项媛馨， 巫建华， 余达淦， 刘 帅

(1.东华理工大学核资源与环境省部共建国家重点实验室培育基地，江西南昌 330013;2.东华理工大学地球科学学院，江西抚州 344000)

赣东北晚白垩世橄榄玄粗岩(Shoshonite)系列火山岩厘定的地质证据

项媛馨， 巫建华*， 余达淦， 刘 帅

(1.东华理工大学核资源与环境省部共建国家重点实验室培育基地，江西南昌 330013;2.东华理工大学地球科学学院，江西抚州 344000)

赣东北广泛发育晚白垩世红色沉积盆地，并常伴有镁铁质火山活动。位于东乡－广丰断裂带南侧的广丰盆地产有上、下两套镁铁质火山岩，而位于该断裂带北侧的玉山盆地产有一套镁铁质火山岩。研究表明，广丰盆地上部的镁铁质火山岩和玉山盆地的镁铁质火山岩均呈块状构造，多气孔，气孔内常充填硅质、碳酸盐、绿泥石;斑晶矿物含量为15%左右，以斜长石和单斜辉石为主，并有少量橄榄石和斜方辉石，斜长石斑晶常见钾长石环边;基质为似粗面结构，斜长石定向排列，也具有钾长石环边;岩石SiO2含量为49.8%～53.6%(平均51.7%)，富碱(Na2O+K2O为5.00%～6.94%，平均6.35%)、富钾(K2O为2.40%～3.99%，平均2.98%)、K2O/Na2O(0.68～1.08，平均0.79)比值高，在SiO2－(Na2O+K2O)图解上落入碱性系列范围，在SiO2－K2O和SiO2－K2O/Na2O图解上均落入橄榄玄粗岩范围;全铁含量(7.10%～9.99%，平均8.26%)低，但具有高的Fe2O3/FeO比值，在AFM图解中具有钙碱性系列特征，在MgO－∑Fe图解上落入钙碱性系列趋势范围内，且大多数位于Lesser Antilles(CA-1)和Cascades(CA-2)两钙碱性趋势线之间，表现出亲钙碱性特征;其地球化学总体特征与典型橄榄玄粗岩系列一致。本文通过对矿物学和地球化学这两方面特征的总结，厘定其为橄榄玄粗岩系列火山岩。

橄榄玄粗岩系列;岩相学;地球化学;广丰盆地和玉山盆地;江西

橄榄玄粗岩系列火山岩是一套与碱性橄榄玄武岩系列、拉斑玄武岩系列及钙碱性系列并列的、独立的火山岩组合(Morrison，1980;Liegeois，1998;Sun，2001;Peccerillo，1999，2001)。地球化学特征上以高碱质区别于亚碱性系列，而与碱性橄榄玄武岩系列相同;以无富铁趋势区别于有明显富铁趋势的碱性橄榄玄武岩系列，与钙碱性系列相同。由于橄榄玄粗岩岩石发育于岛弧区(Morrison G，1980)、活动大陆边缘、地缝合线两侧及裂谷带(Varne，1985;Thompson，1985)等特殊的构造环境，且橄榄玄粗质岩浆与金－铜矿化有着密切联系(John et al.，2002;Muller和Forrestal，1998)，在1990s，橄榄玄粗岩系列的研究得到我国学者的广泛关注，在我国东部额尔古纳(孙德有，1994)、燕辽(廖群安等，1993;鲍亦冈等，1995)、长江中下游(赵太平等，1994;薛怀民等，1989)、峡江 －广丰(廖群安等，1999)等中生代火山岩带陆续有橄榄玄粗岩系列岩石的报道，王德滋(1996)还提出了中国东部橄榄玄粗岩省的概念，但徐义刚等(1999)认为其中存在橄榄玄粗岩概念扩大化的问题。随后，橄榄玄粗岩系列岩石的特征研究、系列厘定和成因探讨成为我国地质工作者的研究热点(刘洪等，2002;章邦桐等，2001，2008a，2008b，2011;张双涛等，2005;李毅等，2006;谢智等，2007;贺振宇等，2008;薛怀民等;2010)。

赣东北是我国东南部白垩纪红色沉积盆地最发育的地区之一，盆地内夹杂部分镁铁质火山岩，其中广丰盆地内发育有早晚两期镁铁质火山岩(廖群安，1999;余心起，2004;刘平华等，2007)，对于早期具亚碱性系列特征的镁铁质火山岩，人们从岩石学、地球化学和矿物学角度做了相关研究(王勇等，1997;叶发旺等，2001;项媛馨等，2010)，而对于晚期具有碱性系列的岩石研究并不一致。廖群安等(1999)将广丰盆地白垩系晚期镁铁质火山岩归为橄榄玄粗岩系列，余心起等(2004)认为江山－广丰地区白垩纪红盆内晚期玄武岩属碱性橄榄玄武岩，王勇等(2002)认为赣东北白垩纪红盆内晚期镁铁质火山岩具有高碱、高钾和高铝的特征，但与典型的橄榄安粗岩系(Morrison，1980)有一定差别。分析现有的研究成果发现，前人主要从岩石地球化学的角度讨论赣东北白垩纪镁铁质火山岩的岩石系列，缺少岩相学的系统研究，而且主元素分析的烧失量多大于3.5%。由于镁铁质火山岩存在方解石或氟石等气孔充填物，或者受到后期蚀变，往往使全岩化学分析结果产生较高的烧失量。为了减少这种影响，在进行全岩化学分析前需对样品仔细清洗和挑选，尽量将气孔中充填的或后期蚀变形成的碳酸盐矿物剔除。即使如此，仍会有主量元素分析结果显示较高烧失量的现象(Schiano et al.，1993;Carr，1998;Calanchi et al.，2002;Hollanda et al.，2006;Lapierre et al.，2007;贺振宇等，2008)。对此，一般的处理方法有:⑴采用分析样品中烧失量较低的样品，而不用烧失量高的样品进行讨论。然而，对烧失量高与低界限的划分还没有统一的标准。Muller et al.(1992)认为，烧失量5%可作为划分新鲜样品和受蚀变样品的界限;Scarrow et al.(1998)认为，样品的烧失量小于3.5%则元素组成没有受到岩石蚀变作用的影响;⑵ 对活动性较强的元素进行判别，确认有无受到后期蚀变作用的影响。由于不相容元素在岩石后期蚀变和变质作用过程中表现出不同的地球化学性质，活动性较强的元素和不活动元素的协变图解能够判别岩石元素组成是否在后期蚀变过程中受到改变，同时将主量元素分析数据去除烧失量，重新换算成100%，再用于地球化学图解分析(Schiano et al.，1993;Calanchi et al.，2002;Hollanda et al.，2006);⑶ 选择Ti，Zr，Nb，Y，Nd，Ta，Hf，P等高场强元素和REE元素进行岩石分类和成因等讨论，而不采用对蚀变作用比较敏感的Rb，Ba，K，Si等活动元素(Lapierre et al.，2007)，例如岩石类型判别图解:Zr/TiO2-Nb/Y分类图要比TAS图解更能反映岩石的本质特征;⑷在镁铁质岩浆中，Zr在部分熔融和分离结晶作用中表现强烈的不相容性，并且在变质作用过程中相对不活泼，因此高场强元素(HFSE)、过渡族元素(Fe2O3，MnO和V)和稀土元素与Zr的协变关系对成岩过程和分类将十分重要。因此，笔者对广丰盆地和玉山盆地的镁铁质火山岩进行系统的岩相学研究的基础上，挑选新鲜样品进行主元素、微量元素、稀土元素和Sr-Nd-Pb-O同位素分析。系统的研究表明，广丰盆地下部的镁铁质火山岩为碱性橄榄玄武岩，广丰盆地上部的镁铁质火山岩和玉山盆地的镁铁质火山岩属橄榄玄粗岩系列岩石。限于篇幅，本文主要讨论广丰盆地和玉山盆地橄榄玄粗岩系列岩石的岩相学和主、微量元素地球化学特征。

1 区域地质背景

广丰盆地和玉山盆地分别位于萍乡－广丰深大断裂的南、北两侧，广丰盆地主要受NE江山－绍兴断裂带，上饶－玉山－常山断裂带和NNW向广丰断裂带组复合控制。盆地基底包括中元古代深度变质岩系、新元古代－寒武纪浅变质岩系、早石炭世－早侏罗世含煤岩系和早白垩世火山岩系四部分;玉山盆地主要受NE-NEE向断裂带构造及由震旦纪、寒武纪地层组成的向斜构造控制，白垩系红色火山－沉积岩系主要不整合于志留系潮坪相泥沙质碎屑岩和震旦系的古老基底之上。由于萍乡－广丰深大断裂的南、北两侧分属华夏古板块和扬子古板块，这一构造格局不仅导致断裂带两侧早白垩世早期火山活动的发育程度存在明显的差异，而且对随后的红色沉积岩系发育也有一定的影响(巫建华等，2002)。位于萍乡－广丰深大断裂以南的广丰盆地由上、下两套红色碎屑岩和镁铁质火山岩组成，下部镁铁质火山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为99±0.7 Ma;而位于萍乡－广丰深大断裂以北的玉山盆地由一套红色碎屑岩和镁铁质火山岩组成，镁铁质火山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为93±1 Ma。因此，广丰盆地上部的镁铁质火山岩和玉山盆地的镁铁质火山岩属晚白垩世早期岩浆活动的产物。

2 岩相学特征

广丰盆地上部的镁铁质火山岩和玉山盆地的镁铁质火山岩具有以下特征:

(1)岩石呈灰绿、墨绿色，致密块状构造，见有少量斑晶，多气孔、气孔内常充填硅质、碳酸盐、绿泥石;

(2)斑晶矿物含量为15%左右，以斜长石和单斜辉石为主，并有少量橄榄石、斜方辉石和角闪石，橄榄石多伊丁石化，保留橄榄石外形，(照片1，2);

(3)斜长石斑晶粒径较大，粒径1～3 mm，多呈聚晶或堆晶(照片3);

(4)辉石斑晶有斜方辉石和单斜辉石(照片4)，常与斜长石斑晶呈聚晶和堆晶出现(照片5，6)，有别于只有一种单斜辉石的碱性橄榄玄武岩系列的岩石;

(5)基质具交织结构和似粗面结构，含大量钾长石微晶，致使基质折光率降低而呈负突起(照片7)。基质中的长石由基性斜长石和碱性长石(钠长石与钾长石)组成，占总量70%以上;斜长石呈长条状，具明显的钠氏双晶(照片8);部分斜长石有钾长石环带，环带有的完整环、有的呈镶嵌边、补丁边，正交镜下呈清晰的明亮边(照片9)。这是橄榄玄粗岩系列岩石具有的典型矿物特征之一(Iddings，1895)，实质上是高钾橄榄玄粗质岩浆结晶过程中发生的钾长石化现象;

(6)基质中暗色矿物主要为辉石及少量钛铁矿(照片10)，辉石有晶质和显微晶质两类，晶质辉石与微晶长石共生，呈辉石晶形、解理、双晶、光性特征，产于长石的间缝和格架中。显晶质及部分隐晶质辉石以胶结物出现，可见包含颗粒结构(照片10)，即有一定颗粒外形，但颗粒内还是若干重结晶小粒。

3 岩石化学特征

在对广丰盆地上部的镁铁质火山岩和玉山盆地的镁铁质火山岩样品进行岩相学观察和鉴定的基础上，选出新鲜的样品，然后细碎至200目以上。全岩主量元素由南京大学地球科学系中心实验室采用湿化学方法和ICP-AES方法测定，测试仪器为JY38S型电感耦合等离子体质谱仪，精度优于1%。微量元素(包括稀土元素)由南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室采用ICP-MS方法测定，测试仪器为德国生产的高分辨率电感耦合等离子体质谱仪(Finnigan ElementⅡHR ICP-MS)。对USGS国际标准样品(BHVO-2)的测定结果表明，样品测定值和推荐值的相对误差小于10%，且大多数微量元素的分析误差在5%以内，详细的样品制备、分析流程及对国际标准样品的测定结果见高剑峰等(2003)。主量元素和微量元素分析结果列于表1，本次分析样品的烧失量均小于3.5%，说明样品较为新鲜，元素组成没有受到岩石蚀变作用的影响(Scarrow et al.，1998)。另外，表1中还收录了廖群安等(1999)和余心起等(2004)烧失量小于3.5%的样品各1个(分别为Hs1-39和D127)。

从表1中可以看出，广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩 SiO2含量变化于49.8%～53.6%之间，平均为51.7%，全碱(Na2O+K2O=5.00%～6.94%，平均6.35%)的含量高，表现出富碱的特征，在SiO2－(Na2O+K2O)图解(图1)上绝大多数落入样品落入碱性系列范围，个别样品落入亚碱性系列范围，与世界典型地区橄榄玄粗岩系列岩石(Morrison，1980)和会昌地区橄榄玄粗岩系列岩石(章邦桐等，2001)的范围一致;K2O(=2.40%～3.99%，平均2.98%)含量和K2O/Na2O(=0.68～1.08，平均0.79)比值高，表现出富钾的特征，在SiO2－K2O(图2)和SiO2－K2O/Na2O图解(图3)上均落入橄榄玄粗岩系列的范围;全铁含量(TFeO=7.10%～9.99%，平均8.26%)低，但Fe2O3/FeO(=0.39～12.87，平均2.84)比值较高，在AFM图解(图4)上落入钙碱性系列范围，在MgO-∑Fe图解(图5)上也落入钙碱性系列趋势范围，且大多数位于Lesser Antilles(CA-1)和Cascades(CA-2)两钙碱性趋势线之间，与世界典型地区以及会昌地区橄榄玄粗岩系列岩石一致(Morrison，1980;章邦桐等，2001)，表现出亲钙碱性特征。由上述主元素的地球化学图解可知，广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩在碱性系列与亚碱性系列的判别图解中显示碱性系列的特征，在钙碱性系列与拉斑系列的判别图解中显示钙碱性系列的特征，而在橄榄玄粗岩系列的判别图解中落入橄榄玄粗岩系列的范围内，与世界典型地区和会昌盆地橄榄玄粗岩系列岩石特征一致，属典型的橄榄玄粗岩系列岩石。

由于蚀变过程中，K和Na都具有较强的活性，为避免由其所确定的类型与蚀变前岩石的真实情况相背离，有必要依据岩石中高场强元素的特征对其加以检验，因为这些高场强元素在蚀变过程中是不活泼的(Munyanyiwa et al.，1997)。在Nd/Y-Zr/TiO2图解(图6)上，广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩落入碱性玄武岩与粗面安山岩范围，与世界典型地区和会昌盆地橄榄玄粗岩系列岩石的范围一致，说明它们具有亲碱性系列的地球化学特征;在Ta/Yb-Ce/Yb图解(图7)上广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩落入橄榄玄粗岩系列范围。这些高场强元素和REE元素判别图解不仅与主元素的有关图解的判别结果一致，为将广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩归属于橄榄玄粗岩系列提供了地球化学佐证，而且说明本文主元素的有关图解的判别结果是可靠的。

表1 广丰、玉山盆地橄榄玄粗岩系列岩石主元素(%)，稀土元素，微量元素(×10－6)分析结果Table 1 Geochemical composition of the shoshonite rocks from Guangfeng and Yushan basins

续表1

图7 广丰、玉山盆地铁镁质火山岩Ta/Yb-Ce/Yb图解(据Muller，1992)Fig.7 Ta/Yb-Ce/Yb of mafic volcanic rocks in Guangfeng and Yushan basins(after Muller，1992)

4 地球化学特征

4.1 主量元素

广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩，CaO为6.14%～8.62%(平均6.95%);Al2O3为15.8%～18.4%(平均16.8%)，Al2O3高于基性岩平均水平。这些岩石化学特征与美国黄石公园的典型橄榄玄粗岩(Shoshonite)和会昌地区橄榄玄粗岩一致。

值得一提的是，广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩TiO2(=1.41%～2.07%，平均1.69%)含量较高，与美国黄石公园的典型橄榄玄粗岩(Shoshonite)和会昌地区橄榄玄粗岩的TiO2(平均小于1.3%)含量较低存在差别，这可能与岩石中含有少量的钛铁矿有关。

4.2 稀土元素

广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩稀土元素的主要化学特征为:

(1)稀土总量较高，变化范围为239×10－6～393×10－6范围，平均350×10－6，轻稀土范围为206×10－6～341×10－6，平均303×10－6，重稀土的变化范围为15.1×10－6～25.1×10－6，平均22.4×10－6;

(2)轻稀土明显富集，LREE/HREE变化范围为12.1～15.2，平均值为13.6。(La/Sm)N为3.44～4.55，平均4.05，(Ga/Yb)N为2.60～3.02，平均值为2.83;

(3)稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(图9)显示，广丰、玉山盆地镁铁质火山岩均为右倾轻稀土富集型;Eu无明显的异常，δEu值为0.79～0.97，平均值为0.92;Ce无明显的异常，δCe值为0.89～1.06，平均值为0.96。

以上特征表明，广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩以轻稀土元素高度富集、稀土分布型式呈右倾轻稀土富集型，Eu亏损程度低为特征。这一地球化学特征与橄榄玄粗岩系列稀土元素地球化学特征(Condie，1975;Morrison，1980)相一致，而明显区别于典型的安山岩类岩石(Condie，1975)。

4.3 微量元素

广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩微量元素的主要地球化学特征有:

(1)大离子亲石元素(LILE)K，Rb，Ba，Ce和P明显富集，Rb值变化范围为31.6～73.5×10－6，Ba值为1110～1520×10－6，Ce值为92.1～159×10－6;高场强元素(HFSE)Ta，Nb，Zr，Hf，Ti均显示出明显的负异常。

(2)Cr，Ni的含量分别为29.2～77.8×10－6，8.63～25.13×10－6，远远低于原始玄武岩浆的300～50.0×10－6和300～400×10－6(Frey et al.，1987)。

(3)在微量元素原始地幔标准化蜘蛛网图(图10)上，大离子亲石元素Rb，Ba，Ce，P等表现出明显富集的特征，高场强元素Zr，Hf，Ti等表现出一定的负异常，Ta，Nb明显亏损。

以上特征表明，广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩以大离子亲石元素富集、高场强元素亏损为特征，与橄榄玄粗岩系列地球化学特征(Condie，1975;Morrison，1980)相一致，而明显区别于典型的安山类岩石(Condie，1975)。

图8 广丰、玉山盆地镁铁质火山岩稀土配分曲线Fig.8 Distribution patterns of REE element of shoshonite rocks in Guangfeng and Yushan basins

5 结论

图9 广丰、玉山盆地镁铁质火山岩原始地幔标准化蛛网图(据Pearce，1982)Fig.9 Primitive mantel－normalized trace element of shoshonite rocks in Guangfeng and Yushan basins(after Pearce，1982)

综上所述，可以得到以下结论:

(1)广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩斑晶矿物以斜长石、单斜辉石为主，并有少量橄榄石和斜方辉石，斑晶和基质中的斜长石均可见到斜长石外有钾长石环边，具有橄榄玄粗岩的矿物学特征。

(2)广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩全岩主量元素具有K2O，(K2O+Na2O)含量高和K2O/Na2O，Fe2O3/FeO比值高，TFe，MgO含量较低的特征，既有碱性系列火山岩的特征也有钙碱性系列火山岩的特征，同时与橄榄玄粗岩系列火山岩特征一致，属典型的橄榄玄粗岩系列火山岩。

(3)广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩具有高而多变的Al2O3含量，与橄榄玄粗岩系列火山岩的特征一致，但TiO2含量较高，与橄榄玄粗岩系列火山岩存在一定的差别;高场强元素和稀土元素具有橄榄玄粗岩系列特征，为将广丰盆地上部镁铁质火山岩和玉山盆地镁铁质火山岩归于橄榄玄粗岩系列提供了佐证。

照片1.角闪石(Hb)斑晶和辉石(CPX)斑晶;2.破碎蚀变的橄榄石(Ol)斑晶;3.斜长石(Pl)斑晶;4.斜方辉石(Opx)斑晶;5.辉石(Opx)斑晶及长石(Pl)斑晶组成堆晶;6.斜长石(Pl)斑晶和辉石(Opx)斑晶组成聚晶;7.粗面结构;8.具有钠氏双晶的斜长石(PI)斑晶;9.具钾长石(Or)镶边的斜长石(PI)斑晶;10.晶质单斜辉(Cpx)石同长石共生

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Shoshonite Series Volcanic Rocks in Northern Jiangxi Province

XIANG Yuan-xin， WU Jian-hua， YU Da-gan， LIU Shuai
(1.State Key Laboratory Breeding Base of Nuclear Resources and Environment，East China Institute of Technology，Nanchang，JX 330013，China;2.School of Earth Science，East China Institute of Technology，Fuzhou，JX 344000，China)

The red sedimentary basin was appeared extensively with large scare of mafic volcanic rocks in Late Cretaceous.Guangfeng basin has two sets of mafic volcanic rocks，which located in the south of Dongxiang-Guangfeng fault line.Yushan basin has one set of mafic volcanic rocks，which located in the north of Dongxiang-Guangfeng fault line.Results show that the mafic volcanic rocks are lump structure，and filled silicious，carbonate and chlorite in many blowholes in Guangfeng and Yushan basins.The content of its phenocrysts is about 15%，the main phenocrysts are lagioclase and linopyroxene，the other phenocrysts olivine and orthopyroxene.The lagioclase has the K-feldspar shell.The hole rocks has the SiO2of 49.8%～53.6%with a mean of 51.72%，Na2O+K2O of 5.00～6.94%with a mean of 6.35%.The K2O is approximately 2.40～3.33%with a mean of 2.79%，K2O/Na2O of 0.68～1.08 with a mean of 0.79.The data is plotted within the alkaline series in the TAS diagram.It should be the shoshonite series of SiO2-K2O and SiO2-K2O/Na2O.The low Fe2O3+FeO of 7.10～9.99%has a mean of 8.26%，and high Fe2O3/FeO ratio.The plotted points fall in calcalkaline series in AFM diagram.They plotted in calcalkaline series in MgO-∑Fe diagram.Most of them are located between Lesser Antilles(CA-1)and Cascades(CA-2)，which show calc-alkaline feature.The geochemical compositions are same with the typical shoshonite series.In this study，we conclude that the mafic volcanic rocks are shoshonite series volcanic rocks.

shoshonite series;petrography;geochemistry;Guangfeng and Yushan basin;Jiangxi Province

P59

A

1674-3504(2012)01-043-11

项媛馨，巫建华，余达淦，刘帅.2012.赣东北晚白垩世橄榄玄粗岩(Shoshonite)系列火山岩厘定的地质证据［J］.东华理工大学学报:自然科学版，35(1):43-53.

Xiang yuan-xin，Wu jian-hua，Yu da-gan，Liu shuai.2012.Shoshonite Series Volcanic Rocks in Northern Jiangxi Province［J］.Journal of East China Institute of Technology(Natural Science Edition)，35(1):43-53.

10.3969/j.issn.1674-3504.2012.01.007

2011-20-04 责任编辑:张国庆

中国核工业地质项目“中国中、新生代铀成矿作用”

项媛馨(1986—)，女，硕士生，从事岩浆岩与成矿作用研究。E-mail:xiangyuanxin@163.com *

巫建华，男，博士，教授，从事火山地质学与铀矿地质学研究。E-mail:jhwu@ecit.cn