青龍礦田蘭旗組火山巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及成因探討

1、青龍礦田蘭旗組火山巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及成因探討 Open Journal of Nature Science 自然科學(xué), 2015, 3, 40-48 Published Online May 2015 in Hans. /journal/ojns /10.12677/ojns.2015.32006Petrology, Geochemistry Characteristics and Genesis of the Mid Jurassic Volcanic Rocks of the Lanqi Formation, Qinglong OrefieldGuochen Li1, Xiang S

2、un1, Yi Luo1, Yong Gu1,21 2Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing School of Earth Science and Resource, China University of Geosciences, Beijing Email: 396582051Received: May 9th, 2015; accepted: May 23rd, 2015; published: May 29th, 2015 Copyright ? 2015 by authors and Hans Publisher

3、s Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/AbstractThe Lanqi volcanic rocks at mid Jurassic are composed of a series of intermediate volcanic rocks and volcanic-clasitic rocks. They are the most important protecting thick cover

4、 on the orebody. This formation could be divided into three layers based on the volcanic petrography feature: the lowerandesitic agglomerate, breccia, porphyroclast and andesite; the middlethe purple Red tuffaceous sandstone and conglomerate; the uppervesicular andesite with thin layer black mica cr

5、ystal tuff. The Lanqi volcanic rocks are characterized by low MgO value, low TiO2 value, high Al2O3 value and high K2O value, belonging to quasi-aluminous, high-k calc-alkaline series. The REE, compatible elements and incompatible elements suggest that lower crust magma is mixed with some mantle mag

6、ma and shows a trend of strong-weak-strong of contamination levels in different stages. The formation of magma is not due to the Large-scale crystallization differentiation, but probably mainly due to the partial melting. The tectonic setting is at intraplate orogeny, on the stage of transformation

7、from the earthcrust shorting thickening to thining.KeywordsLanqi Formation, Intermediate Volcanic Rocks, Petrology, Geochemistry, Genesis青龍礦田蘭旗組火山巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征 及成因探討40青龍礦田蘭旗組火山巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及成因探討李國臣1，孫1 2祥1，羅毅1，谷勇1,2核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 Email: 396582051 收稿日期：2015年5月9日；錄用日期：2015年5月23日；發(fā)布日期

8、：2015年5月29日摘要青龍鈾礦田中侏羅統(tǒng)蘭旗組為一套較厚中性火山熔巖火山碎屑巖，是含礦層上覆最重要保護層?；?火山巖相學(xué)特征將蘭旗組劃分為3段：下段安山集塊巖、安山角礫巖、及碎斑安山巖、安山巖；中段紫 紅色凝灰質(zhì)砂巖、礫巖；上段氣孔狀安山巖夾薄層黑云母晶屑凝灰?guī)r。對各層位的火山熔巖進行了巖石 地球化學(xué)分析， 結(jié)果顯示總體具有低鎂低鈦高鋁高鉀特征， 屬準(zhǔn)鋁質(zhì)系列和高鉀鈣堿性系列； 稀土元素、 相容元素、不相容元素等顯示下地殼巖漿混入幔源特征，并顯示了各階段混染程度存在強弱強演化 趨勢；巖漿成因并非大規(guī)模結(jié)晶分異，可能主要為部分熔融；其形成構(gòu)造背景為板內(nèi)造山環(huán)境，處于地 殼縮短加厚晚期向減薄

9、轉(zhuǎn)換階段。關(guān)鍵詞蘭旗組，中性火山巖，巖石學(xué)，地球化學(xué)，成因1. 引言研究區(qū)位于河北省境內(nèi)與遼寧省鄰界處，大地構(gòu)造位置處于秦皇島巖漿弧與燕遼裂谷帶過渡部位， 屬建昌盆地南緣。 基底由似斑狀鉀質(zhì)混合花崗巖和中元古代地層組成； 上覆中侏羅海防溝組、 統(tǒng)蘭旗組、 晚侏羅統(tǒng)土城子組、早白堊統(tǒng)義縣組等地層。燕山期花崗閃長巖及白堊期北西向石英正長斑巖脈、輝綠 巖脈及環(huán)形大青山火山機構(gòu)發(fā)育(圖 1)。前人曾對區(qū)域上如北京西山、冀北、遼西地區(qū)對蘭旗組展開大量 研究1-3，而本區(qū)蘭旗組火山巖層序、巖性、巖石學(xué)特征、地球化學(xué)及巖漿演化成因等特征未見公開報 道，本文擬從以上角度揭示其火山巖特征屬性，探討其演化過程，為

10、理解巖漿深部作用提供依據(jù)。2. 研究方法為厘定礦田蘭旗組地層層序、巖性組合、巖相變化、接觸關(guān)系等野外地質(zhì)特征，本次野外調(diào)查以實 測地質(zhì)剖面為主(見圖 1 中 A-B)結(jié)合路線地質(zhì)調(diào)查方法去剖析其宏觀特征， 鏡下觀察認(rèn)識其火山巖巖石學(xué) 特征。對其地球化學(xué)特征，按照元素巖漿地球行為中相似性分組進行討論，對比各個階段差異及變化， 以判定巖漿地球化學(xué)屬性，推斷巖漿來源、演化過程及形成地質(zhì)背景。 地球化學(xué)樣品碎成 200 目以下粉末，分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析研究所完成，主量元素用 X 射線熒光分析，使用儀器為 AB104-L ， PW2404 X 射線熒光光譜儀，檢測方法和依據(jù)參照 GB/T 14

11、506.14-2010硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法，第 14 部分：氧化亞鐵量測定，GB/T 14506.28-2010硅酸 鹽巖石化學(xué)分析方法， 第 28 部分： 16 個主次成分量測定 ； 微量元素用 ICPMS 方法分析， 使用 Agilent7500a ICP-MS 儀器，檢測依據(jù)：GB/T14352-2010，GB/T14353-2010。3. 火山巖巖石學(xué)特征野外調(diào)查基于火山巖巖相將本期蘭旗組(J2l)分為三個巖段(圖 2)。下段下部 J2l1-1 為安山集塊巖、安山41青龍礦田蘭旗組火山巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及成因探討1 第四系；2 義縣組中性酸性火山巖；3 土城子組紫紅色碎屑巖；4

12、蘭旗組火山巖；5 薊縣系霧迷山 組燧石條帶灰?guī)r；6 長城系串嶺溝組頁巖夾砂巖；7 長城系常州溝組碎屑巖及頁巖；8 燕山期花崗巖； 9 燕山期花崗閃長巖；10 似斑狀鉀質(zhì)混合花崗巖；11 石英正長斑巖脈；12 輝綠巖脈；13 斷裂；14 礦 床位置及編號；15 實測剖面位置及編號Figure 1. Geologic map of Qinglong U deposit field position of geology survey section line 圖 1. 青龍鈾礦田地質(zhì)圖及實測剖面位置1 安山巖；2 凝灰質(zhì)砂巖；3 安山角礫巖、集塊巖；4 似斑狀鉀質(zhì)混合花崗巖；5 產(chǎn)狀；6 采樣位置

13、及樣號Figure 2. Geology survey section line of the Lanqi volcanic rocks in Qinglong Orefield 圖 2. 青龍礦田蘭旗組火山巖剖面角礫巖，為典型近火山口爆發(fā)相(圖 3(a)產(chǎn)物，集塊大小十幾厘米至幾十厘米，出露厚度不均勻，幾十米 至幾米，范圍不大，有的地段缺失；下段上部 J2l1-2 為灰紫色碎斑安山巖、安山巖，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶以斜 長石為主， 少量鉀長石、 輝石和角閃石， 多具強烈碎裂特征(圖 4(a)， 圖 4(b)， 圖 4(c)， 斑晶含量 20%35%， 基質(zhì)為玻晶交織結(jié)構(gòu)，副礦物為磷灰石、磁鐵礦，代表

14、火山爆發(fā)后平靜的溢流相(圖 3(b)，厚度較厚可達 1500 m；中段(J2l2)為紫紅色凝灰質(zhì)砂巖、礫巖，紫紅色泥質(zhì)砂質(zhì)膠結(jié)，厚十幾米，代表火山噴發(fā)間歇期 河流相(圖 3(c)；上段(J2l3)紫紅色氣孔狀安山巖(圖 4(f)夾薄層黑云母晶屑凝灰?guī)r(圖 4(d)，氣孔構(gòu)造或杏42青龍礦田蘭旗組火山巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及成因探討a:J2l1-1 安山質(zhì)集塊巖; b: J2l1-2 碎斑安山巖;c: J2l2 凝灰質(zhì)砂巖; d: J2l3 氣孔狀安山巖Figure 3. Landscape geology pictures of Lanqi formation volcanic rocks 圖

15、 3. 蘭旗組火山巖野外露頭特征(a) 碎斑安山巖斜長石斑晶碎裂；(b) 碎斑安山巖輝石斑晶碎裂；(c) 碎斑安 山巖少量鉀長石斑晶碎裂；(d) 安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r；(e) 氣孔安山巖見黑云 母斑晶包含磷灰石；(f) 氣孔安山巖杏仁體Figure 4. Microscope pictures of Lanqi formation volcanic rocks 圖 4. 蘭旗組火山巖鏡下顯微特征43青龍礦田蘭旗組火山巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及成因探討仁構(gòu)造，杏仁體充填石英或方解石集合體，斑晶出現(xiàn)黑云母，副礦物為磷灰石(圖 4(e)、磁鐵礦，代表較 為平靜的火山溢流沉積相(圖 3(d)。 巨厚的火山熔

16、巖厚度顯示蘭旗期火山活動強烈，持續(xù)時間長，火山物質(zhì)來源充足，代表了構(gòu)造-巖漿 活躍的構(gòu)造背景階段；巖性有規(guī)律重復(fù)變化反映火山活動呈韻律式特征。4. 地球化學(xué)特征樣品采集于沿 A-B 剖面自下至上的火山熔巖，可分為三類：第一組 J2l1-2 碎斑安山巖，第二組 J2l1-2 安山巖，第三組 J2l3 氣孔狀安山巖，采樣位置見圖 2。 主量元素實驗分析結(jié)果見表 1。蘭旗組火山巖 SiO2 含量 56.51%62.1%，按酸度屬安山巖范圍；MgO 含量 0.44%3.31%， Mg#646， 多 1531， 故為明顯低鎂端元系列， 指示派生巖漿成因； K2O1.72%4.81%， 偏高指示親殼程度較

17、高，且晚期有增強趨勢；(K2O + Na2O)含量 7.02%9.28%，較高；里特曼指數(shù) 三個 小于 3.3 ，多數(shù)大 3.3 指示鈣堿性 堿性過渡范圍的堿度； Al2O3 含量偏高幾乎全部大于 15% ， A/CNK0.831.05，屬于鋁不飽和系列的準(zhǔn)鋁質(zhì)；TiO2 含量 0.58%1.08%，P2O5 含量 0.232%0.459%。 SiO2-Zr/TiO2 圖解確定火山巖地球化學(xué)命名，結(jié)果顯示蘭旗組以安山巖為主(圖 5)，晚期向粗安巖演 化。在 SiO2-K2O 圖解(圖 6)中，主要落入高鉀鈣堿性系列區(qū)，表明蘭旗組火山巖總體富鉀。主要元素氧Table 1. Major eleme

18、nts chemical compositions of the Late Jurassic vocanic rock of Lanqi Formation, Qinglong ore-field in Hebei province 表 1. 河北青龍礦田蘭旗組火山巖主量元素分析結(jié)果P1-1 P1-2 P1-3 P1-4 P1-5 碎斑安山巖 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O K2O MnO TiO2 P2O5 FeO LOS K2O/Na2O A/CNK Mg# P1-6 P1-7 P1-8 P1-9 P1-10 P1-11 P1-12 P1-13 P1-14 P1

19、-15安山巖 57.57 57.46 57.1 63.21 17.18 5.51 0.365 2.9 5.47 3.52 0.058 0.642 0.429 0.67 0.95 0.64 0.95 6 8.99 4.002氣孔狀粗安巖 60.75 14.47 5.99 1.69 3.66 3.37 4.81 0.057 0.636 0.232 4.25 0.88 1.43 0.83 16 8.18 3.77 60.2 15.97 6.3 2.29 4.96 4.04 2.54 0.087 0.757 0.268 2.48 2.65 0.63 0.87 25 6.58 2.52 62.82 18

20、.1 3.1 0.44 2.54 4.99 4.29 0.04 0.58 0.34 1.32 1.111 0.86 0.85 10 9.28 4.35 56.51 17.28 3.32 2.93 4.07 4.86 3.15 0.1 0.72 0.29 2.73 3.7038 0.65 0.87 46 8.01 4.7558.69 59.53 59.05 61.12 57.11 57.28 60.215.49 15.58 15.64 16.33 17.76 16.97 17.09 16.7 18.16 16.46 5.76 5.93 6.3 6.69 7.33 2.47 4.16 5.69 2

21、.27 7.36 3.31 3.54 4.84 2.2 5.82 2.41 2.4 5.72 3.15 7.61 2.82 4.33 4.47 2.55 7.57 1.65 4.83 4.04 1.72 0.1 5.74 2.22 5.68 3.38 3.21 0.2832.11 1.84 2.92 2.14 4.27 4.18 4.05 3.42 3.8 4.26 3.73 4.463.79 3.28 2.85 3.360.043 0.097 0.062 0.092 0.055 0.073 0.069 0.083 0.725 0.749 0.767 0.757 1.081.05 0.891

22、0.906 0.662 0.6350.258 0.274 0.284 0.273 0.431 0.458 0.379 0.384 0.459 0.455 4.98 4.18 4.23 1.33 2.42 1.93 1.65 1 1.4 1.6 1.35 0.4 0.92 27 7.96 4.49 2.86 1.78 0.45 1.01 31 7.04 3.47 1.83 1.25 0.55 0.99 31 8.87 4.57 2.52 1.02 0.57 0.93 27 7.02 3.38 3.25 2.3 0.43 1.05 15 5.76 2.29 4.74 1.48 0.95 0.85

23、20 6.59 3.080.77 0.76 0.750.85 0.86 0.94 0.95 19 17 27 26Na2O + K2O 7.59 7.54 6.58 7.82 3.67 3.44 2.70 3.37注：A/CNK = Al2O3/(CaO + Na2O + K2O)摩爾數(shù)；Mg# = 100Mg/(Mg+Fe)； = (Na2O + K2O) /(SiO2-43)。 分析采用 X 熒光分析，分析單位：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心。44青龍礦田蘭旗組火山巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及成因探討Figure 5. Microscope pictures of Lanqi forma

24、tion vocanic rocks 圖 5. 蘭旗組火山巖鏡下顯微特征Figure 6. SiO2-K2O diagram of Lanqi formation vocanic rocks 圖 6. 青龍礦田蘭旗組火山巖 SiO2-K2O 系列判別圖化物對 SiO2 哈克圖解(圖 7)顯示出良好的線性相關(guān)關(guān)系，指示樣品代表的各階段火山巖漿良好的親緣關(guān) 系。 微量及稀土元素實驗分析結(jié)果見表 2。大離子親石元素 Sr (6071781 10?6)、Ba (9191886 10?6)、 Pb (10.946.7 10?6)、K2O (1.72%4.81%)、Rb (26.594.1 10?6)等含

25、量較高(表 2)，且向晚階段有增多的 趨勢，強不相容元素 K、Rb、U、Th 有先減少后增多趨勢，微量蛛網(wǎng)圖(圖 8)也顯示 Ba、K 等富集；Nb、 Ta、Zr、Hf 等 HFS 虧損，以上指示該組火山巖總體為大陸下地殼特征；相容元素 Cr (1071.86 10?6)、 Co (25.74.91 10?6)、Ni (37.82.29 10?6)含量偏低，暗示地幔原生巖漿貢獻較弱，而早階段晚階段有 強弱強趨勢，可能預(yù)示地幔物質(zhì)混染程度存在相似規(guī)律；Sr 和 Ba 的富集也說明巖漿演化未經(jīng)歷明 顯的結(jié)晶分異；Sr 高而 Y 低，較高的 Sr/Y 比值(表 2)暗示石榴石相的殘余。45青龍礦田蘭

26、旗組火山巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及成因探討 Table 2. Trace REE elements chemical compositions (10?6) of the Late Jurassic volcanic rock of Lanqi Formation, Qinglong ore-field in Hebei province 表 2. 河北青龍礦田蘭旗組火山巖微量及稀土元素分析結(jié)果(10?6)P1-1 P1-2 P1-3 P1-4 P1-5 P1-6 P1-7 P1-8 P1-8 P1-10 P1-11 P1-12 P1-13 P1-14 P1-15碎斑安山巖 V Cr Co Ni

27、 Rb Sr Y Nb Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ta Pb Th U Zr Hf 114 97.5 17.4 32.5 83.2 614 9.6 7.58 919 30.4 57.1 7.18 26.9 4.77 1.28 3.6 0.485 2.13 0.379 1 0.163 0.981 0.141 0.542 46.7 4.47 1.17 156 4.58 114 98.9 19.4 36.8 69.6 661 11.6 7.81 1140 32.2 70.6 7.66 28.6 5.11 1.22 3.89 0.55 2

28、.4 0.446 1.15 0.185 1.08 0.164 0.537 34.2 4.48 5.32 175 4.77 123 107 21.3 37.8 61.7 607 12.7 7.98 1054 32.4 58.5 7.58 28.5 5.05 1.41 3.87 0.544 2.39 0.449 1.15 0.191 1.12 0.167 0.531 18.1 4.43 1.04 173 4.79 118 51.6 17.4 19.9 74 705 16.8 9.55 1229 42.4 83 9.28 34.5 6.25 1.5 5.14 0.723 3.13 0.607 1.6

29、2 0.248 1.59 0.23 0.657 14.8 5.55 1.21 227 5.95 0.105 41.96 26.67 4.44 167 73.2 21.8 28.4 37.7 1347 13.4 7.56 1424 37.7 72.9 9.42 37.2 6.81 1.88 4.86 0.692 2.88 0.518 1.32 0.204 1.21 0.173 0.4 15.7 1.56 0.53 279 6.34 0.028 100.52 31.16 4.99 144 67.3 25.7 27.8 26.5 886 16 10.4 1023 53.3 70.7 11.2 42

30、7.28 1.92 5.5 0.76 3.25 0.598 1.54 0.239 1.36 0.197 0.539 26.8 2.36 0.533 244 7.44安山巖 107 59.9 15.4 24.6 53.8 873 10.8 8.36 1501 38.1 69.6 8.72 32.4 5.73 1.47 4.5 0.596 2.43 0.434 1.15 0.167 1.01 0.145 0.47 15.2 2 0.548 220 6.53 137 65 20 25.5 44 1031 12.9 7.99 1414 39.3 66.1 9.15 34.9 6.24 1.8 4.77

31、 0.663 2.79 0.512 1.3 0.196 1.17 0.168 0.424 19.3 1.86 0.573 226 6.31 81.9 1.86 15.7 2.57 11.1 1131 21.3 9.36 1875 53.6 74.5 11 41.1 7.12 2.13 5.86 0.843 3.77 0.732 1.98 0.327 1.92 0.297 0.482 14.8 2.37 0.653 341 6.6 80 1.99 12 2.29 43.8 709 18.3 8.94 1886 46.2 92.9 9.89 36.9 6.35 1.85 5.28 0.746 3.

32、35 0.659 1.81 0.287 1.81 0.284 0.457 12.9 2.18 0.609 311 6.15 54.8 5.77 4.91 3.43 57.1 768 9.48 8.98 1566 43.2 64.2 9.19 33.6 5.54 1.46 4.17 0.546 2.08 0.36 0.928 0.13 0.781 0.112 0.551 29 3.1 0.78 212 6.83氣孔狀粗安巖 98.8 78.9 15.3 31.6 90.7 504 9.21 8 1514 32.9 53.7 7.3 27 4.74 1.09 3.55 0.5 2.08 0.378

33、 0.964 0.153 0.948 0.134 0.563 23.3 5.05 1.76 141 4.48 0.18 54.72 34.70 4.11 115 48.9 15.9 17 39.3 1781 15.4 9.43 1738 42.8 83.9 9.13 34.2 6.14 1.52 4.96 0.697 2.95 0.558 1.52 0.234 1.45 0.219 0.606 16.7 5.84 1.29 224 5.69 0.0221 115.64 29.520 4.54 102 6.95 7.07 2.99 94.1 1012 27.2 20.4 1604 44.7 79

34、.7 9.9 38 6.31 1.68 5.35 0.82 5.04 0.97 2.63 0.44 2.76 0.44 30 16.6 5.72 1.71 172 11.3 0.093 37.21 16.20 2.19 154 76.5 21.1 18.9 67.1 695 21.7 12.2 931 33.4 61.6 7.74 30.1 5.18 1.42 4.48 0.67 4.12 0.77 2.19 0.35 2.28 0.37 1.13 10.9 6.69 1.93 155.9 11.5 0.0965 32.03 14.65 2.74Rb/Sr 0.1355 0.1053 0.10

35、16 Sr/Y La/Yb La/Nb 63.96 30.99 4.01 56.98 29.81 4.12 47.79 28.93 4.060.0299 0.0616 0.0427 0.0098 0.0618 0.0743 55.36 39.19 5.13 80.83 37.72 4.56 79.92 33.59 4.92 53.10 27.92 5.73 38.7 25.52 5.17 81.01 55.31 4.81注：分析采用 ICPMS 方法，分析單位：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心。稀土元素總量較高(135208) 10?6，離散性不強，指示相對集中(較快、較短)巖漿演化過程，

36、巖漿演 化來不及大規(guī)模結(jié)晶分異。稀土配分曲線(圖 8 右)呈現(xiàn)輕稀土富集的強烈右傾型無 Eu 異常的平滑曲線，46青龍礦田蘭旗組火山巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及成因探討圖解呈現(xiàn)良好的線性相關(guān)，證明了各階段的巖漿親緣性；：J2l1-1 碎斑安山巖；：J2l1-1 安山巖；：氣孔狀安山巖Figure 7. SiO2-K2O diagram of Lanqi formation volcanic rocks 圖 7. 青龍礦田蘭旗組火山巖 SiO2-K2O 系列判別圖圖解呈現(xiàn)良好的線性相關(guān)，證明了各階段的巖漿親緣性；：J2l1-1 碎斑安山巖；：J2l1-1 安山巖；：氣孔狀安山巖Figure 8. R

37、ee patterns spider diagram for Lanqi volcanic rocks 圖 8. 蘭旗組火山巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線及微量元素蛛網(wǎng)圖LREE/HREE 一般 1315，LaN/YbN 一般 2030；配分型式顯示大陸裂谷型玄武巖特征，重稀土虧損也暗 示源區(qū)強烈的石榴石殘余相，Eu 接近 1 (0.780.95)，顯示未經(jīng)強烈結(jié)晶分異作用。5. 蘭旗組火山巖巖漿演化及成因討論蘭旗組火山巖下段礦物見輝石、角閃石，上段則出現(xiàn)較多黑云母，化學(xué)分析 SiO2 含量升高，指示巖 漿向高酸度方向演化?；鹕綆r套缺失玄武質(zhì)、英安質(zhì)和粗面質(zhì)等過渡性成分的巖漿，及地球化學(xué)特征表 明巖漿結(jié)晶分異并非主導(dǎo)演化作用。相容元素 Cr、Co、Ni 及 MgO 含