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。本文总结了不同环境产出的双峰式火山岩组合的岩石学和微量元素、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(LILE)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LREE/HREE强烈分离的模式,LREE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LREE

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。921999年第27卷第4期Vol.27,No.4,1999 地　质　地　球　化　学GEOLOGY2GEOCHEMISTRY 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LREE和Th,亏损Nb,εNd(t)从较高的正值至

0,变化较大;MORB则是LREE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LREE,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LILE,

REE分布为LREE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LREE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LREE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LILE,亏损或略富集LREE,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

LagunadelMaule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LILE、LREE和Th,亏损Nb,εNd(t)为正值;流纹岩强烈

富集Th和LREE,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、LREE略亏损或略富集为特征,Nb亏损,εNd(t)为正值;

流纹岩富Th和LREE,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03地质地球化学 1999年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,TiO2=0.3%～0.45%,P2O5=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,LREE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。

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