洞子沟地区大红峪组富钾火山岩岩石学、地球化学特征（丁建华,肖成东,秦正永《地质调查与研究》2005.2）.pdf

洞子沟地区大红峪组富钾火山岩岩石学、 地球化学特征 丁建华1,肖成东2,秦正永3 1. 中国地质大学,北京100083;2.天津华北地质勘查局,天津300181;3.天津地质矿产研究所,天津300170 摘 要从矿物学、 岩石学、 地球化学等角度对大红峪组火山岩特征进行了详细研究,认为大红峪组火山岩为一 套特殊的超钾质火山岩,形成于夭折的大陆裂谷环境,成岩物质来源于上地幔,同时混染了部分下地壳物质,这 也是岩石富钾的原因。 关键词超钾质火山岩;幔源;混染;大红峪组 中图分类号P55. 14 文献标识码A文章编号1672 - 41352005 02 - 0100 - 06 收稿日期2005 - 01 - 05 作者简介丁建华1969 - , 女,在读博士,研究方向矿产资源评价。 ① 地质部华北地质科学研究所.蓟县震旦系现场学术讨论会议论文汇编,蓟县下营地区大虹红峪期火山活动 摘要 , 1965. 图1 洞子沟地区区域地质图 Fig. 1 G eological map of Dongzigou area 1.迁西群;2.迁西群跑马场组;3.常州沟组;4.串岭沟组;5.团山子组;6.大红峪组;7. 高于庄组;8.正长岩脉;9.地质界线;10.实测、 推测断层 1 地质概况 工作区位于河北兴隆县 境内,区内地层为太古宙迁 西群跑马场组和中元古界长 城系。构造位置位于华北地 台中元古代东西向燕山裂陷 与北东向太行裂陷的交汇 处,处于 “厂” 字形三叉裂谷 的发散中心图1。 中元古代大红峪组火 山岩主要分布于冀东、 平 谷、 蓟县、 遵化及滦县等地, 最初的研究称之为 “大红峪 安山岩” [1] ,以后经华北地 质科 学 研 究 所 ① 陈 晋 镳 等[ 2] 、 任富根[ 3] 、 周志勇[ 4] 、 杨眉等[ 5] 、 李天福等[ 6] 的研 究,认为该期火山岩为一套 超碱性基性熔岩及其相 应的火山碎屑岩。 2 矿物学及岩石 学 区内大红峪组火山岩 以熔岩为主,夹杂部分碎屑岩。火山熔岩主要 包括玄武岩类钾质橄榄玄武岩、 钾质玄武岩、 伊丁石钾质玄武岩等、 粗面岩及二者之间的过 渡类型粗面玄武岩、 玄武粗面岩等。火山碎 屑岩主要有凝灰岩及火山角砾岩。 2. 1 玄武岩 以含碱量高尤其是钾高的粗面玄武岩 第28卷 第2期 2005年6月 地 质 调 查 与 研 究 GEOLOGICAL SURVEY AND RESEARCH Vol. 28 No. 2 Jun. 2005 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 钾质玄武岩为主,而正常的玄武岩则很少。岩 石稀斑 聚斑结构,基质主要为间粒结构、 间隐 结构、 交织结构,气孔发育,并多被方解石、 白云 石、 绿泥石及石英等矿物充填,形成杏仁状构 造。 此类岩石矿物成分较简单,共同的特点是 普遍含有钾长石,据北京地质研究所电子探针 分析并计算,玄武质岩石中钾长石为Na透长 石。斑晶主要由中、 拉长石及暗色矿物辉石、 橄 榄石等组成;基质主要由细长条状斜长石、 板状 钾长石一般为正长石、 细粒短柱状的暗色矿 物橄榄石、 辉石、 黑云母等及褐色玄武玻璃等 组成。 2. 2 粗面岩 区内粗面岩多见于各旋回的顶部,根据化 学成分确定,应属钙碱性粗面岩。 岩石具斑状结构或细粒无斑结构。斑晶主 要由钾长石正长石,偶见透长石组成,并可见 少量已蚀变的暗色矿物一般多有铁质析出 , 根据残余晶形推测为辉石。基质主要由长条状 钾长石及细粒暗色矿物辉石等组成,并含有 一定量的细粒金属矿物磁铁矿等。 本类岩石中似长石类矿物含量很少,仅基 质中可能有少量它形钾霞石假象存在,另外,岩 石中尚见部分矿物具白榴石和六方钾霞石假 象,如图2、3。 图2 六方钾霞石假象 200 - Fig. 2 Pseudomorph of kalinepheline 图3 近似圆形的正长石 180 - Fig. 3 Circleˉliked orthoclase 2. 3 火山碎屑岩 大红峪组火山碎屑岩种类校多,可分为火 山角砾岩、 熔结角砾岩、 凝灰岩、 层凝灰岩及凝 灰熔岩等。其中,凝灰岩和层凝灰岩常与熔岩 互层,成为划分次级喷发旋回的标志,很少成独 立的层位。 3 岩石化学特征 为了便于对比,将区内火山岩、 不同学者统 计的世界火山岩及戴里等的火山岩的岩石化学 成分列于表1。从表1可以看出,区内火山岩的 化学成分特征如下 1无论是熔岩还是火山碎屑岩,其最大的 特点是K高而Na低, K2O最高含量达14.6。 其中玄武岩平均 K2O 5.13,Na2O 2.12; 粗面岩平均 K2O 12.21,Na2O 0.09;凝灰 岩也有同样的特征 K2O平均11.32,Na2O平 均0.11。K2O / Na2O比值很高,玄武岩平均 2.86,粗面岩平均147.84,凝灰岩平均99.4,均 高出世界同类岩石平均值的许多。然而碱性虽 高,确未发现似长石类矿物及碱性暗色矿物,所 测8个样中,仅有2个样的CIPW标准矿物出现 了霞石和白榴石,且含量很小,这一特征在国内 外较罕见。 2多数火山岩SiO2接近饱和或已饱和。 标准矿物计算中,仅一个样品出现石英,且含量 很少。 3 Al 2O3含量较高,属铝过饱和类,标准矿 物中出现刚玉。在Al2O3SiO2变异图中,区内 火山岩主要落在铝质区,个别落在高铝区。 MgO和CaO含量低,在FMC三角图中投 影点的位置均落在低钙质区。 4全铁含量较高,火山熔岩的Fe3 / Fe3 Fe 2 比值平均为0.40,Fe2O3/ FeO 101 第2期 丁建华等洞子沟地区大红峪组富钾火山岩岩石学、 地球化学特征 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 表1 大红峪组火山岩与世界碱性玄武岩化学成分对比 Table 1 Comparison of the chemical composition of the volcanic rocks of Dahongyu Fm. and the alkali basalt of the world 序号岩性SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5H2O 1钾质橄榄玄武岩48.742.0717.664.056.850.119.693.611.974.730.57 2钾质玄武岩49.651.9617.403.576.750.196.076.722.005.261.43 3粗面玄武岩49.432.1415.537.009.380.114.323.962.515.130.48 4钾质玄武岩50.432.0016.754.576.790.137.015.372.853.620.49 5粗面玄武岩55.222.3917.951.076.830.076.402.272.314.950.52 6伊丁石钾质玄武岩52.821.1316.524.893.6500.147.035.611.067.080.08 7玄武粗面岩50.052.5217.892.084.770.085.995.460.1110.360.61 8粗面岩57.000.7816.065.263.160.061.042.070.0714.200.17 9粗面岩11个平均45.381.2914.494.334.080.084.556.180.159.870.252.66 10凝灰岩3个平均62.230.6015.852.771.180.041.780.950.1110.930.111.94 11碱玄岩49.141.0016.573.656.680.303.989.882.573.390.842.00 12碧玄岩44.641.9515.354.516.330.467.929.883.542.670.572.18 13霞石玄武岩44.822.6515.424.286.010.167.2710.325.301.260.351.56 14粗面玄武岩47.552.7116.382.777.840.206.408.414.462.110.720.79 15钙碱性粗面岩58.310.6618.052.542.020.142.074.253.657.380.200.53 16碱性粗面岩61.950.7318.032.331.510.130.631.896.555.530.180.54 17响 岩56.900.5920.172.261.850.190.581.888.725.420.170.96 注序号1～7为本工作组在华北地勘局中心试验室测定,8为在湖北省地质实验研究所测定,数据已经过标准化扣 除H2O及烧失量和铁的校正;9～10据地质部华北地质科学研究所1965 ; 11～13为世界平均,据戴里1933 ; 14为 世界平均,据施密特1969 ; 15～17为世界平均,据诺笠斯1954 图4 大红峪组火山岩 Na2O K2OSiO2 化学分类图解据Le Maitre ,1984 Fig. 4 Diagram showing the chemical classification for Na2O K2OSiO2of the volcanic rocks in Dahongyu Fm. TeB.碱玄岩;PTe.响碱玄岩; TeP.碱玄响岩; TrB.粗玄 岩;TrA.粗安岩; Tr.粗面岩; PB.苦橄玄武岩;B.玄武 岩;BA.玄武安山岩;A.安山岩;D.英安岩;R.流纹岩; 投点1～9与表1中样品序号一致,投点10～15引自 霍玉山[8] 为1.29,表现为倾向于陆相产物的海陆过渡相。 此结论任富根[ 3]曾有专门论述。 将大红峪火山岩有关化学成分投入AR SiO2变异图、Ab’AnOr三角图解和TiO2 P2O5图解中,样品点落在碱性系列、 钾质亚系、 洋脊玄武岩和碱性玄武岩区。 在邱家骧的SiO2碱、 组合指数与种属名称 图中,区内火山岩落在白榴岩 响岩区内,在国 际地科联推荐的TAS图[ 7] 中,区内火山岩落在 副长岩 响岩 碧玄岩区,霍玉山等[ 8] 与此结 论一致图4。但从化学成分与矿物成分上看, 本区火山岩又与这些岩石类型差别较大。工作 区内大红峪组火山岩尽管碱含量很高,但SiO2 近饱和或饱和,且无副长石出现,所以不属于副 长岩等碱性玄武岩;而另一些特征,如硅饱和、 标准矿物出现Hy、Q、Ol及FeO / MgO高等, 又显示出拉斑玄武岩的特点;同时,其富钾贫 钠,SiO2/ K2O比值太小等特征又与拉斑系列迥 然不同,故应属于一种极端成分的超钾质系列 火山岩。 201地 质 调 查 与 研 究 第28卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 4 火山岩微量元素地球化学特征 区内大红峪火山岩微量元素含量见表2。 大红峪火山岩的特殊性在微量元素特征中 也有表现,依据Howard等1976的分类原则, Ba的含量均大于86010 - 6 ,本区最高者达 3 00010 - 6 ,应属钾玄岩系列,而其Sr的含量 从50～48010 - 6 ,则偏向于钙碱性玄武岩。 5 火山岩稀土元素地球化学特征 区内火山岩稀土元素丰度及特征指数见表 3。 表2 大红峪组火山岩微量元素含量10 - 6 Table 2 The content of trace elements of volcanic rocks in Dahongyu Fm. 样品号BaBeGaGeCrNiVCuCoAuAgSr 188 10101.0808080550201.00.1538 2130 10101.01508010020150.60.0545 3100 10101.01507010020150.50.0548 4140 10151.02008010010300.30.0547 5120 10201.0606015050200.50.0535 686 1Gpa ,为深源岩浆。一般而言,幔源岩浆 I 型的Al2O3/ TiO2比值一般在30左右,而沉积 部分熔融所成火成岩 S 型此比值可达100以 上,区内岩石的Al2O3/TiO2比值在7.26～ 20.59之间,说明原始岩浆可具幔源特点。 区内岩石中大离子半径亲石元素Ba的元 素丰度值高于地壳,而Sr接近地壳丰度值,相容 元素Co、Ni含量接近地壳,而Cr、V高于地壳, 均说明火山岩在形成过程中有壳源物质混染。 区内火山岩亏损相容元素Cr、Co、Ni、V等,而 不相容元素Ba、Sr等则较富集,另外Ti的异常 值Ti 3 Ti 3 TiN/ SmNTbN平 均 为 0.76,小于1,也说明原岩经历了同化混染作用, 这表明部分成岩物质来源于地壳。熔岩的正铕 异常也是大红峪组火山岩受到上地壳富CaO、 Al2O3的岩石的同化混染和证据之一,Sm / Nd 值 0.19～0.23,小于0.3,是成岩物质中有 壳源物质混入的另一证据。 从岩石的稀土元素特征分析成岩物质来 源,本区火山岩在δEu∑REE图解中,投影点 均落于地幔与地壳相对Eu含量线的上下,说明 本期火山岩岩浆最初来源于上地幔,在上涌过 程中可能受到了下地壳物质混染。 地球化学分析表明,华北地壳具有富钾倾 向,如燕山地区迁西群、 八道河群岩石平均K2O 含量为3.45;五台地区阜平群K2O平均含量 为2.95;冀北张家口地区出现富钾的凝灰岩 层,K2O含量最高达16.48 ,且分布广泛,层位 稳定;另外中条山地区、 内蒙白云鄂博也有富钾 的层位。以上这些富钾岩石的形成时代都是中 元古代,因此,笔者认为本期富钾火山岩形成于 大陆裂谷环境,同时受到来源于地壳重熔物质 的混染,继承了中元古代华北地壳富钾的特点, 导致了大红峪火山岩富钾的特殊性。 值得指出的是,大红峪组富钾火山岩是燕 山地区金银多金属矿的重要成矿物质来源,杨 昌正[ 10] 、 肖成东等[ 11] 、 毛德宝等[ 12] 均对此问题 进行了讨论。他们指出,中元古代大红峪期处 在裂陷槽形成早期,形成了与碱性火山作用有 关的浅成低温热液矿床 洞子沟银多金属矿 床,而且与变质核杂岩边部发育有伸展折离断 层有明显的关系。本文从岩石、 矿物学的角度 论述了岩石形成的深源成因,这为金银多金属 矿床的形成提供了良好的依据,关于这方面问 题,笔者将另文论述。 参考文献 [1] Kao C S ,Hsang Y H and Kao P. 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Petrological and G eochemical Research on Dahongyu Ultraˉ potassic Volcanic rocks in Dongzigou Area , Hebei Province DIN G Jianˉhua1, XIAO Chengˉdong2, QIN Zhengˉyong3 1. Chinese University of Geosciences ,Beijing 100083; 2. North China Geological Ex ploration B ureau , Tianjin 300181; 3. Tianjin Institution of Geology and Mineral Resources , Tianjin 300170 Abstract Based on the study of the mineralogy , petrology and geochemistry , the author suggested that Dahongyu volcanic rock is a special ultraˉpotassic association. It ed in the continental rift setting that aborted shortly after the beginning.The rockˉing materials came from upperˉmantle and contaminated the under crust material , which is also the reason of its high potassium. Key words ultraˉpotassic volcanicˉrock; mantle origin; mantleˉcrust mixture ; Dahongyu Fm. 501 第2期 丁建华等洞子沟地区大红峪组富钾火山岩岩石学、 地球化学特征 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.