红铁沟火山岩地球化学特征及构造环境分析

青海大学学报

Journal of Qinghai University

Vol. 36 No. 3 Jun. 2018

红铁沟火山岩地球化学特征及构造环境分析

康伟浩1，任二峰“，丁玉进2，高

亮1

(1.青海大学地质工程系，青海省青藏高原北缘新生代资源重点实验室，青海西宁810016;

2.青海省地质调查院，青海西宁810012)

摘要：为研究红铁沟滩间山群火山岩岩石学特征及构造环境，以红铁沟滩间山群火山岩为研究 对象，对所采集岩样进行主微量、稀土元素分析。结果表明：岩样中Si〇2含量为68.33% ~ 76. 05%，显示硅过饱和；岩石富集Ba，Th，La等大离子亲石元素，强烈亏损Si，Ti等高场强元 素；岩石的Rb/Sr比值介于1.28 ~5.93，Rb/Ba比值介于0.21 ~0.41，Nb/Ta比值为5.66 ~ 18. 71，大部分在10左右。由此可见红铁沟滩间山群火山岩岩浆来源为中上地壳熔融，形成环 境是岛弧构造环境。

关键词：柴达木北缘；红铁沟；滩间山群火山岩；岛弧中图分类号:P591

文献标志码:A

文章编号= 1006 -8996(2018)03 -0089 -06

DOI；10. 13901/j. cnki. qhwxxbzk. 2018. 03. 015

Geochemical characteristics and tectonic environment of

the Tanjianshan group volcanic rocks in the Hongtiegou

at the northern margin of Qaidam basin

KANG Weihao, REN Erfeng1* , DING Yujin2, GAO Liang1

(1. Department of Geological Engineering, Qinghai University, Key Laboratory of Cenozoic Resources on the Northern Margin of the Qinghai Tibet Plateau in Qinghai, Xining 810016,China;

2. Qinghai Institute of Geological Survey, Xining 810012, China)

Abstract：In order to study the petrological characteristics and tectonic environment of the Tanjians­han group volcanic rocks in the Hongtiegou, the main and trace elements of the volcanic rock sam­ples were analyzed, and the geochronology was also studied. The content of Si〇2 in samples ranges from 68. 33% to 76. 05% , indicating silicon saturated. The rocks are enriched in Rb, Ba, Th, K,La and other large ion lithophile elements with the depletion of Si and Ti （high field strength ele­ments) . The ratios of Rb/Sr, Rb/Ba and Nb/Ta ranges from 1.28 to 5. 93 , 0. 21 to 0. 41, and 5. 66 to 18. 71 , respectively, mostly around 10. It can be concluded that the magmatic origin of the volcanic rocks in the Hongtiegou of the Tanjianshan group was the middle and upper melted crust.The formation environment was the island arc tectonic environment.

Key words ： Qaidam northern margin ； Hongtiegou; Tanjinshan Group volcanic rock ； island arc

研究区位于柴达木盆地北缘，南祁连山脉西段，东起乌兰，经锡铁山、双口山、塞什腾山，向北西延伸 至冷湖镇的小塞什腾山一带。整个区域呈长600 km、宽10 km，北西一南东向延伸的带，其中有大大小 小岩片间断出露。该地层主要由一套灰绿色浅变质中基性火山岩和碎屑岩夹碳酸盐岩组成，其与北部 古元古达肯大阪岩群呈断层接触，南部有新近纪一古近纪地层出露。《青海省区域地质志》将其时代归

收稿日期:2017 - 04 - 26

基金项目：青海省科学技术厅项目（2016 - ZJ - 752)

作者简介:康伟浩（1992—),男，河北武邑人,青海大学在读硕士研究生。*通信作者，E-mail :renerfeng998@ 163. com

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属为晚奥陶世一志留纪[1]。

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滩间山群整体呈北西西向不规则带状展布。赖绍聪等[24认为滩间山群火山岩为洋岛火山岩，并 推测柴北缘存在一套早古生代蛇绿构造混杂岩带;史仁灯等[]认为塞什腾山双口山地区出露的滩间山 群火山岩为早古生代岛弧火山岩;王慧初等[]认为绿梁山一带滩间山群火山岩为火山弧构造，形成于 寒武纪一奥陶纪。在此研究基础上，对红铁沟以南地区出露的滩间山群火山岩岩石地球化学进行全面 的研究对比，以解释构造环境。

1地质及岩石学特征

滩间山群火山岩分布于研究区内红铁沟地区南东约8 km处，出露面积共2. 63 km2(图1)。该套火

山岩所属地层为滩间山群变火山岩段，北侧与该岩群下段变碎屑岩组整合接触、局部被第四纪覆盖，南 侧为第四纪冲、洪积覆盖。

本次研究采样的火山岩分为两大 类，第一种主要以海相的酸性火山岩 为主，岩石类型单一，均为霏细岩，与 火山岩伴生的少量沉积夹层的岩石类 型为钙质粉砂岩和粉砂质灰岩。第二 种主要岩石类型为蚀变英安岩、蚀变 流纹英安岩、弱蚀变流纹岩。在上述 两种火山岩中均存在酸性火山岩被后 期闪长岩脉侵入现象。

(1)

流纹岩。岩石为灰色一浅褐

色，主要特征为斑状结构、基质包含微 晶结构、基质包含球粒结构，块状构 造。岩石由斑晶（8%〜23%)和基质 (77%〜92%)组成。斑晶成分是斜长 石(6%〜18%)、石英（4%〜7%)、暗 色矿物（2%〜5% )，粒度一般在 0.28〜2. 44 mm。斜长石呈板状、柱 状，普遍被泥化、绢云母化，推测是酸 性斜长石。石英为半自形一自形粒

状。暗色矿物为板状、长条状，全部被绿泥石化，不均匀的碳酸盐化。斑晶在岩石中分布均匀，不具方向 性排列。基质是放射状长英隐晶质（7%〜92%)组成的球粒，在球粒中包含长石自形板柱状晶粒，球 粒个体一般为0. 15〜0. 92 mm。

(2)

蚀变英安岩。岩石浅灰色一淡灰褐色，斑状结构、基质微粒结构，块状构造。岩石由斑晶

(4%〜23%)和基质（7%〜96%)组成。斑晶成分为斜长石(2%〜16%)石英(5%〜7%)暗色矿物 (2%〜4%)粒度为0.34〜3. 14 mm。斜长石呈斑状、柱状，表面略被泥化，推测是中酸性斜长石。石英 为半自形粒状、浑圆状，具熔蚀状。暗色矿物为板状，全部被绿泥石化、碳酸盐化。斑晶在岩石中分布均 匀，不具方向性排列。岩石中基质组分为斜长石（65%〜87%)石英（2%〜10%)暗色矿物（2%〜 5%)不透明矿物(2%)，粒度为0.03〜0.21 mm，呈微粒状。斜长石呈斑状、柱状，局部边缘不整齐，呈 齿状，表面略被泥化。石英它形粒状，充填在其他矿物孔隙之间。暗色矿物呈板条状、板状，全部被绿泥 石化、碳酸盐化。岩石具微粒结构。在岩石裂隙和孔隙中充填了绿泥石。

图1 红铁沟南部地区地质构造略图

Fig. 1 The geological and tectonic sketch at the southern margin of Hongtiegou

第3期

康伟浩等：红铁沟火山岩地球化学特征及构造环境分析

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2主量元素地球化学特征

由滩间山群火山岩的主量元素分析结果见表1。

表1 红铁沟南部火山岩主量元素含量分析结果

Tab. 1

样品编号

Analysis results of Main elements of volcanic rocks at the southern margin of Hongtiegou %

岩性流纹英安岩蚀变英安岩霏细斑岩蚀变霏细岩霏细岩蚀变霏细岩流纹英安岩蚀变霏细岩英安岩霏细岩流纹英安岩

2Al203F2O3Si〇2Ti〇

FeO2. 3

MnO0. 04

MgO1. 861. 48

CaONa201.531.44

3. 394. 54. 1

K204. 53. 3

P205H20 +C02Total0. 090. 1

1.851.421.48

1. 0199. 751. 7899. 860. 7699. 820. 5199. 80. 8199. 850. 5399. 84

PM32GS3 -1PM32GS9 -1EGS2036PM03GS1 -1EGS2031PM03GS6 -1PM32GS1 -1PM03GS4 -1PM32GS23 -1EGS0012PM32GS8 -1

68. 330. 468. 890. 4

14.010. 44

68.470. 3513.690. 452. 020. 05

14.410. 562. 130. 05

0. 05

70. 010. 3214. 10. 452. 050. 0370. 830. 3813.710. 821.7571. 120. 3212. 840. 3873.6

0. 2913.280. 36

1.920. 03

1. 112. 62

4. 010. 11

1. 090. 962. 936. 060. 141.151. 151.425. 022. 610. 121.181. 431. 16

0. 90. 7

0. 837. 970. 114. 093. 920. 07

0. 1

1.23

1.240. 7199. 80. 960. 1699. 82

71.540. 3413.470. 392. 370. 0373. 760. 2613.390. 7374. 260. 2412.690. 6976. 050. 1

12.7

1

1. 880. 020. 880. 253. 664. 381.420. 030. 890. 293. 16

5

0. 020. 820. 384. 463. 920. 060. 850. 2199. 86

0. 080. 960. 1299. 83

0. 020. 750. 010. 190. 232. 956. 090. 020. 640. 1299. 87

由表1可知。滩间山群火山岩的岩石地球化学成分变化不大，Si〇2 =68. 33%〜76. 05%，显示硅过 饱和，全碱一硅图解（TAS)(图2)[6]中所有样品投影点均落在下方，属亚碱性系列岩石。在AFM图解 (图3)[7]中样品均落在钙碱性系列区域。

图3

图2

红铁沟南部火山岩TAS图解

红铁沟南部火山岩AFM图解

Fig. 2 TAS diagram of volcanic rocks at the

southern margin of Hongtiegou

Fig. 3 AFM diagram of volcanic rocks at

the southern margin of Hongtiegou

在TAS分类图解（图4)[8]中多数样品落入流纹岩区，少数样品落入英安岩区。TFe2〇3 = 0.77wt%〜2.72wt%，平均为2.21 wt%，FeO(平均1.78%)的含量高于Fe203(平均0.48%)，显示岩浆 结晶时氧逸度较低。MgO =0. 19%〜1. 86%，平均为1. 10%，Ti02 =0. 10%〜0. 40%，平均为0. 31% ;分 异指数DI =83. 8〜96. 25，显示较高的分异程度，且DI与Si〇2总体呈正相关性，说明岩浆分异程度的增 加，岩浆向着富Si〇2的方向演化。

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3微量元素地球化学特征

从滩间山群火山岩的稀土元素含量分析结果（见

表2)可以看出，滩间山火山岩的稀土元素总量较高f (2尺[[=(111.05〜198.02)\\10-6，平均为134.41父 10 -6 )，轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对亏损 (2LREE = (98.34 〜176.97) x 10-6,平均为 121.07X 10_6;2HREE = (9.98〜21.04)x10-6，平均为13.34x 10-6)，在球粒陨石标准化稀土元素配分图解中（图 5)[9]，岩石表现出LREE富集，HREE亏损的配分模 式特征。轻、重稀土元素之间分馏较为明显 (2LREE/2HREE =7. 22 〜10. 81，平均为 9. 14，LaN/YbN =6. 81〜13. 29,平均为9. 71 )，轻稀土元素内部 分异较明显（LaN/SmN =3. 10〜4. 57,平均为3. 96)，重稀土元素内部分异相对较弱（GdN/YbN = 1. 27〜

2. 11，平均为1. 64)，球粒陨石标准化REE配分曲线呈轻稀土富集、重稀土亏损的明显右倾特征。 SEu = 0. 44〜0. 77，平均为0. 57，显示中等铕负异常，总体呈右倾的“ V”型稀土配分模式。

表2

红铁沟南部火山岩稀土元素含量分析结果

图4 红铁沟南部火山岩TAS分类图解

Fig. 4 TAS classification diagram of volcanic rocks

at the southern margin of Hongtiegou

Tab. 2 Rare earth elements of volcanic rocks at the southern margin of Hongtiegou wB/10_6

样品编号

岩性流纹英安岩蚀变英安岩霏细斑岩蚀变霏细岩霏细岩蚀变霏细岩流纹英安岩蚀变霏细岩英安岩霏细岩流纹英安岩

LaCePrNdSmEu1.12

GdTbDyHoEr21. 4

Tm0. 310. 21

Yb1.91.28

Lu0. 30. 190. 30. 30. 260. 28

PM32XT3 -1PM32XT9 -1EXT2036PM03XT1 -1EXT2031PM03XT6 -1PM32XT1 -1PM03XT4 -1PM32XT23 -1EXT0012PM32XT8 -1

34. 6360. 737. 0825.954. 773. 930. 633. 620. 67

25.2747. 865. 6421.194. 060. 913. 350. 522. 550. 4729.8563. 887. 1326.0218.3459. 814. 59

17.2

4. 1

33. 184. 487. 1628.455. 170. 834. 780. 663. 660. 722. 170. 322. 13

5. 3

0. 875. 130. 77

0. 772. 080. 312. 06

1. 670. 271. 910. 291. 730. 291. 820. 271. 780. 28

1.711.8

3. 730. 673. 270. 493. 030. 58

25.4856. 365. 6921.094. 180. 723. 760. 573. 380. 6626.7748. 015. 7520.863. 97

0. 8

3. 49

0. 6

2. 980. 58

1.820. 271.771.96

0. 280. 29

23.0247. 385. 0118.443. 930. 563. 790. 553. 380. 722. 220. 362. 280. 3425.3945.345. 2219.113. 740. 773. 380. 542. 850. 5724.2950. 075. 1217.96

3. 5

0. 513. 080. 472. 870. 58

1.01

5. 6

1.08

44.0780. 549. 7134. 756. 940. 965. 79

3. 420. 523. 170. 46

由滩间山群火山岩微量元素含量分析结果（表3)，在原始地幔标准化微量元素蛛网图上（图 6)[10]，岩石富集Ba，Th，La等大离子亲石元素，强烈亏损Si，Ti等高场强元素，明显的Si，P，Ti负异常， 相对富集Zr，显示同源区岩浆发生结晶分异的演化趋势，并表明源岩物质与陆壳关系密切。岩石的Rb/ Sr比值介于1. 28〜5. 93,说明岩体分离结晶作用强烈，远高于地壳的Rb/Sr(0. 25)，指示源岩物质中可 能有地壳中的泥质岩，Rb/Ba =0. 21〜0. 41，具高的K/Rb( 192. 96〜316. 28)比值。岩石的Nb/Ta比值 为5. 66〜18. 71，大部分在10左右，明显低于上地幔比值（平均值为17. 2)，接近大陆地壳的比值，说明

第3期

康伟浩等：红铁沟火山岩地球化学特征及构造环境分析

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岩浆可能是由中上地壳部分熔融形成的。

综上所述，在以原始地幔标准化蛛网图中，Ti的亏损表明岩石具岛弧构造环境[11]。

图5 红铁沟南部地区火山岩稀土配分模式图Fig. 5 REE distribution pattern of the volcano rock

at the southern margin of Hongtiegou

图6 红铁沟南部地区火山岩微量元素蛛网图Fig. 6 Trace element spider of the volcano rock

at the southern margin of Hongtiegou

表3

Tab. 3 样品编号PM32DY3 -1PM32DY9 -1EDY2036PM03DY1 -1EDY2031PM03DY6 -1PM32DY1 -1PM03DY4 -1PM32DY23 -1EDY0012PM32DY8 -1

红铁沟南部火山岩微量元素含量分析结果

Trace element analysis of volcanic rocks in the southern margin of Hongtiegou wB/10_6

室内定名流纹英安岩蚀变英安岩霏细斑岩蚀变霏细岩霏细岩蚀变霏细岩流纹英安岩蚀变霏细岩英安岩霏细岩弱蚀变流纹英安岩

Sr

Rb

Ba

Th

Ta

Nb

Zr

Y

Hf

917.89103.6193.6644. 77. 1

100. 8346.211.29

1.451.34

10.24167.918.047. 59

133.713. 19

5. 14. 6

100.4158.5535. 719.890.7829. 745207.719.916. 2293770. 68. 57211. 816.071. 17610.94141. 122. 684. 28753. 5168. 51329.314.290. 69410.24140.816.4268. 957. 4

244. 5768. 2

14.7

0. 8229. 0681.24

8. 56

144

4. 28

18.974.305

6. 34. 4824. 3

815.32163.4402.

589

152.216.06

22.9

82. 97122.648

12.860.72913. 64158.8

1.23

7. 31

147. 8405.914. 18

523571

118.715. 95

89. 09165.333. 4

197.9

16.380.71410.79140.417. 994. 40921.35

1.67

10.53141.329.44

5. 4

4构造环境分析

滩间山火山岩中的主量元素、微量元素成分与其形成的构造环境之间存在着密切的关系。红铁沟

a

南部火山岩在不同源区中酸性岩的Th - Hf-T

Th

图解（图7)[12] J，全部样品投影点落在D区，为火山弧

玄武岩。判别图中d区可以进一步划分为i碱性玄武岩和岛弧拉斑玄武岩，其中i碱性玄武岩的Hf/

比值小于3,样品落点全部符合。

岛弧在主量元素方面特点表现在FeO*/MgO比值和I〈2〇/Na2〇比值分别小于2. 0和0. 6。研究区

94

内滩间山群火山岩的FeOVM山岩的K和山岩的构造环境。

gO

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比值为2. 06,具有岛弧火山岩的特征。由于后期变质和蚀变作用，火

的影响比较大。因此，K20/Na20比值不能准确说明火

Hf/3

Na会受到不同程度影响，其中对Na

吴锁平[13]通过整体研究柴北缘的花岗岩，将柴北缘早 古生代的花岗岩分为三期，其中第一期为花岗岩，对应的 构造环境是洋壳俯冲。研究区滩间山群火山岩属第一期，对应构造背景为洋壳俯冲，其构造环境应为岛弧环境。

5讨论与结论

红铁沟南部地区的滩间山群火山岩主要为流纹岩及

蚀变英安岩，后期均被闪长岩侵入。

岩石富集Ba，Th，La等元素，亏损Si，Ti等元素，且有 明显的Si，P，Ti负异常;岩石的Rb/Sr远高于地壳的Rb/Sr (0. 25)，Rb/Ba 为 0. 21 〜0.41，且具高的 K/Rb(192. 96 〜316. 28 )比值，表明母岩浆来自陆壳，且源区岩浆发生结晶

分异作用。岩石的 Nb/Ta 比值为 5. 66 〜18. 71，大部分在 10左右，明显低于上地幔比值（平均值为17.2)，接近大陆 地壳的比值，说明岩浆可能是由中上地壳部分熔融形成的。结合Th-Hf-Ta

图7红铁沟南部火山岩Th - Hf - Ta图解

Fig. 7 Th - Hf - Ta digram of volcanic rocks at the

_thernmargin〇fH〇ngtieg〇u

图解分析，全部样品投影点落于火山弧玄武岩区，证明红铁沟南部滩间山群火山

岩构造环境为岛弧环境。这与吴锁平[13]对柴北缘花岗岩分期结果对应，滩间山群火山岩构造背景应为 洋壳俯冲，滩间山群为这期构造热事件所对应的底层记录。

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(责任编辑唐宏伟)