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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (5): 819-829  
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张杰, 汤鸿伟, 侯明才, 史俊波, 杨伟, 张辉善, 陈琳, 任清军. 青海尕林格南地区火山岩地球化学特征及锆石U-Pb年龄[J]. 地质通报, 2018, 37(5): 819-829.
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Zhang J, Tang H W, Hou M C, Shi J B, Yang W, Zhang H S, Chen L, Ren Q J. Geochemistry and zircon U-Pb ages of the volcanic rocks in southern Galinge, Qinghai Province[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(5): 819-829.
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基金项目

中国地质调查局项目《青海省格尔木市尕林格南地区J46E020008、J46E020009两幅1:5万区调》(编号:12120113033013)

作者简介

张杰(1985-), 男, 硕士, 工程师, 从事区域地质调查与固体矿产勘查。E-mail:574076635@qq.com

文章历史

收稿日期: 2017-06-27
修订日期: 2017-10-09
青海尕林格南地区火山岩地球化学特征及锆石U-Pb年龄
张杰1 , 汤鸿伟1,2 , 侯明才2 , 史俊波1 , 杨伟1 , 张辉善3 , 陈琳1 , 任清军1     
1. 四川省核工业地质局二八二大队, 四川 德阳 618000;
2. 成都理工大学沉积地质研究院, 四川 成都 610059;
3. 中国地质调查局西安地质调查中心, 陕西 西安 710054
摘要: 在东昆仑山脉西段祁漫塔格山中东部的尕林格南地区发育一套火山岩,调查显示火山活动爆发相→溢流相相间的韵律周期较明显,见由玄武质含火山角砾凝灰岩→玄武岩、玄武质凝灰岩→安山岩、安山质角砾凝灰岩→安山岩,以及安山质含火山角砾凝灰岩和安山岩质凝灰岩→玄武岩组成的4个韵律。根据研究区安山质火山角砾凝灰岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄222.2±2.1Ma,将该火山岩地层由前人划分的顶志留统—下泥盆统契盖苏组火山岩段重新厘定为上三叠统鄂拉山组。岩石地球化学研究结果表明,该套火山岩属于亚碱性钙碱性系列岩石,具有富钾、同源岩浆演化的特点,并具弧火山岩和碰撞火山岩的地球化学特征,为陆内造山作用下的产物,较好地记录了东昆仑祁漫塔格造山带在晚三叠世岩浆演化的地质信息。
关键词: 火山岩    地球化学    锆石U-Pb年龄    鄂拉山组    尕林格南    
Geochemistry and zircon U-Pb ages of the volcanic rocks in southern Galinge, Qinghai Province
ZHANG Jie1, TANG Hongwei1,2, HOU Mingcai2, SHI Junbo1, YANG Wei1, ZHANG Huishan3, CHEN Lin1, REN Qingjun1     
1. No. 282 Brigade of Sichuan Nuclear Geology Corporation, Deyang 618000, Sichuan, China;
2. Institute of Sedimentary Geology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China;
3. Xi'an Center of Geological Survey, China Geological Survey, Xi'an 710054, Shaanxi, China
Abstract: Volcanic rocks are well developed in southern Galinge which lies in mid-eastern Qimantag Mountain of the western part of the East Kunlun Mountains. The investigation shows that the volcanic activity from explosive phase to overflow phase is more pronounced and there are four rhythms at most. According to the zircon U-Pb age (222.2±2.1Ma) obtained by the LA-ICPMS for the tuff in the study area, the volcanic rocks should be assigned to Late Triassic (T3e) rather than to volcanic rocks of top Silurian-Early Devonian Qigaisu Formation (S4D1q1) assigned by previous researchers. Geochemical studies of the rocks show that the volcanic rocks are of sub-alkaline-calc-alkaline series rich in potassium and characterized by cognate magma evolution, and have the geochemical features of arc rocks and collisional volcanic rocks. They are the products of intracontinental orogenesis, and hence the geological information of magmatic evolution of the East Kunlun Qimantag orogenic belt in the Late Triassic period is well documented.
Key words: volcanic rocks    geochemistry    zircon U-Pb ages    Elashan Formation    southern Galinge    

尕林格南地区大地构造位置隶属古亚洲与特提斯构造域相结合部位的中昆仑微地块(早古生代复合岩浆弧带,亦称祁漫塔格构造结合带)[1],北邻柴达木陆块,西邻库木库里小盆地,区域构造方向为近北西西向[2]。研究区内发育一套以含火山角砾凝灰岩、安山岩和少量英安岩、玄武岩为主的中酸性火山岩,面积约26km2。对于该套火山岩,仅有1:20万区域地质调查报告、1:25万区域地质调查报告和相关图件可查阅,但对本次研究区内该套火山岩未进行系统的研究工作,无具体的地球化学样品、化石或同位素年龄依据支撑。笔者在执行“青海省格尔木市尕林格南地区J46E020008、J46E020009两幅1:5万区调”项目时,首次对该套火山岩的岩石地球化学特征和年代学进行研究,本文是该研究成果的一部分。

祁漫塔格造山带的演化一直受到关注[3],发育在尕林格南地区的火山岩是其重要的组成部分和岩浆作用记录,研究其形成环境、查明岩石成因、确定其成岩时代,对认识该造山带的地质演化具有重要的意义。

1 地质概况

研究区岩浆活动频繁,从早古生代开始,整个东昆仑地区发生广泛的裂解作用,形成东昆仑多岛洋盆,奥陶纪为多岛洋的全盛期,其主洋盆位于东昆中陆块以南,沿昆中断裂分布;早二叠世末期,昆南洋向北俯冲,祁漫塔格造山带经历了挤压叠覆造山过程,并引发大面积的中酸性岩浆活动;晚三叠世陆相火山盆地的产生,证明祁漫塔格造山带这一重要转换时期的存在,挤压叠覆造山使这里的陆壳增厚巨大[4]

区内地层出露不完全,时间跨度大,岩石类型较简单。出露的岩石地层单位主要有古元古界白沙河岩组(Pt1b)及分布面积较广的第四系,白沙河岩组(Pt1b)为一套片麻岩、混合岩夹片岩、大理岩的岩石组合的中高级变质岩系。区内广泛分布早泥盆世—晚三叠世花岗岩类,岩体多以不规则的长条状岩基或岩株形式产出,受北西向断裂构造控制明显。本次研究的鄂拉山组(T3e)陆相火山岩喷发不整合于晚三叠世二长花岗岩之上,局部被稍晚的花岗闪长岩及后期早侏罗世侵入岩(体)侵入破坏,与早泥盆世侵入岩和古元古代中深变质岩为断层接触。火山岩中脉体发育,主要为石英二长斑岩脉和花岗斑岩脉,呈北西向展布,局部呈脉群产出,脉体长条状、不规则状、透镜状等,宽0.1~1m(图 1

图 1 研究区地质简图 Fig.1 Geological sketch map of the study area
2 岩石组合特征

研究区火山岩为一套含火山角砾凝灰岩、安山岩和少量英安岩、玄武岩的中酸性岩石组合。主要岩石类型有灰色-灰绿色-灰黑色安山质含火山角砾凝灰岩、安山岩、凝灰岩、英安质含火山角砾凝灰岩、玄武质含火山角砾凝灰岩、流纹质凝灰岩、安山质凝灰岩、熔结角砾凝灰岩及少量英安岩、玄武岩。沉积特点为中粗粒级与中细粒级相互交替。

3 火山喷发韵律、旋回及火山岩相划分

研究区火山喷发旋回均属鄂拉山火山喷发旋回,受后期构造作用、岩浆侵入破坏及风化剥蚀作用影响,不同地段所反映出的火山喷发强度、岩石组合、火山喷发韵律、火山岩相等各不相同。

根据剖面测制情况可划分出4个韵律,由爆发相→溢流相相间的正韵律序组成,岩性由中基性向酸性过渡(图 2)。其中第1韵律构成火山喷发早期阶段,由爆发相、溢流相组成,喷发持续时间一般,喷发累计厚度略大,岩性为玄武质含火山角砾凝灰岩、玄武岩;第2韵律由爆发相、溢流相组成,火山喷发持续时间较长,相对爆发相短,溢流相长,火山喷发累计厚度略大,岩性组合为玄武质凝灰岩、安山岩;第3韵律由爆发相、溢流相组成,火山喷发持续时间长,火山喷发累计厚度大,岩石类型以安山质角砾凝灰岩、安山岩为主;第4韵律由爆发相、溢流相组成,喷发时间长,相对爆发相长,溢流相短,火山喷发累计厚度大,岩性主要为安山质含火山角砾凝灰岩、安山岩质凝灰岩、玄武岩。

图 2 晚三叠世鄂拉山组火山岩旋回和韵律图 Fig.2 The rhythm and cycle of volcanic rock in Late Triassic Elashan Formation

通过研究发现,研究区火山活动爆发相→溢流相相间的韵律周期较明显,最多见有4个韵律,由此构成一个完整的鄂拉山火山旋回。每个韵律都从强烈爆发的火山碎屑岩开始逐渐到较宁静的溢流熔岩结束。研究区内鄂拉山组火山岩横向上以爆发相的含火山角砾凝灰岩为主,其次为喷溢相英安岩、安山岩。火山活动具有喷发相较长、溢流相较短的特征。

4 火山岩地球化学特征 4.1 主量元素

根据火山岩岩石化学成分测试数据(表 1),SiO2含量为51.64%~76.56%,基性-酸性火山岩均有发育,总体以中酸性火山岩为主;TiO2含量为0.059%~ 1.28%,Al2O3含量为12.90%~18.20%,Fe2O3含量为0.80%~3.78%,FeO含量为0.35%~6.02%,MnO含量为0.026%~0.24%,MgO含量为0.07%~4.89%,CaO含量为0.51%~7.02%,Na2O含量为1.97%~4.38%,K2O含量为1.4%~5.37%,P2O5含量为0.004%~0.38%;里特曼指数σ为0.86~3.31,其中17个样品σ为0.86~ 2.99,小于3.3,1个样品的σ值为3.31,大于3.3,样品主要为钙碱性系列;岩石固结指数SI在0.78~27.56之间,数值变化较大;分异指数DI=41.06~94.33,结果表明,随着SiO2含量的增加,岩石分异程度逐渐增高[5-6]。在TAS分类图解(图 3)中,样品在玄武岩、安山岩、玄武安山岩、粗面安山岩、英安岩、流纹岩区域均有分布。在SiO2-K2O图解(图 4[7]中,样品点主要落于高钾钙碱性系列-钙碱性系列区,3件样品为钾玄岩系列。

表 1 鄂拉山组火山岩主量元素含量及CIPW标准矿物参数 Table 1 The analyzed data of major elements and CIPW of volcanic rocks in Elashan Formation
图 3 鄂拉山组火山岩TAS图解 Fig.3 Diagram of TAS Pc-苦橄玄武岩;B-玄武岩;O1-玄武安山岩;O2-安山岩;O3-英安岩;R-流纹岩;S1-粗面玄武岩;S2-玄武质粗面安山岩;S3-粗面安山岩;T-粗面岩、粗面英安岩;F-副长石岩;U1-碱玄岩、碧玄岩;U2-响岩质碱玄岩;U3-碱玄质响岩;Ph-响岩
图 4 鄂拉山组火山岩SiO2-K2O图解 Fig.4 Diagram of SiO2-K2O

从SiO2-(Na2O+K2O)图解(图 5)可以看出,火山岩样品全部投影于亚碱性火山岩区内[8],说明火山岩为碱性系列,在FeO*-(Na2O+K2O)-MgO图解(图 6)中,亚碱性系列火山岩样品均投影于钙碱性系列岩中,可知鄂拉山组火山岩全为亚碱性钙碱性系列火山岩,且反映出火山岩具同源岩浆演化的特点[9-10]

图 5 鄂拉山组火山岩硅-碱图解[8] Fig.5 Diagram of SiO2-(K2O+Na2O) A—碱性;S—亚碱性
图 6 鄂拉山组火山岩AFM图解 Fig.6 Diagram of AFM T—拉斑玄武岩系列;C—钙碱性系列

亚碱性系列样品在An-Ab-Or图(图 7)中,主要投影于钾质区和普通区域,火山岩类型(系列)为普通-钾质类型(系列)。

图 7 鄂拉山组火山岩An-Ab-Or图解[8] Fig.7 Diagram of An-Ab-Or
4.2 稀土元素

从火山岩稀土元素含量及特征参数值(表 2)可见,鄂拉山组火山岩岩石的稀土元素总量∑ REE=77.66×10-6~247.42×10-6。轻稀土元素含量LREE=63.67×10-6~218.89×10-6,重稀土元素含量HREE=10.42×10-6~28.53×10-6,轻、重稀土元素比值∑LREE/∑HREE=3.54~10.47,属轻稀土元素富集、重稀土元素亏损型。(La/Yb)N=2.37~12.28,大于1。其稀土元素配分模式为右倾型(图 8[11-12],岩石中轻稀土元素分馏明显,分馏程度明显高于重稀土元素。δCe=0.86~1.31,Ce无亏损;17件样品δEu=0.19~0.92,小于1,2件样品δEu=1.11~1.24,大于1,多数样品Eu具弱负异常,为Eu亏损型,表明岩浆从基性-酸性演化过程中经历了斜长石的分离结晶作用。

表 2 鄂拉山组火山岩稀土元素特征 Table 2 The analyzed data of REE of volcanic rocks
图 8 鄂拉山组火山岩稀土元素配分模式[11] Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns
4.3 微量元素

火山岩微量元素含量(表 3)与维氏克拉克值(1962年)[13]相比,Zr、Hf元素含量较高,Rb、Sr、Ba元素变化较大,Cr、Nb、Ta等元素含量较低。原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 9[11]曲线左高右低,向右倾斜,曲线呈明显锯齿状。可以看出,大离子亲石元素Rb、K具有明显的富集特征,Ba、Sr明显亏损,表明具有斜长石的分离;高场强元素Nb、Ta、P、Ti相对原始地幔明显亏损[14-15]

图 9 鄂拉山组火山岩微量元素蛛网图[11] Fig.9 Primitive-mantle-normalized trace element distribution patterns
表 3 鄂拉山组火山岩微量元素特征 Table 3 The analyzed data of trace elements of volcanic rocks
5 火山岩锆石U-Pb年代学

前人在调查或研究过程中未对研究区火山岩进行专门的研究,在研究区火山岩内均未采集到化石或获得年龄值。2012年,青海省地质调查院完成的1:25万布伦台幅填图工作,在小灶火河(契盖苏)下游西岸的英安岩中获得了U-Pb同位素年龄值418.3±2.2Ma[16],将该套陆相碎屑岩、火山岩地层归属为契盖苏组火山岩段(S4D1q1[17],依据欠充分。中国科学院地质与地球物理研究所在执行国家“三○五”昆仑山地质研究项目时,对与研究区西部毗邻的祁漫塔格山东段依夏克帕一带采用Rb-Sr法同位素测年,获得全岩等时线年龄208±4Ma和222±2Ma[18]

在本次研究中,用LA-ICP-MS测定了安山质火山角砾凝灰岩中的锆石U-Pb年龄(图 10),测定结果见表 4。共测得25个数据,其中22个数据的206Pb/238U年龄加权平均值为222.2±2.1Ma。锆石颗粒大小一般在0.03~0.15mm之间,自形程度较好,呈无色-浅灰色,以自形短柱和长条状为主,部分呈椭圆状、不规则状,CL图像中多具清晰的振荡环带,部分具核-边结构(图 11)。另外,1号、3号、11号点的年龄值在405±4~425±4Ma之间,为捕获锆石的年龄(图 12)。

表 4 鄂拉山组安山质火山角砾凝灰岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素数据 Table 4 LA-MC-ICP-MS U-Pb analyzed data of the zircons for the tuff
图 10 安山质火山角砾凝灰岩照片 Fig.10 The pictures of andesitic volcanic breccia tuff a—火山角砾凝灰结构5×10(-);b—安山质火山角砾凝灰岩宏观照片
图 11 火山岩锆石阴极发光图像 Fig.11 The cathodoluminescence images of zircon grains
图 12 安山质火山角砾凝灰岩锆石U-Pb谐和图(a)和206Pb/238U年龄图(b) Fig.12 Zircon U-Pb age concordia diagram(a) and histogram(b) of the tuff

通过本次调查,研究区该套火山岩喷发不整合覆盖于晚三叠世二长花岗岩(锆石U-Pb同位素年龄227.3±1.4Ma)之上,北部以断层形式与早泥盆世二长花岗岩接触,局部被后期花岗闪长岩(锆石U-Pb同位素年龄217.3±1.1Ma)及早侏罗世钾长花岗岩侵入破坏。该区火山岩岩性整体为一套含火山角砾凝灰岩、安山岩和少量英安岩、玄武岩的中酸性岩石组合,与西侧邻区晚三叠世鄂拉山组岩性特征对应,且处于同一岩浆亚带上[19-20]

综上所述,本次通过对研究区火山岩进行同位素测年、岩性特征分析、接触关系调查及与相邻火山岩地层进行对比,将研究区内该套陆相火山岩地层重新厘定为晚三叠世鄂拉山组(T3e[21]

6 结论

(1)研究区内最多见有4个韵律,火山活动由爆发相→溢流相相间的韵律周期较明显。岩系南部以安山岩、英安岩、流纹质凝灰岩和安山质凝灰岩为主,代表火山活动早期相对平静的火山喷溢;之后出现大量的含火山角砾凝灰岩,反映其具有较强烈的火山爆发特征;北部以中酸性含火山角砾岩凝灰岩为主,表示火山活动在晚期又变为较平静的溢流相沉积。由此构成一个较完整的火山喷发旋回。

(2)岩石地球化学研究表明,该套火山岩属于亚碱性钙碱性系列岩石,并具有富钾特点;具有稀土元素含量较高(∑REE=77.66×10-6~247.42×10-6)、轻稀土元素富集(LaN/YbN=2.37~12.28)和弱负Eu异常(δEu=1.11~1.24)的特点;岩石明显富集大离子亲石元素(Rb、K)、亏损高场强元素(Nb、Ta、P、Ti)。表明该套火山岩具弧火山岩和碰撞火山岩的地球化学特征,为陆内造山作用下的产物,具同源岩浆演化的特点,较好地记录了东昆仑祁漫塔格造山带岩浆演化的地质信息。

(3)在安山质火山角砾凝灰岩中新获得222.2± 2.1Ma的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄,指示火山岩的喷发时代相当于晚三叠世。结合研究区火山岩地层的顶底接触关系及与邻区对比,将该套陆相火山岩地层重新厘定为晚三叠世鄂拉山组(T3e)。

致谢: 项目组成员给予了支持和帮助,天津地质矿产研究所崔玉荣同志测定锆石U-Pb年龄值,编写中得到成都理工大学刘登忠和侯明才教授的指导,审稿专家提出宝贵意见,在此一并表示衷心的感谢。

参考文献
[1] 李荣社, 计文化, 杨永成. 昆仑山及邻区地质[M]. 北京: 科学出版社, 2008.
[2] 李增乾, 徐宪, 潘桂棠, 等. 青藏高原大地构造与形成演化[M]. 北京: 地质出版社, 1990: 7-57.
[3] 姜春发. 中央造山带几个重要地质问题及其研究进展(代序)[J]. 地质通报, 2002, 21(9): 1–3.
[4] 殷鸿福, 张克信. 东昆仑造山带的一些特点[J]. 地球科学(中国地质大学学报), 1997, 22(4): 339–346.
[5] 李永祥, 李善平, 王树林, 等. 青海鄂拉山地区陆相火山岩地球化学特征及构造环境[J]. 西北地质, 2011, 44(4): 23–32.
[6] 孟勇. 新疆东天山卡瓦布拉克地区新元古代火山岩石地球化学特征及其构造意义[D]. 长安大学硕士学位论文, 2008. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=degree&id=Y1526022
[7] Peccerillo R, Taylor S R. Geochemistry of eocene calc-alkaline volcanic rocks from the Kastamonu area, Northern Turkey[J]. Contrib. Mineral Petrol., 1976, 58: 63–81. DOI:10.1007/BF00384745.
[8] Irvine T N, Baragar W R A. A guide to the chemical classification of the common volcanic rocks[J]. Can. Earth Sci., 1971, 8: 523–548. DOI:10.1139/e71-055.
[9] 沈远超, 王岳军. 新疆东昆仑祁漫塔格地区上三叠统火山岩岩石成因初探[J]. 大地构造与成矿学, 1999, 23(1): 50–58.
[10] 邱家骧, 邓晋福, 王方正, 等. 岩浆岩岩石学[M]. 成都: 成都理工大学出版社, 2007.
[11] Sun S S, McDonough WF. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts; implications for mantle composition and processes[C]//Saunders A D, Norry M J. Magmatism in the Ocean Basins. Geological Society Special Publication, 1989, 42: 313-345.
[12] Herron M M. Geochemical classification of terrigenous sands and shales from core or log data[J]. Journal of Sedimentary Petrology, 1986, 58: 820–829.
[13] Vinogradov A P. Average content of chemical elements in the chief types of igneous rocks of the crust of the Earth[J]. Geokhimia, 1962, 7: 555–571.
[14] 李昌年. 火山岩微量元素岩石学[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 1992.
[15] Wood D A. The application of a Th-Hf-Ta diagram to problems of tectonomagmatic classification and to establishing the nature of crustal contamination of basaltic lavas of the British Tertiary volcanic province[J]. Earth Planet. Sci. Lett., 1980, 50: 11–30. DOI:10.1016/0012-821X(80)90116-8.
[16] 王秉璋, 罗照华, 潘彤, 等. 青藏高原祁漫塔格地区早古生代火山岩岩石构造组合和LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄[J]. 地质通报, 2012, 31(6): 860–874.
[17] 青海省地质矿产局. 青海省区域地质志[M]. 北京: 地质出版社, 1991.
[18] 刘红涛. 祁漫塔格陆相火山岩:塔里木陆块南缘印支期活动大陆边缘的岩石学证据[J]. 岩石学报, 2001, 17(3): 337–351.
[19] 夏楚林, 任二峰, 高莉, 等. 青海喀雅克登塔格晚三叠世鄂拉山组火山熔岩地球化学特征及构造环境探析[J]. 青海大学学报(自然科学版), 2011, 29(6): 48–53.
[20] 张洪美, 李海平, 冯乔, 等. 柴达木盆地东南缘晚三叠世火山岩地球化学特征及构造环境分析[J]. 西北地质, 2011, 44(4): 15–22.
[21] 青海省地质矿产局. 青海省岩石地层[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 1997.
青海省地矿局第一区调队和青海省区调综合大队. 1: 20万《伯喀里克幅》《那陵格勒幅》《乌图美仁幅》区域地质调查地质矿产报告及相应的图件. 1985.
青海省地质调查院. 1: 25万《布伦台幅》区域地质调查报告及相关图件. 2012.
四川省核工业地质局二八二大队. 青海省格尔木市尕林格南地区J46E020008、J46E020009两幅1: 5万区调》报告及相关图件. 2015.