　岩石化学及痕量元素特征

2025-03-29 23:38:11

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回答1：

3.5.1　岩石化学成分分类

根据本次工作及前人（芮行健等，1994；新疆地质矿产局，1990）对诺尔特地区火山岩的岩石化学分析结果（表3-3），采用Le Bas等（1986）的分类方法，对本区火山岩进行了化学成分分类。可见，泥盆纪火山岩投影于安山岩、英安岩及流纹岩区域；石炭纪早期喷发活动形成的火山岩投影于英安岩及流纹岩区域，集中于流纹岩区域；石炭纪晚期喷发活动形成的火山岩也具有相似的特征，投影于英安岩及流纹岩区域，集中于流纹岩区域（图3-3）。

表3-3　诺尔特地区火山岩化学成分　w_B/%

测试单位：国家地质实验测试中心。

在火山岩R₁-R₂多阳离子分类图解（De La Roche,1980）中（图3-4），泥盆纪火山岩投影集中于英安岩、碱性流纹岩、流纹岩、英安流纹岩及流纹英安岩区域；石炭纪早期喷发活动形成的火山岩投影于流纹岩及英安流纹岩区域；石炭纪晚期喷发活动形成的火山岩投影点则集中于流纹岩、英安流纹岩及流纹英安岩区域。

图3-3　火山岩TAS分类图解

O₂—安山岩；O₃—英安岩；R—流纹岩；T—粗面岩；Ph—响岩1—泥盆纪火山岩；2—石炭纪早期火山岩；3—石炭纪晚期火山岩

图3-4　火山岩R1-R2多阳离子分类图解

Ⅰ—粗面岩；Ⅱ—英安岩；Ⅲ—碱性流纹岩；Ⅳ—流纹岩；Ⅴ—英安流纹岩；Ⅵ—流纹英安岩1—泥盆纪火山岩；2—石炭纪早期火山岩；3—石炭纪晚期火山岩

因此，区内火山岩主要为中—酸性火山岩，泥盆纪火山岩略偏中性，但仍以英安质及流纹质岩石为主；而石炭纪火山岩则以酸性为主，为英安质及流纹质岩石。岩石化学成分与野外定名及镜下鉴定结果基本上是一致的。

3.5.2　岩石碱度、系列和组合

诺尔特地区泥盆纪火山岩SiO₂含量59.84%～78.84%,w,（K₂O+Na₂O）含量5.61%～9.09%，石炭纪火山岩SiO₂含量变化范围在55.95%～76.19%,K₂O+Na₂O变化范围在3.63%～12.2%（表3-3）。

在AFM图解中（图3-5），火山岩绝大部分投影点集中于钙碱性系列区间。其中泥盆纪火山岩基本上投影于钙碱性系列，个别点投影于拉斑玄武岩系列。石炭纪早期喷发活动形成的火山岩相对集中于AF线附近，主要投影于钙碱性系列区间，有部分投影点落于拉斑玄武岩系列区域；晚期喷发活动形成的火山岩则全部投影于钙碱性系列区间；从早期喷发活动到晚期喷发活动形成的火山岩，有A值逐渐减小、M值和F值逐渐增大的趋势，成分相对向略富镁铁方向演化。区内火山岩δ值在1～3.3之间，火山岩碱度变化不大，总体上属钙碱性岩石组合。在w（K₂O）-w（SiO₂）相关图解中（图3-6），火山岩投影于高钾区〔w（K₂O）＞3%〕和钙碱区〔w（K₂O）=1.3%～3%〕，反映了地壳成熟度较高的特点。其中，泥盆纪火山岩投影点相对集中于高钾区与钙碱区的过渡区域；而石炭纪火山岩则主要投影于高钾区。因此，诺尔特地区火山岩主要属于高钾、钙碱性、酸性系列（表3-4）。

3.5.3　稀土元素特征

诺尔特地区火山岩的稀土元素含量及特征参数如表3-5所示，其中，泥盆纪火山岩∑REE范围在126.02×10^-6～219.79×10^-6，均值176.65×10^-6；δEu范围在0.36～0.80,均值0.60，呈铕亏损；LREE/HREE比值为2.89～5.12，均值为3.99。石炭纪火山岩∑REE范围在83.29×10^-6～281.79×10^-6，均值183.45×10^-6；δEu范围在0.44～0.81，均值0.54，中等负铕异常；LREE/HREE比值为1.98～8.23，均值4.92。泥盆纪火山岩与石炭纪火山岩∑Ce/∑Y值均略大于Taylor（1979）提出的地壳平均值（∑Ce/∑Y=3.74），表明区内火山岩的成因与壳源物质有关。

图3-5　火山岩AFM图解

A—拉斑玄武岩系列；B—钙碱性系列1—泥盆纪火山岩；2—石炭纪早期火山岩；3—石炭纪晚期火山岩

图3-6　火山岩w（K₂O）-w（SiO₂）图解

HK—高钾区；CA—钙碱区；LK—低钾区1—泥盆纪火山岩；2石炭纪早期火山岩；3—石炭纪晚期火山岩

表3-4　诺尔特地区火山岩岩石系列、组合和类型

从本区火山岩稀土元素配分曲线（图3-7）可见，无论泥盆纪火山岩还是石炭纪火山岩，均具有向右倾斜的轻稀土富集特征，轻稀土部分的斜率大于重稀土部分。不同岩石类型稀土元素配分曲线主要表现在铕异常程度的不同，英安岩只有很小的负铕异常，而凝灰岩和碎斑熔岩则具有小到中等的负铕异常，除此之外，其稀土元素配分曲线相似。铕异常产生的原因一方面是源区物质性质决定的，另一方面是岩浆演化过程中结晶分异作用导致的。区内火山岩在成岩过程中结晶分异作用是不明显的，主要是部分熔融作用（见下文），因此，火山岩铕异常的产生是继承了源区物质的性质所致。

在w（LREE）/w（HREE）-w（SiO₂）及（La/Yb）_N-w（SiO₂）图解中（图3-8，图3-9），火山岩的相关性不明显，其中泥盆纪火山岩略呈负相关性，而石炭纪火山岩则不显相关性，同时，∑REE与SiO₂、δEu与CaO及δEu与Na₂O亦不具明显相关性，反映了火山岩轻、重稀土的分异没有随岩石酸度增加而变强烈，甚至分异变弱，这种结晶分异作用或者幔源岩浆在上升过程中受到壳源或者幔源岩浆在上升过程中受到壳源分熔融作用则可以造成上述的变化特征。

表3-5　诺尔特地区火山岩稀土元素含量及特征参数

资料来源：本文（测试单位：国家地质实验测试中心）、芮行健等（1994）和新疆地质矿产局（1990）。

表3-6　诺尔特地区石炭纪火山岩微量元素含量　w_B/10^-6

资料来源：本文（测试单位：国家地质实验测试中心）和新疆地质矿产局（1990）。

图3-7　诺尔特地区火山岩REE配分模型

D—泥盆纪火山岩；C—石炭纪火山岩

在∑Ce/∑Y－∑Y/TR和Nd/Sm-Ce/Y关系中（周作侠，1986），泥盆纪火山岩及石炭纪火山岩部分落于壳幔混源区域，部分落于壳幔混源区与壳源区的过渡区域，而没有单纯落于壳源区的样点，反映了区内火山岩的物质来源并非单纯来自于地壳，还有地幔物质参与。

3.5.4　微量元素特征

Rb、Sr、Ba是造岩矿物钾长石、斜长石、黑云母及角闪石等的相容元素；Ta、Zr等高价大离子元素在岩浆演化过程中难以进入主要造岩矿物的晶格而富集于熔体或以副矿物形式出现；而Ti、V、Cr、Ni、Co这类过渡元素具有很相似的地球化学性质，主要反映岩浆的来源深度和源岩的基性程度。

诺尔特地区石炭纪火山岩微量元素中（表3-6），Rb、Sr、Ba等相对富集。在微量元素与SiO₂含量的变异关系中，Zr、Ba、Cr、V等元素丰度随SiO₂含量的增加，显示出不一致的变化特征，这种特征反映了在岩浆演化过程中，这些微量元素的载体矿物不是只作为早期结晶相分离，或者即使为早期结晶相，其数量也十分有限，岩浆的演化不是以结晶分异为主要机制。

图3-8　w（LREE）/w（HREE）与w（SiO₂）关系图解

1—泥盆纪火山岩；2—石炭纪早期火山岩；3—石炭纪晚期火山岩

图3-9　（La/Yb）_N与w（SiO₂）关系图解

1—泥盆纪火山岩；2石炭纪早期火山岩；3—石炭纪晚期火山岩

此外，在石炭纪火山岩Rb-Sr地壳厚度网络图中，本区地壳厚度已超过30km，为35～40km，这反映了至石炭纪本区地壳成熟度已较高，进入了新陆壳演化阶段，地壳厚度相应较厚（图3-10）。

图3-10　诺尔特地区石炭纪火山岩w（Rb）-w（Sr）地壳厚度网络图（底图据何国琦等，1995）

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