盆区火山岩特征

盆区火山岩地球化学特征~

1.双峰式火山岩地球化学特征
为了了解闽西-赣南侏罗纪盆地中火山岩的岩浆成分和岩浆源区的性质，采集了17 个代表性的新鲜样品（10个流纹岩，7个玄武岩）作主元素、稀土元素和不相容元素的 分析。它们的岩石学特征和矿物成分上文已述。17个样品的主元素含量由南京大学现代 分析中心张孟群用荧光法测定、稀土和微量元素含量由南京大学成矿作用国家重点实验室 高剑峰完成，所用仪器为美产德造Finnigan MAT Element Ⅱ形ICP-MS，美国标样，高压 罐溶样。分析结果见表5-7。岩石化学数据表明（表5-7），闽西-赣南盆地的火山岩 主要为玄武岩和流纹岩两种，和野外观察及薄片鉴定认识一致。
该区的玄武岩富硅贫碱，和Condie（1989）的大陆拉斑玄武岩成分十分相似：SiO2 为49.43％ ～50.68％，Als2O3为14.03％ ～14.94％，TiO2为2.23％ ～2.87％，CaO为 7.46％～9.05％，Na2O＋K2O为2.8％～4.4％，Na2O/K2O ＞1.6。其里特曼岩系指数（K2O＋Na2O）/（SiO2-39）（ωt％）为0.27～0.37，属于拉斑玄武岩类；ANKC值Mol Als2O3/（Na2O＋K2O＋CaO）为0.64～0.76，岩浆源于地幔；莱特岩系碱度率（Als2O3＋ CaO＋K2O＋Na2O）/（Als2O3＋CaO-K2O-Na2O）（ωt％）为1.29～1.44。
其流纹岩具有高SiO2、Als2O3、K2O含量，化学成分具一定幅度的变化，SiO2（67.81％～76.85％），Als2O3（11.72％～14.52％），Na2O＋K2O（6.35％～9.14％）， K2O（4.34％～6.31％），K2O/Na2O＞1.5，介于英安流纹岩-流纹岩之间。里特曼岩系指 数为0.20～0.27，属拉斑玄系列；ANKC值1.0～1.5，反映其岩浆具有一定的地壳成分； 莱特岩系碱度率为2.67～3.86，属于钙碱性-碱性系列岩石。
稀土元素上（表5-7），闽西-赣南盆地火山岩的所有样品均显示出轻稀土富集的特 点，其中，玄武岩稀土总量（128～289）μg/g，流纹岩（159～532）μg/g，玄武岩的La/ Yb（8个平均值6.5）比流纹岩小（9个平均值8.9），流纹岩普遍铕异常亏损（Eu/Eu*＝ 0.1～0.9，平均0.45），玄武岩铕异常不明显（Eu/Eu*平均值0.9）。玄武岩的球粒陨石 标准化配分曲线与大陆裂谷玄武岩相似（Condie，1989），表现为向右倾斜的轻稀土轻度 富集型（图5-13），而流纹岩则表现为朝右倾斜的轻稀土富集型，负铕异常较明显，表明轻重稀土分馏明显，据此推测玄武岩源于地幔岩浆而流纹岩则混入有地壳的物质。
表5-7 闽西-赣南盆地火山岩主量元素、 稀土元素和微量元素分析数据


续表


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注: 测试单位为稀土元素和微量元素由南京大学成矿作用国家重点实验室高剑峰用ICP-MS分析; 主元素由南京大学现代分析中心张孟群用X荧光法测定; 7296*数据据许美辉, 1992。
A.R=莱特岩系碱度率=(Al+Ca+K+Na)/(Al+Ca-K-Na) wt%;ANKC=Als2O3/(Na2O+K2O+CaO)Mol;σ=里特曼岩系指数=(Na2O+K2O)/(SiO2-39)wt%。
稀土元素标准化的球粒陨石数据据Sun S S等, 1989; 微量元素标准化的洋中脊花岗岩数据据Pearce等,1984。
在不相容元素上，闽西-赣南盆地流纹岩贫Ba、Ti、P、Nb、Zr（表5-7），和陆壳 重熔型的花岗岩相似；与此相关，较高的Rb、Th含量则显示出岩石具过铝质特征。在原 始地幔标准化蛛网图上（图5-13），以明显的Ba、Ti、P、Nb、Zr负异常和Rb、Th正异 常以及微弱的Ce、Sm正异常为特征，和S形花岗岩不相容元素配分样式（Condie， 1989）很相似，说明闽西-赣南古老基底的地壳组分影响着盆地流纹岩的岩石成分。相 比之下，闽西-赣南盆地玄武岩的不相容元素以贫Nb、Zr、Y，弱富集Ba、Hf、Th、Ce 为特征。其蛛网图总体上呈一上凸型（图5-13），与大陆裂谷玄武岩的蛛网图形态（Condie，1989）相似。

图5-13 闽西-赣南侏罗纪盆地双峰式火山岩的稀土元素和不相容元素配分曲线

由此可见，闽西-赣南盆地流纹岩具有高的SiO2、Als2O3、K2O含量，ANKC值大于 1.1；轻稀土富集、稀土总量高，铕亏损，具明显Eu负异常；富集Rb、Th，贫化Ba、 Ti、P、Nb、Zr等特点，属富钾过铝的钙碱系列酸性火山岩类，反映陆内构造-岩浆环 境。与之共生的玄武岩则以富硅贫碱为特征，轻稀土轻度富集，铕异常不明显；弱富集 Rb、Ba、Th、Ce，贫Nb、Zr、Y，配分样式呈上凸型，属拉斑系列玄武岩类，反映大陆 裂谷之构造-岩浆背景。
2.构造环境判别
在微量元素Zr/Y-Zr（μg/g）、（Y＋Nb）-Rb（μg/g）和Y-Nb（μg/g）判别图 上，研究区双峰式火山岩组合中的基性端员玄武岩全部投在板内玄武岩区（图5-14（a）），酸性端员流纹岩则具有后碰撞花岗岩（图5-14（b））和板内花岗岩的地球化学 特征（图5-14（c））。据此，闽西-赣南盆地带的玄武岩-流纹岩是一种后碰撞造山的 火山岩岩石组合，研究结果和陈培荣等（2002）南岭地区A形花岗岩和双峰式火山岩是 大陆地壳拉张裂陷产物的认识一致。表明南岭东段的本区在早-中侏罗世之交处于后造山 的陆内裂谷地球动力学背景之中，其岩浆活动是地下深处玄武岩浆底侵作用的结果。

图5-14 闽西-赣南侏罗纪盆地中的玄武岩和流纹岩构造环境判别图

1.火山岩类型
火山岩又称喷出岩（effusive rock），属于岩浆岩（火成岩）的一类，是火山作用时喷出的岩浆冷凝、成岩、压实等作用形成的岩石，与沉积岩在形成条件、发育环境、分布规律等方面有很大差异。
本书采用1989年国际地科联推荐的火山岩分类方案，按照岩石结构-成因，划分为火山熔岩与火山碎屑岩两大类。
火山熔岩采用化学成分分类命名方案。首先按照SiO2含量，划分为苦橄岩、玄武岩、安山岩、粗面岩和流纹岩5类，其间可有过渡类型，如玄武安山岩、英安岩、流纹英安岩等；然后根据碱性程度，即SiO2与全碱（Na2O＋K2O）的关系，将这5类细分为钙碱质、弱碱质和碱质3个系列（表15-5）。

表15-5 火山熔岩分类

（据国际地科联推荐火山岩TAS分类方案，1989）
火山碎屑岩分类，首先根据火山物质来源和生成方式、胶结类型，划分为火山碎屑熔岩、火山碎屑岩和火山-沉积碎屑岩3类；然后根据粒级组分划分为集块岩、火山角砾岩和凝灰岩；再以火山碎屑物态、成分和结构给予详细定名（表15-6）。

图15-6 中国陆上火山岩分布图


表15-6 火山碎屑岩分类

（据国际地科联推荐火山碎屑岩分类方案，1989）
中国含油气盆地火山岩储集层岩石类型多，东部盆地中生代火山岩以酸性为主，新生代火山岩以中基性为主；西部盆地火山岩以中基性为主（图15-7）。熔岩主要有玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩、粗面岩等；火山碎屑岩主要包括集块岩、火山角砾岩、凝灰岩、熔结火山碎屑岩等。

图15-7 新疆北部石炭系与松辽盆地白垩系火山岩TAS 图

（据国际地质科学联合会火成岩分类学分委会推荐，1989）（1）橄榄玄武岩；（2）玄武岩；（3）玄武安山岩；（4）安山岩；（5）英安岩；（6）粗面玄武岩；（7）玄武质粗面安山岩；（8）粗安岩；（9）碧玄岩、碱玄岩；（10）响石质碱玄岩；（11）碱玄质响石；（12）响石；（13）粗面岩；（14）流纹岩；（15）副长石岩
2.火山岩岩相类型与特征
火山岩岩相是火山作用过程中的火山产物类型、特征及其堆积类型的总和。总体来看，火山岩岩相包括岩石形成条件和岩石特征，是火山喷发类型的真实记录，是火山作用产物最本质、最重要的地质实体，反映了火山喷发类型、搬运介质及方式、堆积环境与气候等综合地质特征（邹才能等，2008）。
A.火山岩岩相类型
针对火山活动与火山岩分布特点，按照“岩性-组构-成因”划分标准，将火山岩岩相划分为4相组、6相、10亚相（图15-8；表15-7）。

图15-8 火山岩岩相模式


表15-7 火山岩岩相主要特征

（据邱家骧，1991；王璞珺等，2007；修改）
B.中国含油气盆地火山岩岩相特征
中国陆上含油气盆地火山岩以中心式喷发为主，主要为层火山；有陆上和水下两种喷发环境，岩石类型主要为基性、酸性岩类，少量为中性和碱性岩类。
松辽盆地营城组单个火山机构主要由中心式喷发形成，整体上又受区域大断裂控制而呈串珠状平面分布，横向厚度变化较大，火山岩相以喷溢相、火山沉积相为主，常发育火山锥。火石岭组以裂隙喷发方式为主，横向上分布范围广，厚度变化相对较均匀，多发育层火山机构，岩相以喷溢相为主。
渤海湾盆地辽河坳陷火山岩沿断裂分布，属于水下间歇性喷发，多次沿断裂喷溢，古近-新近纪火山活动以房身泡组沉积期最为强烈，根据喷发强度和火山岩时空分布，分为4期12次喷发；南堡凹陷火山岩喷发分为5 期，为中心式喷发、裂隙式喷发和沿断裂的溢出；东营凹陷火山岩以熔岩流、熔岩被为主，以喷溢相为主，爆发、侵出相极少；喷发环境以陆相为主，也有水下喷发，以中心式喷发为主；少数受断裂控制，呈线状排列，断裂复合处是火山活动最强烈的喷发中心。
准噶尔盆地西北缘石炭系火山喷发为裂缝-中心式；腹部石西地区以广泛分布的角砾熔岩为主；东部五彩湾凹陷基底以晚古生代石炭纪火山岩（熔岩与火山碎屑岩交替出现）为主，多为灰绿色，角砾熔岩、熔结角砾岩很少，夹薄层泥岩、砂岩，沉积岩层中含海相化石，呈大陆间歇性火山喷发，火山岩在水体深部喷发；自西向东火山岩喷发环境有从水上向水下转换的趋势。

1.盆区火成岩类

普遍发育在闽西—赣南盆地带及其盆缘的火成岩类主要包括喷溢相的玄武岩-流纹 岩、侵入相的辉长岩-花岗岩以及岩浆混合包体。本次侧重研究了永定县湖雷和龙南县东 坑-临江两个盆地中的火成岩类。前者紧邻政和-大埔断裂，火成岩类属玄武岩-流纹岩 组合，主要出露于湖雷的藩坑组（J_1-2f）中；后者火成岩也属玄武岩-流纹岩组合，主要分布于龙南县东坑-临江和寻乌县菖蒲-白面石等地的菖蒲组（J_1-2ch）中。 

图5-11 闽西—赣南中生代沉积盆地岩层中节理统计赤平投影

湖雷盆地的藩坑组可分下、中、下三段，总厚980m。上段和下段的岩性特征基本相 似，均为火山岩段，为玄武岩-基性火山碎屑岩、流纹岩-酸性火山碎屑岩组合，夹砂 岩、粉砂岩，局部见少量安山岩。基性火山岩多分布在火山岩段下部，酸性火山岩分布在 上部。流纹岩常直接覆于玄武岩之上，构成双峰式火山岩。中段为粉砂岩、泥岩夹石英砂 岩，含丰富的瓣鳃类和植物化石及孢粉等（许美辉，1992）。

龙南县东坑-临江盆地的菖蒲组原定晚侏罗世（江西地质矿产局，1984）。近年，根 据其中Rb-Sr测年数据（172±2）Ma（玄武岩）和（165±7）Ma（流纹岩），该岩组 被改定为早、中侏罗世（陈培荣等，1999；邢光福等，2002）。以玄武岩-基性火山碎屑 岩为主，流纹岩和流纹质凝灰岩为次，沉积夹层中含少量动植物化石（图5-12）。喷发 不整合覆盖于前寒武纪变质基底之上，厚约1300m。野外调查表明，菖蒲组具双峰式火山 岩组合。在全南县程龙，还存在双峰式侵入岩组合，存在辉长岩与花岗岩的岩浆混合现 象，二者接触界线模糊，接触带10～20cm处发育矿物不平衡组合：辉长岩包体中有钾长 石晶体，花岗岩中有辉石晶体。在龙南县寨背和陂头，菖蒲组火山岩分布区被A形（碱 性）花岗岩侵入。

图5-12 赣南东坑-临江盆地月子-里仁早、中侏罗世沉积岩-火山岩剖面

2.火山岩岩石学特征

玄武岩呈块层状，致密坚硬，深灰-灰绿色，斑状结构，基质为隐晶-细晶结构、间 粒结构，气孔构造。约含10％普通辉石、橄榄石、拉长石斑晶，拉长石呈长条状，晶 形完整，聚片双晶发育；气孔多被石英、绿泥石、葡萄石矿物充填，构成杏仁体，含量 5％～10％，最多可达25％（如龙南临江地段）。不少地段玄武岩已经发生强烈的绿泥石 化和碳酸盐化蚀变。

流纹岩呈浅褐红色，斑状结构，基质具球粒-石泡结构，具清晰的流纹构造。斑晶为 石英（8％～10％）和透长石（10％～15％），多熔蚀成港湾状，偶见更长石。基质多已 脱玻化和重结晶，由细小的长石、石英集合体组成。绢云母化或泥化蚀变明显。

在湖雷盆地和东坑-临江盆地，熔结凝灰岩也较发育，有时和流纹岩呈过渡关系。紫 红色，厚层状，由熔蚀状的长石和石英晶屑（10％～15％）、少量泥岩岩屑（3％～5％）、 变形玻屑-浆屑（＞50％）以及脱玻化的火山灰组成。少数玻屑保留弧面多角形，多数 已被强烈压扁，变为平滑线状或细脉状，并绕晶屑、岩屑变形弯曲，构成醒目的假流动 构造。

3.盆区火山岩的形成时代

根据火山岩在生物地层中的位置，闽西-赣南沉积盆地中基性和酸性火山岩的时代最 早被认为是晚侏罗世（福建省地质局713地质大队，1971；江西地质矿产局，1984）。20 世纪90年代以来，该区地层时代有些调整。根据新的化石证据和火山岩测年学数据，闽 西-赣南地区这些盆地的时代均从晚侏罗世修改为早-中侏罗世（陈培荣等，1999）。

近年来，研究区火山岩的放射性测年工作取得一批新数据。前人先后对永定湖雷盆地 流纹岩作Rb-Sr全岩等时线测年，分别获179Ma（许美辉，1992）和（183±25）Ma（周金城等，2001）数值，其⁸⁷Rb/⁸⁶Rb初始比为0.706，系幔源成因。邢光福等（2001）对 永定SW侧梅州盆地中的霞岚辉长岩体作Rb-Sr矿物＋全岩等时线测年，获（179±4）Ma 数值，其⁸⁷Rb/⁸⁶Rb初始比0.7056，源自地幔，未受地壳物质污染。陈培荣等（1999）对 赣南寻乌-白面石盆地和东坑-临江盆地中的双峰式火山岩作Rb-Sr全岩等时线测年， 获东坑盆地玄武岩（178±7）Ma、白面石盆地玄武岩（173±6）Ma、流纹岩（165±2）Ma 的数值，相当于早侏罗世晚期—中侏罗世。

为了进一步了解该盆地带玄武岩的喷发时代以及南岭东段陆内裂谷的形成时代，笔者 在永定县藩坑村采集了一批双峰式火山岩样品，在薄片观察基础上，对新鲜无蚀变的玄武 岩样品进行人工重砂淘选，选出自形、透明并晶棱完好的岩浆锆石颗粒。为了与相邻盆地 中的火山岩形成时代进行对比，笔者还在该带北侧的赣南泰和盆地采集了一批橄榄玄武岩 样品并挑选岩浆锆石颗粒。然后，送宜昌地质矿产研究所同位素研究与测试中心作颗粒锆 石溶解U-Pb法测年。该方法是一种低污染提取锆石U、Pb成分的测年法，精度较高（Krogh，1973）。测年工作由朱家平完成，测试全过程严格按规定流程和要求进行。测试 结果列于表5-6中。赣南泰和盆地橄榄玄武岩的年龄值意义将在下节讨论。测年数据表 明，闽西湖雷盆地的玄武岩年龄值为（170±1）Ma，和上述许美辉、周金城、邢光福、 陈培荣用Rb-Sr法对该带不同盆地中流纹岩和玄武岩测年所得的数值基本一致，说明闽 西盆地玄武岩浆喷发事件发生在中侏罗世早期，证明闽西-赣南盆地带双峰式岩浆事件或 裂谷事件发生在早侏罗世晚期到晚侏罗世早期的结论是可靠的。

表5-6 闽西湖雷盆地藩坑玄武岩（B11）、赣南泰和盆地南溪玄武岩（J74、J74-1）中锆石溶解U-Pb法测年数据

注：测试电位为宜昌地质研究所同位素研究与测试中心。

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