诺敏新生代火山岩专题

1专题一：诺敏火山群的地质特征及其岩浆演化意义诺敏火山群分布在诺敏河、毕拉河、奎勒河一带，主要受南北向、东西向及其派生的北东向和北西向断裂控制，沿河谷及两侧低山地带分布。由27个火山锥（口）及9片岩流构成，面积779.6km2，占测区总面积的6.5%。各火山喷发物均为基性火山岩，覆盖在二叠纪花岗岩与白垩世火山岩之上，火山锥保存完好，见有深源包体。主要岩性为碱性玄武岩，气孔状、致密块状（橄榄）玄武岩、白榴玄武岩、玄武质浮岩等，划分为晚更新世大黑沟组（Qp3d）。一、地质特征（一）岩相学特征大黑沟组主要由气孔状玻基橄榄玄武岩、碱性橄榄玄武岩、白榴玄武岩、玄武质浮岩、火山渣组成。火山均由盾形熔岩锥（溢流相）及叠置其上的火山碎屑锥（爆发相）组成，火山活动多以喷发沉积物开始，然后喷出大规模的熔岩流，形成范围较大的盾形火山。溢流相均为夏威夷型喷发，溢流相有两期岩流单位，每期岩流单位的特征基本相同，底部致密少气孔，中部多气孔，上部火山渣状。每一期岩流单位都以较大的溢流岩浆充填在低凹或负地形，沟谷和山前台地，形成现在的盾状、波状台地和盾形火山。（二）矿物学特征大黑沟组玄武岩的主要造岩矿物为橄榄石、斜长石和单斜辉石。橄榄石：橄榄绿色，两个世代，早期熔蚀粒状，边缘呈齿状，波状消光明显；晚期呈柱状，锥面粒状、熔蚀粒状，平行消光、波状消光，粒径早期0.8-1.2mm，晚期0.1-0.8mm，含量占10%。橄榄石的电子探针分析结果见表6，在橄榄石分类图解中（图1），三个点落在镁橄榄石区，一个落在贵橄榄石区。单斜辉石：灰黑色，柱状、短柱状，无色，柱面斜消光，C∧Ng′=40°-44°，环带消光或不完整砂钟构造，0.1-0.5mm，含量占20%。本次工作测定1个样品，其成分范围是值为43.846、Wo值为44.847、Fs值为11.307，Cr2O3含量为0.19%，含铬，M值为79.50（表9），为普通辉石（图2）。斜长石：白色，多隐含于辉石中，晶体中嵌布辉石微晶，晶界轮廓不完全，少数板条状，聚片双晶少见，粒径0.5-1.2mm，含量占20%左右。斜长石的电子探针分析结果见表10，在斜长石分类图解（图3）中，落在更长石区。（三）岩石化学特征大黑沟组岩石化学分析结果及特征参数见表1。大黑沟组玄武岩SiO2含量在45.5-46.45%之间，平均为46%，属基性岩类。含碱较高，Na2O+K2O介于6.02-6.24%，平均为6.13%，Na2O含量在2.88-3.79%之间，平均在3.61%，K2O在2.36-3.2%之间，平均2.8%，Na2O含量略高于K2O，Na2O/K2O＜2，为钾质岩石，有别于五大连池富钾火山岩，与门鹿河、大熊山玄武岩相比，SiO2偏低，Na2O与K2O相图1橄榄石电子探针分类图2近似。TiO2含量高且较稳定，在2.08-2.7%之间，平均2.3%。MgO含量较高，在10.98-13.25%之间，平均12.28%大黑沟组岩石在岩石分类TAS图解上（图4），为碧玄岩和粗面玄武岩，与野外及镜下定名橄榄玄武岩基本相符，σ=10.7-15，在SiO2-Na2O+K2O图解中（图5）为碱性岩石系列，Na2O/K2O＜2，为钾质碱性岩石，OL大10%。（四）地球化学特征大黑沟组稀土、微量元素分析结果及特征参数见表3、5，稀土总量ΣREE介251.21-281.4×10-6之间，总体上含量变化不大，略有差异；（La/Yb）N比值较大，介于28.57-33.02之间。轻重稀土比值LREE/HREE平均为6.76，铕异常指数δEu平均为0.88，铕无明显异常，(La/Sm)N平均为4.271，稀土配分曲线呈不对称右倾，分配曲线处于坐标系内较高的位置，为轻稀土富集型（图6），各稀土元素间分馏较强烈，故曲线倾斜较明显，且为铕平坦型。CeN/YbN＞1轻稀土富集，配分曲线右倾，HREE相对于LREE的极度亏损，轻稀土元素碱性较强，所以易在分异作用的晚期富集。局部熔融时轻稀土元素则优先进入熔体中。而重稀土元素碱性较弱，易在分异作用的早期富集，而且不优先进入熔体中。说明源岩中存在石榴石，石榴石是含Yb的矿物相，当含石榴石的地幔岩发生部分熔融形成玄武岩浆时，Yb易保留在残余固相中，使得该岩浆轻稀土富集而重稀土亏损。δEu在0.73-0.96之间，说明铕图4大黑沟组玄武岩TAS图解图5大黑沟组玄武岩全碱—硅图解图2单斜辉石的分类命名图图3大黑沟组橄榄玄武岩中斜长石分类图解3无明显异常。δCe在0.83-0.87之间，接近于1，说明铈无明显异常。大黑沟组微量元素MORB标准化蛛网图总体呈波峰波谷型（图7），Th、Ba、Nb、Sr、Ce、Sm较富集，贫K、Rb、Zr、Y、Yb，在微量元素图上，Ba、Sm出现正异常，Rb、Zr出现负异常。大黑沟组钾质火山岩中各亲石元素的丰度均较高，其中，大离子亲石元素Rb为47.1-73.5×10-6，Sr为894-1000×10-6，Ba为1200-1400×10-6，比五大连池富钾火山岩中该元素浓度（Rb为130-151×10-6，Sr为1136-1960×10-6，Ba为1505-1985×10-6）略低，比中国东部新生代钠质玄武岩要高一个数量级，分别为地幔中该元素浓度的数十倍或数百倍。同样，放射性生热元素Th的丰度也较高，达6.18-7.99×10-6，较五大连池富钾火山岩（Th为7.6-17.6×10-6）略低。显然，这是因本区岩石中含钾量较高的缘故，致使与钾地球化学性质相近的大离子亲石元素和Th的丰度也相应地增加。Rb/Sr比值为0.05-0.08，与五大连池富钾火山岩的Rb/Sr比值（0.06-0.09）比较接近。该值较一般拉斑玄武岩的Rb/Sr比值（0.01-0.05）要高，比中国东部新生代钠质玄武岩的比值（0.026-0.036）要大得多，也远比幔源区的Rb/Sr比值（0.03±）高。如此高的Rb/Sr比值只能反映岩浆中Rb的丰度高或Sr的丰度低。晶体化学性质表明，Rb主要取代K，而Sr主要取代Ca，故岩石的高Rb/Sr比值反映了本区岩浆中K高或Ca低的特征。据此，本区钾质火山岩的源区与中国东部其它地区火山岩的源区存在明显的横向不均一性，其原因或是源岩发生过钾质的交代作用，或是岩浆遭受了地壳岩石的同化混染。同样，本区钾质火山岩非活动性元素的丰度也较高。其中Nb为40.1-54.5×10-6，Zr为94.5-156×10-6，Y为15.3-17.6×10-6，与五大连池富钾火山岩（Nb为37.9-97.6×10-6，Zr为261-476×10-6，Y为16.7-25.7×10-6）相比略低，比中国东部新生代钠质玄武岩中上述元素的丰度高1-2倍。二、幔源包体特征本次工作仅在黑桦梁子火山锥上发现了地幔岩包体，主要产自大黑沟组红褐色玄武岩浮岩之中。在寄主岩石中分布量较少，包体呈椭圆状、卵状、浑圆状，大小在5-15cm，个别达25cm。岩石类型为尖晶石二辉橄榄岩、尖晶石方辉橄榄岩。另外在本组气孔状玄武岩中普遍见绿色橄榄石晶体。按邱家骧划分方案应属I型包体超镁铁质岩。按鄂莫岚等（1987）划分方案应属上地幔橄榄岩。（一）岩相学特征本区地幔岩包体属上地幔橄榄岩，由橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、铬尖晶石组成。岩石类型为尖晶石二辉橄榄岩、尖晶石方辉橄榄岩。包体呈致密块状，它与寄主岩石（玄武质浮岩）的接触处往图6大黑沟组稀土配分曲线图图7大黑沟组玄武岩微量元素MORB标准化的分配形式（据Pearce，1982）4往有暗化边出现，暗化边自外向内地幔岩铁质增加，二者之间界线平滑而清晰。岩石具（粗粒）原生粒状结构，是弱应变相岩石的特征结构。镜下表现为多数矿物呈他形等轴状，颗粒边界平直或平缓曲线状，矿物粒径在0.5-6.5mm，一般在1.5mm以上。尖晶石包裹于橄榄石中或分布在矿物颗粒之间，个别橄榄石见有扭折带，界线平直，反映出矿物有变质变形特征，即经历过塑性剪切作用，但矿物无明显方向。该现象通常被认为是缓慢速率下变形作用的结果，应是来自地幔活动较小及应变速率低的地带。（二）矿物学特征上地幔橄榄岩的矿物组合为橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、铬尖晶石。岩石具变质结构或组构。橄榄石：为包体的主要矿物，含量65-75%，绿色，镜下他形粒状，半自形粒状，2V大，正光性，波状消光，少数裂纹发育，个别颗粒具扭折带，界线平直，一般2-4条，个别达7条，带宽0.25-1.8mm。晶面赤铁矿散染呈红褐色，针状、毛发状赤铁矿遍及晶面。粒径在0.5-6.5mm，一般在1.5mm以上。橄榄石的电子探针分析结果见表7，本次工作测定1个样品，其Fo值为89，为贵橄榄石（图1）。与共认的地幔橄榄石Fo值88-91基本吻合。一般认为如果橄榄石中的镁橄榄石分子大于90%，则属于强亏损型。斜方辉石：含量20-35%，呈茶褐色，镜下他形粒状，半自形粒状，曲线状，与橄榄石锒嵌，无色，一组解理不完全，平行消光，干涉色为一级灰，2V大，负光性，横切面两组解理变形，测二轴晶（+）多，2V（-）少，干涉色为一级灰，平行消光或消光角小，少数包裹橄榄石小颗粒（无色，洁净，干涉色鲜艳）。个别具扭折带，2条，粒径在1.5—6.5mm。斜方辉石的电子探针分析结果见表8，其成分En值为90.745、Wo值为1.455、Fs值为7.80，M值[Mg/Mg+∑Fe+2]为92.08，成分主要为顽火辉石。其FeO含量为5.13%，该成分特征与世界碱性玄武岩、碧玄岩中橄榄石包体中的斜方辉石成分相近。单斜辉石：他形粒状，无色，柱面一组解理，C∧Ng′=23°，干涉色达二级蓝，2V大，正光性，波状消光，粒径在1-2.5mm。反映出本区地幔曾经历过熔融事件和单斜辉石最易熔融的特征。本次工作测定1个样品，其成分范围是En值为50.482、Wo值为44.54、Fs值为4.978，Cr2O3含量为0.19%，为顽透辉石（图2），含铬，M值为91.02（表11）。其主要特征元素基本上与世界同类超镁铁质岩包体相当。铬尖晶石：他形粒状、蚕蚀粒状，黄褐色（略呈红褐色），均质性，全消光，周围有熔融微粒辉石，粒径在0.25-1.5mm。Carswell（1980）根据Cr/Cr+Al比值，可以将尖晶石划分为三种类型，其中尖晶石比值在0-25%为铝尖晶石，本区尖晶石比值为21.34%（表12），就属于这种。（三）岩石化学特征本区尖晶石二辉橄榄岩岩石化学成分与世界已知的平均值比（表2），从SiO2-(K2O+Na2O)、SiO2-Al2O3、Mg/[Fe]-[Fe]/Si、MFC等图解上（图8、9、10、11）判别，基本一是一致的，为贫碱、钙、铝的镁铁质超基性岩类。与地幔岩模型成分（Ringwood，1975）对比，以富镁、低钙、铝、碱为特征。其基性组分中MgO偏高，FeO偏低，表明地幔非均质性的特征。此外，Al2O3和Fe2O3比赋存它的玄武岩低，表明来源深度大，而是在比玄武岩缺氧的条件下形成的。5ygecbc（四）地球化学特征地幔岩稀土元素分析结果及特征参数见表4，橄榄岩包体的∑REE=15.464（10-6）＞2（10-6），远低于大黑沟组玄武岩的稀土总量。轻重稀土比值LREE/HREE=11.18，铕异常指数δEu=1.059，铕无异常，(La/Sm)N=4.551，稀土配分曲线呈不对称右倾，为轻稀土富集型（图12）。与晚更新世大黑沟组玄武岩的稀土丰度和配分型式极为相似，仅后者更强烈富集轻稀土。因此反映源区本身富集轻稀土元素，部分可能由地幔交代造成（Frey等1978；Bocttcher等，1979；Menzies和Mnrthy，1980）。岩石的分配型式不具铕的异常，不能据此否定分离结晶作用的存在，其原因一是分离结晶的产物并非是铕富集的长石类矿物，二是分离结晶相即使为长石类，但因分离结晶程度甚小，在分配型式上表现不出铕的异常。图10Mg/Fe—Mg+Fe/Si变异图图11MPC三角图Ⅰ.超镁质区Ⅱ.镁质区Ⅲ.镁铁质区钙质Ⅱg.镁质区；Ⅰa.贫钙的镁铁质区；Ⅱ.贫钙质区Ⅳ.铁镁质区Ⅴ.铁质区Ca.区；Ⅰb.贫钙