山西同城縣舊高山火山巖的成因

山西同城縣舊高山火山巖的成因

中新世和新生代華北克拉通巖漿活動強烈，頻繁，與華北克拉通破壞密切相關(guān)。近十多年來,國內(nèi)外許多學者把華北克拉通東部、北部地區(qū)的中、新生代巖漿巖當作深部“探針”進行了精細的研究。在華北克拉通巖石圈減薄的時間、主導機制、時空演化、軟流圈對巖石圈地幔作用的過程、巖石圈組成轉(zhuǎn)變方式、主要驅(qū)動力等方面,取得了豐碩的研究成果筆者在野外剖面實測過程中,發(fā)現(xiàn)舊高山火山巖角度不整合覆蓋于一套灰紫色-紫紅色礫巖之上。礫巖層厚11.3m,礫石成分以黑云鉀長片麻巖、黑云斜長片麻巖、硅質(zhì)巖和竹葉狀灰?guī)r礫石為主。礫石大小懸殊,最大可達30cm,小的僅2~3mm,由粗砂質(zhì)孔隙式膠結(jié)。通過對比發(fā)現(xiàn),該層礫巖與區(qū)域上的下白堊統(tǒng)左云組底部礫巖在礫石成分和結(jié)構(gòu)上完全類似。據(jù)此筆者認為,舊高山火山巖的時代應(yīng)歸屬于早白堊世。有關(guān)資料表明,在舊高山毗鄰的內(nèi)蒙古清水河-和林格爾一帶至卓資縣一帶分布有大面積的、且與舊高山火山巖在巖性上完全可以對比的早白堊世火山巖。他們同位于華北克拉通中西部,把舊高山火山巖當作深部“探針”進行研究,以揭示本地區(qū)早白堊世的構(gòu)造巖漿活動特點,具有重要意義。1老高山火山巖的層序和巖相學特征1.1火山巖巖性組合舊高山早白堊世火山巖位于大同煤田西北邊緣,大同向斜西翼,呈NE展布,向南西、北東均迅速變薄并尖滅,分布面積僅3km筆者在野外對舊高山火山巖剖面進行了詳細實測,在室內(nèi)進行了顯微鏡觀察,確認舊高山火山巖為一套中基性火山巖,巖性組合為致密狀玄武質(zhì)安山巖與杏仁狀、氣孔狀玄武質(zhì)安山巖互層,可劃分為四個噴發(fā)旋回。每個旋回下部為致密狀玄武質(zhì)安山巖,上部為氣孔杏仁狀玄武質(zhì)安山巖。四個旋回連續(xù)噴發(fā),中間無沉積間隔,僅在第二旋回下部發(fā)現(xiàn)有4m厚的集塊巖。說明整體以寧靜式噴發(fā)為主,為中基性溢流火山巖?；鹕綆r剖面見表1所示。1.2巖相學特征1.2.1礦石礦物組成在舊高山火山巖剖面上,致密狀玄武質(zhì)安山巖共有4層,巖性基本相近,在地貌上為陡坎(圖1-a),斷面可見流動紋飾。風化面為淺灰色,新鮮面為灰黑色,多數(shù)斷面上分布有大小在1.20~2.50mm的紫色斑點,致密塊狀構(gòu)造。主要礦物組成為斜長石,其含量(體積分數(shù))為55%~65%;輝石,含量20%~25%;次為伊丁石或伊丁石化橄欖石,含量10%~15%?？梢姌O少量副礦物磁鐵礦、磷灰石等。斜長石呈長條狀,輝石多為細小的它形粒狀,個別為半自形柱狀(圖1-e),伊丁石為深褐紅色,細小粒狀。伊丁石化橄欖石粒度相對較大,裂理發(fā)育,但仍保留其它形粒狀的假象(圖1-d)。細小粒狀礦物充填于雜亂分布的長條狀斜長石之間,整體為粗玄結(jié)構(gòu)。1.2.2致密狀玄武質(zhì)安山巖巖石學特征氣孔、杏仁狀玄武質(zhì)安山巖位于每個噴發(fā)旋回的上部。其特征是在2、3、4旋回上部為杏仁狀玄武質(zhì)安山巖,杏仁體橢圓形-圓形,大小介于0.36~2.49mm之間,由粒狀方解石構(gòu)成(圖1-f),占巖石總量(體積分數(shù))的35%~40%。在第1噴發(fā)旋回上部主要為氣孔狀構(gòu)造,局部層段為杏仁狀構(gòu)造。氣孔呈定向拉長狀(圖1-b),且上部氣孔大而密集,大小5~10mm;下部氣孔小而少,約為1~5mm?；w部分主要為斜長石、輝石及少量伊丁石和伊丁石化橄欖石,以及少量副礦物磁鐵礦組成,與致密狀玄武質(zhì)安山巖特征相似。其不同之處表現(xiàn)在深褐紅色它形粒狀的伊丁石常聚集一起構(gòu)成聚合斑。1.2.3基性火山巖角礫巖集塊巖被夾于舊高山火山巖第1噴發(fā)旋回上部的氣孔、杏仁狀玄武質(zhì)安山巖之中,火山角礫結(jié)構(gòu)。角礫呈棱角狀,大小20~50cm,角礫被結(jié)晶粒狀方解石膠結(jié)充填(圖3-c)。角礫成分以致密狀玄武質(zhì)安山巖為主,少量為杏仁狀玄武質(zhì)安山巖。舊高山早白堊世中基性火山巖礦物組成的突出特點是,每個噴發(fā)旋回下部致密狀玄武質(zhì)安山巖中均含有少量渾圓狀的伊丁石化橄欖石,裂理發(fā)育。這一特征表明,該套火山巖的巖漿來源可能較深。2火山巖的主要元素化合物和地球化學特征2.1主、微量元素分析方法在舊高山中基性火山巖剖面實測過程中,共采集新鮮樣品63個,除主要用于巖礦鑒定外,考慮到由于氣孔杏仁狀火山巖中杏仁體為后期充填,影響分析測試結(jié)果,故我們選擇每個噴發(fā)旋回致密狀火山巖樣品4個,送核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心進行主、微量元素分析。主量元素測試儀器為ICAP6300等離子體發(fā)射光譜儀,測試環(huán)境溫度20℃,相對濕度30%;微量元素測試儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜分析儀,方法ICP-MS,測試環(huán)境溫度20℃,相對濕度30%。2.2古高山火山巖的巖石名稱和巖石群前人多將舊高山火山巖稱為凝灰?guī)r及安山巖由表2知,舊高山中基性火山巖4個樣品的Al2.3原始地表的建立火成巖微量元素的豐度是巖漿成因演化的重要標志。由于在巖漿作用中不同性質(zhì)的微量元素的地球化學行為不同,因此通過微量元素地球化學的研究,探討巖漿巖源區(qū)、巖漿起源和演化過程和構(gòu)造背景,具有重要的示綜意義。筆者將表2的微量元素分析結(jié)果標準化后,編制成微量元素標準化蛛網(wǎng)圖(圖3)。圖中S代表樣品,PM代表原始地幔。從圖3可以看出,舊高山早白堊世火山巖4個樣品的微量元素配分模式完全相似,均相對富集Ba、Ta、Nb、Sr、Zr、Hf、Sc等強不相容元素,虧損Y、Cr、Ni元素,說明他們來自同一個巖漿源區(qū)。據(jù)Langmuir(1976)的研究,橄欖石的分離結(jié)晶或殘余會導致巖石中Cr、Ni的虧損,若巖石中w(MgO)<15%時,Cr、Ni的虧損更主要是受源區(qū)殘留相橄欖石和尖晶石的控制。而舊高山火山巖樣品的w(MgO)=1.37%~3.8%(如表2),遠小于15%,這就告訴我們,其Cr、Ni的虧損可能是巖漿源區(qū)橄欖石和尖晶石的殘留所致。另外,筆者通過計算得出舊高山火山巖樣品的Rb和Yb原始地幔標準化后的比值范圍為10~41(如表2),屬強不相容元素富集型。說明舊高山火山巖的巖漿可能為富集地幔源或交代地幔源,熔融程度低、分離結(jié)晶程度強的殘余熔體2.4舊高山火山巖稀土元素含量舊高山火山巖稀土元素分析結(jié)果如表2所示,筆者將其標準化后編制成稀土元素配分蛛網(wǎng)圖(圖4)。圖中S代表樣品,CⅠ代表球粒隕石。由表2可知,舊高山白堊紀火山巖樣品的∑REE為372.468~421.074μg/g,稀土含量較高;LREE為328.04~359.41μg/g,HREE為44.428~61.664μg/g,為明顯的輕稀土富集型;輕稀土分餾w(La2.5舊高山火山巖構(gòu)造環(huán)境Th、Ta、Hf是一組地球化學性質(zhì)上具有相似性耐熔強親巖元素,其親巖漿性的變化基本同步,他們相互之間的比值關(guān)系不僅能反映深部作用的地球化學過程及源區(qū)的某些地球化學性質(zhì),而且可用來判別火山巖形成的大地構(gòu)造環(huán)境。筆者把表2的分析數(shù)據(jù)計算后,將參數(shù)點投入火山巖構(gòu)造環(huán)境w(Th)/w(Hf)-w(Ta)/w(Hf)判別圖解(圖5)。4個樣品的參數(shù)點均落于Ⅵ1范圍內(nèi),即大陸板內(nèi)陸內(nèi)裂谷及陸緣裂谷拉斑玄武巖區(qū),說明舊高山早堊世火山巖形成于大陸板內(nèi)裂谷大地構(gòu)造環(huán)境。Joron和Truil構(gòu)造環(huán)境和巖漿物質(zhì)來源分析表明,舊高山早白堊世火山巖形成于大陸板內(nèi)裂谷大地構(gòu)造環(huán)境,巖漿來源于地幔物質(zhì)的部分熔融與下地殼組分部分熔融的混合。3動力學背景晚侏羅世—早白堊世是華北克拉通東部構(gòu)造-巖漿活動的重要時期4舊高山火山巖巖漿1