牦牛山组火山岩地球化学特征及构造环境分析
摘要：本文对牦牛山组火山岩的系统研究发现其岩石组合为安山
角砾岩、杏仁状安山岩、辉石安山岩、角闪安山岩和石英安山岩，
总体上属于钾玄岩系列。牦牛山组火山岩具有钾质火山岩的特征。
通过地球化学方面的证据，同时结合区域地质演化特征，得出牦牛
山火山岩的形成环境应该为板内伸展体制下的大陆裂谷型火山岩。
关键字：牦牛山组；火山岩；地球化学特征；大地构造环境；
中图分类号： p588 文献标识码： a 文章编号：
1 牦牛山地区地质概况
牦牛山地区大地构造位置处于欧龙布鲁克地块，北邻南祁连造山
带，南接柴达木陆块。总体呈北西西向介于宗务隆山南缘断裂与柴
北缘缝合带之间，西端至阿尔金断裂，东段为哇洪山-温泉右行剪
切断裂所截，故又称欧龙布鲁克隆起带。该地块经历了晚太古代-
中元古代的的多次大陆汇聚裂解过程形成了老的变质结晶基底；中
元古代-新元古代出现了以碳酸盐为主的沉积盖层；早古生代寒武
纪-奥陶纪受柴达木陆块向欧龙布鲁克地块俯冲与折返作用，在欧
龙布鲁克地块南缘形一套以中基性火山岩为主，夹有少量碎屑岩及
碳酸盐岩的火山沉积建造；至晚古生代发生了陆内造山。前人研究
认为，区内普遍缺失早、中泥盆世沉积，晚泥盆世区内为陆相磨拉
石建造，泥盆纪晚期受大陆的继续拉张，在泥盆纪牦牛山组顶部发
育了一套陆相火山岩沉积，石炭纪的城墙沟组是一套海陆交互相沉
积建造，预示着陆内造山结束。此后新的特提斯洋在柴北缘一带张
开，中新生代伴生有中酸性岩浆活动，进入新生代随着特提斯洋的
关闭，区内再次进入陆内造山阶段，广泛发育陆相磨拉石建造，造
就了欧龙布鲁克地块现今的构造格局。
上泥盆统牦牛山组分布于柴北缘牦牛山地区，与下伏滩间山群不
整合接触，上覆下石炭统城墙沟组为角度不整合接触关系。前人据
岩性组合特征将牦牛山组分为碎屑岩段和火山岩段。
（1）碎屑岩段（d3m1）
主要分布于牦牛山北坡。自下而上岩性为：下部厚-块层状中粒
硬砂质长石砂岩、钙质硬砂质石英砂岩及紫红色块层状含砾中粗粒
硬砂岩夹砾岩透镜体，底部有不厚的紫灰色砂质细砾岩；中部灰紫
色巨厚-块层状中-粗粒砾岩；上部灰紫色中厚-块层状中-粗粒硬砂
岩，含砾硬砂岩夹少量灰绿色细-粗粒硬砂岩。
（2）火山岩段（d3m2）
主要分布于阿木尼克山、锡铁山、牦牛山一带。由下而上岩性为：
下部灰绿色、灰紫色块层状砾岩、粗粒含砾硬砂岩及中粗粒硬砂岩
夹不稳定的灰紫色杏仁状安山岩；上部为灰紫色、灰绿色、紫红色
安山角砾岩、杏仁状安山岩、辉石安山岩、角闪安山岩、安山岩和
石英安山岩等，是组成火山岩段的主要岩石，顶部为灰紫色厚层状
长石质硬砂岩。
本文主要针对火山岩段的岩石地球化学特征、微量元素特征及稀
土元素特征进行了初步的分析，所涉及样品均有长安大学资源学院
西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室负责测试。
2 火山岩的地球化学特征
2.1 主量元素特征
主量元素的分析可以对岩石的分类定名、岩浆的起源及其演化提
供重要依据，也是研究火山岩的重要方法之一，通过对a1，a2,a3,a4
样品的分析表明牦牛山组火山岩段的主量元素在化学成分上具有
如下特征：
（1）sio2的含量变化范围在58-66%，其中a1、a2两件样品的
sio2含量小于63%、大于52%，属于中性火山岩类；a3、a4两件样
品的sio2含量大于63%，属于酸性岩类。结合tas图解（图2-1）、
野外定名和薄片鉴定的成果，将牦牛山火山岩定名为玄武岩、辉石
安山岩、粗面安山岩、粗面英安岩、角闪安山岩、安山岩和英安岩，
显示出钾玄岩系列岩石组合特征。
（2）富碱：w（na2o+k2o）为8.56-10.31%，平均值为9.35%。
反应在里特曼指数上，a1、a2两件样品均大于4，属于碱性岩系；
a3、a4样品小于4属于钙碱性岩类。四件样品的碱值介于0.5-0.65
之间，均小于0.9，属于钙碱性系列。
（3）富铝：所测4件样品中，其铝饱和度（a/cnk）的值均大于
1，属于过铝质火山岩，a3、a4样品的al2o3及cao+na2o+k2o的值
较a1、a2低，具亚碱性特征。
（4）富钾：其w（na2o）/w(k2o)为0.7-1，均大于0.6。在w（na2o）
/w(k2o)图及w（sio2）/w(k2o)上，所有样品落入钾玄岩系列。
（5）贫钛：所测四件样品钛含量介于0.5-0.75%之间，均小于
1.3%，属于贫钛类型。
综上知本区火山岩属于介于碱性玄武岩和钙碱性岩类之间的中
间系列-钾玄岩系列,sio2含量在58-66%，具有富碱、铝及钾，相
对来说贫钛。
2.2 微量元素特征
微量元素在岩石中的含量一般小于0.1%，通过对微量元素的研究
可以划分岩石类型、分析岩石形成的物化条件及构造背景，同时在
岩浆形成机制及演化方面起到指示作用。总体上看牦牛山地区火山
岩具有如下特征：
（1）样品总体上，富集轻稀土，lree=455-550×10-6，平均值
为493×10-6。重稀土相对亏损，hree=21-27×10-6，平均值为23.93
×10-6。轻重稀土分馏明显，lree/hree=19-22，稀土总量477-578
×10-6。在稀土元素配分曲线上，大多数样品表现出明显的负铕异
常，δeu=0.68-0.74，说明原始岩浆熔体从未与基性斜长石平衡，
表明没有斜长石的分离结晶作用。在球粒陨石标准化稀土配分曲线
上表现为明显的右倾型轻稀土富集型曲线，说明安山质岩浆经历了
较高的演化程度。总的来说，样品的稀土元素总量较高，显示出了
明显的轻稀土元素富集，轻稀土元素的分馏程度明显高于重稀土元
素，其中la/yb比值达到40，所有样品几乎一致地表现为轻稀土元
素富集及重稀土元素的亏损，同时具有明显的负铕异常。分析其岩
浆源区可能有石榴子石残留造成了轻重稀土的不同程度的分馏效
应，而铕的负异常可能是岩浆源区在部分熔融过程中残留了长石所
造成的。
（2）在微量元素的原始地幔标准分配图上，高场强元素富集明
显，其中th、u、pb三元素高度富集，高出原始地幔1000余倍，
nb、ta相对较富集，仅为洋中脊玄武岩含量的10倍左右；大离子
亲石元素rb、ba等适度富集，高出原始地幔100倍左右；元素sr
表现出显著的亏损，亦可能是由于岩浆熔融过程中，其源区有斜长
石存在的缘故。y、yb元素也相对显示出亏损特征。
3 柴北缘泥盆纪火山岩的构造背景分析
3.1 对牦牛山火山岩的构造环境的认识
牦牛山火山岩以中酸性火山岩为主体岩性，岩石组合特征及地球
化学图解得出其属于钾玄岩系列。钾玄岩是近年研究发现的一套介
于碱性玄武岩和钙碱性岩类之间的中间系列，其可以形成于不同的
构造环境包括大陆弧、碰撞后弧、大洋弧和板内环境。一般与岛弧
有关的玄武岩具有富集大离子亲石元素和富集轻稀土元素的微量
元素特征；大洋板内钾玄岩具有典型洋岛型玄武岩的微量元素特
征；而大陆板内钾玄岩则兼具前面二者的特征，所以在识别其大地
构造环境方面具有一定的难度，不能用单一的一种方法来判别而是
运用多种手段来综合分析其构造环境。
本文此次采用了muller的zr-y图解、zr/al2o3-tio2/al2o3图
解及zr*3-nb*50-ce/p2o5三角图解来综合判断牦牛山组火山岩的
大地构造环境。在地球化学投图中，牦牛山火山岩4件样品在zr-y
图解中大部分落入了板内环境；分析本区火山岩可能属于陆内裂谷
型火山岩。
而在zr/al2o3-tio2/al2o3图解中4件样品全部落入了大陆弧及
后碰撞弧环境，投图结果显示了牦牛山地区火山岩可能与陆缘弧及
碰撞环境有关；进一步利用zr*3-nb*50-ce/p2o5三角图解来区分
出陆缘弧及后碰撞弧，大部分样品落入了后碰撞弧，显示出本区火
山岩产出于后碰撞环境。
综上知，牦牛山组火山岩是一套岩性组合为似玄武岩、辉石安山
岩、粗面安山岩、粗面英安岩、角闪安山岩、安山岩和英安岩的钾
玄岩系列岩石组合，并具有钾质火山岩的地球化学特征。其地球化
学数据显示其具有板内裂谷与后碰撞弧的双重大地构造背景。
3.2 板内伸展与牦牛山组火山岩的形成
富钾火山岩可形成于多种构造环境，在muller所划分的富钾火
山岩产出的5种构造环境中，板内富集火山岩较为特殊，该类火山
岩的形成主要受到地幔柱活动的影响，由于本区火山岩产于特殊的
构造位置（柴-欧微陆块的衔接带），在其岩浆上侵的过程中可能携
带了下部构造伸展环境下的岩浆产物的特征，而后碰撞弧代表了因
陆陆碰撞导致地壳加厚和构造隆起的复杂地质背景，因而在这一带
产出的火山岩难免就携带了下部的构造环境信息，而致使本区火山
岩显示了板内构造环境及后碰撞弧环境的双重地球化学特征。
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