北祁连造山带双峰式火山岩的形成环境,究竟是大陆裂谷[17,20]还是岛弧[18]的,也存在不同的认识。笔者研究了边马沟的双峰式火山岩的岩石学和地球化学特征,结果表明,边马沟玄武岩和流纹岩均属于钙碱性的,玄武岩贫Ti 、K 、P 、Nb 和Ta ,TiO 2=0.3%～0.45%,P 2O 5=0.05%～0.07%,Ti/V 比值低(8～11),Th >Ta (Th/Ta =2.5～3.3),REE 分布模式呈平坦型分布,∑REE 仅为球粒陨石的1/11;流纹岩和英安岩也亏损Ti ,K ,P ,Nb 和Ta ,Th >Ta ,REE 总量较低,略高于伴生的玄武岩,L REE 略呈富集型,其丰度不超过球粒陨石的40倍。玄武岩的εNd (t )=+3.1～+3.5,流纹岩的εNd (t )=+3.4～+3.7(假定t =500Ma )。边马沟双峰式火山岩中玄武岩和流纹岩具有相似的微量元素地球化学特征和Nd 同位素组成,说明二者可能有成因上的联系。从岩石学和地球化学特征判断,两者应为产于岛弧环境的双峰式火山岩套,而不是产于大陆裂谷环境的[22]。

双峰式火山岩套在造山带中很常见,其成因和形成环境不仅对建立造山带地球动力学模型有重要意义,而且对找矿工作也会有新的启发。以白银厂为例,白银厂铜铅锌矿床属于特大型矿床,而白银厂矿床围岩的形成环境至今仍存在许多争议。目前的研究表明,若将Nd 同位素和不活动微量元素(REE ,Zr ,Ti ,Th ,Nb 等)相结合,进行综合研究,则对双峰式火山岩的构造环境的判别和成因的解释会很有帮助。

参考文献

[1]Christian P.and Paquette J.L.A mantle derived bimodal suite in the Hercynian Belt :Nd isotope and trace element

evidence for a subduction 2related rift origin of the Late Devonian Brevenne metavolcanics ,Massif Central (France ).Cont ributions to Mineralogy and Pet rology ,1997,129:222～238.

[2]G eist D.,Howard K.A.and Larson P.The generation of oceanic rhyolites by crystal fractionation :the basalt 2rhyo 2

lite association at Volcan Alcedo ,G alapagos Archipelago.Journal of Pet rology ,1995,36:965～982.

[3]Donnelly T.W.and Rogers J.J.W.Igneous series in island arcs :the northeastern Caribbean compared with world 2

wide island 2arc assemblages.B ulletin V olcanologique ,1980,43:347～382.

[4]Hochstaedter A.G.,G ill J.B and Morris J.Volcanism in the Sumisu Rift.Ⅱ.Subduction and non 2subduction re 2

lated components.Earth and Planetary Science L etters ,1990,100:195～209.

[5]K ay R.W.and K ay S.M.Delamination and delamination magmatism.Tectonophys ,1993,219:177～189.

[6]Wilson M.Igneous Petrogenesis.London :Unwin Hyman ,1989.

[7]周德进、周云生、徐平,滇西墨江西部石炭、二叠纪火山岩。地质科学,1992,(3):249～259。

[8]Turner S.,Sandiford M.and Foden J.S ome geodynamic and compositional constraints on “postorogenic ”magma 2

tism.Geology ,1992,20:931～934.

[9]G ans P.B.,Mahood G.A.and Schermer E.Synextensional magmatism in the Basin.and Range province :A case

study from the eastern Great Basin.Geological Society of A merica S pecial Paper ,1989,233:60.

[10]赵大升‘刘祥品,滇西北碰撞型火山岩的地球化学特征。地球化学,1994,33:235～244。

[11]Smith I.E.M.et al.Peralkaline rhyolites associated with andesitic arcs of the southwest Pacific.Earth and Plane 2

tary Science L etters ,1977,37:230～236.

[12]Brouxel et al.The deep layers of a Paleozoic arc :geochemistry of the Copley 2Balaklala series ,northern California.

Earth and Planetary Science L etters ,1987,85:386～400.

[13]Ohki J.,Shuto K.and K agami H.Middle Miocene bimodel volcanism by asthenospheric upwelling :Sr and Nd iso 2

topic evidence from the back 2arc region of the Northeast Japan arc.Geochemical Journal ,1994,28:473～487.

[14]Meijer A.The origin of low 2K rhyolites from the Mariana frontal arc.Cont ributions to Mineralogy and Pet rology ,

13第4期 钱青等:不同构造环境中双峰式火山岩的地球化学特征

23地质地球化学 1999年

1983,83:45～51.

[15]Ikeda Y.and Yuasa M.Volcanism in nascent back2arc basins behind the Shichito Ridge and adjacent areas in the

Izu2Ogasawara arc,NW Pacific evidence for mixing between E2type MORB and island arc magmas at the initiation of back2arc rifting.Cont ributions to Mineralogy and Pet rology,1989,101:377～393.

[16]翟明国,太古代变质玄武岩的地球化学特征及大地构造意义。地质科学,1991,3:222～229。

[17]夏林圻、夏祖春、徐学义,北祁连山海相火山岩岩石成因,北京,地质出版社,1996。

[18]张　旗、孙晓猛、周德进等,北祁连蛇绿岩特征、形成环境及其构造意义。地球科学进展,1997,12:366～393。

[19]孙　枢,从柏林,李继亮,豫陕中晚元古代沉积盆地(一)。地质科学,1981,4:314～322。

[20]夏林圻、夏祖春、任有祥等,祁连秦岭山系海相火山岩,武汉,中国地质大学出版社,1991。

[21]胡受奚,林潜龙等,华北与华南古板块拼合带地质和成矿,南京,南京大学出版社,1988。

GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF BIMODAL

V OLCANIC SUITES FR OM DIFFERENT

TECT ONIC SETTING S

Qian Qing1)　Wang Yan1,2)

1)(Institute of G eology,Chinese Academy of Sciences,Beijing100029)

2)(Department of G eology,Northwest University,Xi’an710069)

Abstract

Recent study has shown that bimodal volcanic suites can be formed in different tectonic environ2 ments,such as continental rifts,island arcs,active continental margins and back2arc basins.It is con2 sidered that a combined use of the Sm2Nd system with immobile trace elements(such as REE,Zr,Ti, Th,Nb)may be very useful to the interpretation of their petrogenesis and initial tectonic settings.In this paper,the petrological and geochemical characteristics of bimodal volcanic suites from different en2 vironments are summarized.It is suggested that the bimodal volcanics from Bianmagou,North Qilian, were formed in an island arc environment.This is of some significance to the study of the geodynamic evolution of the North Qilian orogenic belt,and also to ore2search in this area.

K ey w ords:bimodal volcanic suite;forming setting;geochemistry;Bianmagou