大同—集宁一带早前寒武纪火山岩及特征

研究区内属于新太古代的火山岩不发育，且由于其多呈透镜状包体产于新太古代变质深成岩中，与变质深成岩中其他成因类型的暗色包体不易区分，故本书仅介绍从野外产状上明显可以确认为变质基性火山岩包体部分，其产出层位属于阳高岩组。古元古代火山岩仅产出于黄土窑岩组中，主要分布于黄土窑、大同竹林寺等地，岩性为变质基性火山岩。

（一）阳高岩组中的变质超镁铁质-超镁质火山岩

1.地质特征

阳高岩组中的变质超镁铁质-超镁质火山岩在区内分布较少，主要分布于山西省阳高县北山地区，空间上多呈大小不等的透镜状、似层状、扁平状、椭圆状、不规则状、带状等多种形态的包体分布于葛胡窑片麻岩中，透镜体长轴方向与围岩一致，总体沿东西向分布。由于岩石变形强烈，部分包体呈暗色条带、条纹零星分布于围岩中，形成条带状构造。多数包体规模较小，为（0.2m×0.5m）～（3m×10m），包体长轴、内部片理及矿物线理均与围岩片麻理一致，个别包体残留有早期面理、线理构造，且与围岩面理斜交，与围岩界线截然。该岩组中变质超镁铁质-超镁质火山岩常与磁铁石英岩密切共生。

2.岩石学特征

阳高岩组中的超镁铁质-超镁质火山岩由于经历了麻粒岩相变质作用的改造，现今岩石常具有麻粒岩的外貌特征，其中变质超镁铁质岩的岩性包括紫苏角闪石岩、二辉石岩、角闪透辉石岩等，岩石一般呈灰黑色，其边部常具粗晶边，为重结晶产物，中部具中—细粒粒柱状变晶结构，弱片麻状、块状构造，矿物组合为紫苏辉石、透辉石、角闪石、斜长石等，其中暗色矿物含量高达90%以上。

变质镁铁质岩的岩性包括紫苏斜长角闪岩、斜长辉石岩、斜长二辉麻粒岩、石榴角闪辉石斜长麻粒岩等。岩石一般呈灰黑色，粒状变晶结构，块状构造、弱片麻状构造，部分包体具变余杏仁状构造。其暗色矿物组成为紫苏辉石+透辉石+角闪石+黑云母等，暗色矿物含量一般为40%～60%，浅色矿物一般为斜长石，偶见少量石英，在石榴角闪辉石斜长麻粒岩中可含有石榴石，个别发育有减压构造，即俗称的“白眼圈”构造。

3.岩石化学与地球化学特征

阳高岩组中变质超镁铁质岩-镁铁质岩的岩石化学成分见表3-76，微量元素含量见表3-77，稀土元素含量见表3-78。

表3-76　新太古代火山岩岩石化学成分表（%）

续表3-76

表3-77　新太古代火山岩微量元素含量表（×10-6）

表3-78　新太古代火山岩稀土元素含量（×10-6）及有关参数表

注：序号5号、12号据1∶5万阳高测区资料。

1）主量元素

由表3-75可以看出，变质超镁铁质岩10件样品SiO2含量为39.76%～44.91%，平均为42.93%。Al2O3含量为0.82%～22.24%，平均为11.77%。Na2O含量为0.14%～3.06%，平均为1.68%。K2O含量为0.09%～6.26%，平均为1.68%。K2O/Na2O为0.16～9.07，多数岩石样品钾低、钠高。K2O+Na2O含量为0.23%～8.54%，多数样品碱质总量偏高，属于碱性岩类，在火山岩TAS图解（图3-248）上投点落于苦橄玄武岩、碱玄岩、碧玄岩、玄武岩、响岩质碱玄岩区。CaO含量为0.35%～23.77%，平均为9.08%，含量偏高。MgO含量为4.31%～34.06%，平均为12.63%。TiO2含量为0.05%～3.45%，平均为1.32%。MnO含量为0.10%～0.37%，平均为0.18%，含量偏低。Fe2O3含量为1.99%～8.85%，平均为5.09%。FeO含量为3.38%～9.46%，平均为7.20%。P2O5含量为0.06%～1.44%，平均为0.48%。岩石具有硅、铝、钠低，镁、钙、铁高之特征。

阳高岩组中的变质超镁铁质岩中属于亚碱性系列的样品在FAM图解（图3-249）上投点，显示为拉斑玄武岩系列，在（TFe+Ti）-Al-Mg图解（图3-250）上投点有两件样品显示为科马提岩，一件样品为玄武质科马提岩。

图3-248　新太古代变质基性火山岩TAS图解

3-249 新太古代变质超基性-基性火山岩FAM图解

（据Irvine & Barager，1971）
TH.拉斑玄武岩系列；CA.钙碱性玄武岩系列

图3-250　新太古代变质超基性-基性

火山岩（Fe2++Fe3+Ti）-Al-Mg图解（据Jensen，1976）UMK.超基性科马提岩；BK.玄武质科马提岩；HMT.高镁拉斑玄武岩；HFT.高铁拉斑玄武岩；HAT.高铝拉班玄武岩

从表3-75可以看出，变质镁铁质岩31件样品SiO2含量为45.29%～51.91%，平均为48.34%。Al2O3含量为4.99%～23.17%，平均为12.40%。Na2O含量为0.65%～6.42%，平均为2.25%。K2O含量为0.09%～3.58%，平均为1.16%。K2O/Na2O为0.07～4.05，平均为0.65，多数岩石钾低、钠高。K2O+Na2O含量为0.74%～7.02%，平均为3.41%，碱质总量偏低，多数属于亚碱性玄武岩类，在火山岩TAS图解（图3-248）上投点大部分落于玄武岩区，少数落入粗面玄武岩和玄武质粗面安山岩区，且总体上显示为亚碱性岩，并在FAM图解（图3-249）上显示为拉斑玄武岩系列。CaO含量为0.88%～13.08%，平均为9.49%，含量偏高。MgO含量为2.06%～22.1%，平均为11.41%，含量较高。TiO2含量为0.35%～1.86%，平均为0.85%。MnO含量为0.06%～0.34%，平均为0.17%。Fe2O3含量为0.88%～8.50%，平均为3.79%。FeO含量为0.70%～12.86%，平均为7.30%。P2O5含量为0.05%～2.30%，平均为0.27%。岩石普遍具有较高的铁、镁含量，在（TFe+Ti）-Al-Mg图解（图3-250）上多数样点落于玄武质科马提岩区，少数落入高铁拉斑玄武岩区，极个别显示为高铝玄武岩和高镁拉斑玄武岩。Mg#值为0.52～0.83，平均为0.74，反映其可能属于原生岩浆。

2）微量元素

阳高岩组中变质镁铁质岩微量元素含量特征总体上显示为相容元素含量较高，不相容元素含量总体上偏低。其微量元素原始地幔比值蛛网图（图3-251）总体上呈近平坦型，具明显的Ti富集，Nb、Ta、Sr、P略显亏损。

3）稀土元素

阳高岩组中变质镁铁质岩6件样品的稀土含量特征较为接近。稀土总量∑REE（不含Y）为（51.10～125.5）×10-6，稀土总量偏低。LREE为（35.3～114.5）×10-6，HREE为（10.96～26.54）×10-6，LREE/HREE为2.24～10.45，轻、重稀土分馏程度总体上偏低，（La/Sm）N为1.24～2.53，（Gd/Yb）N为1.14～3.74，轻、重稀土分馏程度相近。δEu为0.90～1.43，多数样品具正铕异常。其稀土元素配分图（图3-252）呈近平坦型。与康迪（1976）所划分的TH1（亏损型太古宙拉斑玄武岩）型相似。

图3-251　阳高岩组中变质超镁铁质岩-镁铁质岩微量元素原始地幔比值蛛网图

（原始地幔值据Mcdonough，1995）

图3-252　阳高岩组中变质超镁铁质岩-镁铁质岩稀土元素配分图

（球粒陨石值据Sun & McDoungh，1989）

4.构造环境讨论

阳高岩组中的变质超镁铁质岩-镁铁质岩常与磁铁石英岩、石榴黑云斜长片麻岩等共生，常呈透镜状包体产于葛胡窑片麻岩中，二者形成的时代可能相差不大。如本章第一节所述，葛胡窑片麻岩被认为形成于火山弧的构造环境中，从而可以推断阳高岩组中的变质超镁铁质岩-镁铁质岩也有可能形成于同一构造环境中。运用岩石化学和地球化学判别图解对其进行判别（图3-253至图3-256），也获得了相同的结论。

图3-253　变质超镁铁质岩-镁铁质岩TiO2-MnO×10-P2O5×10构造环境判别图(www.xing528.com)

（据Mullen，1983）
OIT.洋岛拉斑玄武岩；OIA.洋岛碱性玄武岩；MORB.洋中脊玄武岩；IAT.岛弧拉斑玄武岩；CAB.岛弧钙碱性玄武岩

图3-254　变质超镁铁质岩-镁铁质岩2Nb-Zr/4-Y构造环境判别图

（据Meschede，1986）
A1+A2.板内碱性玄武岩；A2+C.板内拉斑玄武岩；B.P型MORB；D.N型MORB；C+D.火山弧玄武岩

图3-255　变质超镁铁质岩-镁铁质岩Cr-Y构造环境判别图（据Pearce，1982）

MORB.洋脊玄武岩；VAB.火山弧玄武岩；WPB.板内玄武岩

图3-256　变质超镁铁质岩-镁铁质岩Hf/3-Th-Ta构造环境判别图（据Wood，1979）

IAT.岛弧拉斑玄武岩；CAB.岛弧拉斑玄武岩钙碱性玄武岩；WPB.板内拉斑玄武岩；WPAB.板内碱性玄武岩

（二）黄土窑岩组中的变质基性火山岩

1.地质特征

黄土窑岩组中的变质基性火山岩在黄土窑岩组所占比例较低，加之由于黄土窑岩组出露较少，分布零星且不连续，故该岩组中的变质基性火山岩出露更加有限。研究区内黄土窑岩组变质基性火山岩主要分布在内蒙古自治区兴和县黄土窑村—落官窑村一带，山西省大同市北西水泉—畅家岭一带，空间上该岩组多与葛胡窑片麻岩间互叠置产出，其中的变质基性火山岩呈长透镜状夹层产出于石墨矽线石榴钾长浅粒岩、石墨黑云斜长片麻岩，二长浅粒岩、矽线石榴辉石钾长片麻岩、石榴（紫苏）黑云斜长片麻岩、大理岩之中，变质基性火山岩厚一般0.5m到十数米，个别由于后期构造作用常呈透镜状布丁体产出，断续延伸。

2.岩石学特征

黄土窑岩组中的变质基性火山岩的岩石种类包括斜长角闪二辉麻粒岩、斜长角闪二辉麻粒岩、斜长二辉麻粒岩等，岩石呈灰黑色，柱粒状变晶结构，块状—弱片麻状构造，岩石中浅色矿物与暗色矿物相间分布形成弱条带状构造，个别可见呈透镜状的浅色长英质矿物集合体团块，呈扁豆状、椭圆状，似为变余杏仁构造。岩石主要由粒状变晶矿物斜长石、次透辉石（辉石）、紫苏辉石、角闪石、石榴石，微量矿物磁铁矿、磷灰石，次生蚀变矿物高岭土组成。其中角闪石含量0～25%，石榴石分布不均且少见，含量不足1%，斜长石含量一般为45%～50%，他形粒状—柱状晶体，次透辉石粒柱状晶体，含量20%～25%，在黄土窑一带可见石榴石周边有斜长石围绕分布，形成“白眼圈”构造。紫苏辉石5%～25%。个别岩石中可见少量黑云母。

3.岩石化学与地球化学特征

1）主量元素

黄土窑岩组中变质基性火山岩的岩石化学成分见表3-75。微量元素含量见表3-76，稀土元素含量见表3-77。

从表3-75可以看出，黄土窑岩组中8件样品SiO2含量为47.30%～50.56%，平均为48.88%，含量偏低。Al2O3含量为12.62%～15.82%，平均为14.43%。Na2O含量1.30%～3.374%，平均为2.17%。K2O含量为0.21%～1.25%，平均为0.86%。K2O/Na2O为0.12～0.78，平均为0.42，多数岩石钾低、钠高。K2O+Na2O含量为1.91%～4.40%，平均为3.03%，碱质总量偏低，多数属于亚碱性玄武岩类，在火山岩TAS图解（图3-248）上投点大部分落于玄武岩区，且总体上显示为亚碱性岩，并在FAM图解（图3-249）上显示为拉斑玄武岩系列。CaO含量为9.20%～12.90%，平均为11.16%，含量偏高。MgO含量为4.57%～7.89%，平均为7.05%，含量较高。TiO2含量为0.94%～1.90%，平均为1.17%。MnO含量为0.14%～0.27%，平均为0.21%。Fe2O3含量为0.86%～7.38%，平均为2.75%。FeO含量为8.02%～12.05%，平均为9.81%。P2O5含量为0.09%～0.26%，平均为0.14%。岩石普遍具有较高的铁、镁、钙含量，而碱质总量偏低，在（TFe+Ti）-Al-Mg图解（图3-250）上样点落于高铁拉斑玄武岩区。Mg#值为0.49～0.60，平均为0.56，与阳高岩组中的变质基性火山岩相比明显偏低，反映其可能属于非原生岩浆。

2）微量元素

黄土窑岩组中的变质基性火山岩5件样品的微量元素含量特征极为相似，多数元素的含量偏低，多数元素含量是原始地幔的10倍左右，其微量元素原始地幔比值蛛网图（图3-257）呈平坦型，Th、Nb、P略显亏损，Rb、Ba、K略显富集。

3）稀土元素

黄土窑岩组中的变质基性火山岩稀土总量∑REE（不含Y）为（45.50～71.70）×10-6，稀土总量偏低。LREE为（33.1～52.9）×10-6，HREE为（12.57～19.34）×10-6，LREE/HREE为2.01～3.15，轻、重稀土分馏程度较高，（La/Sm）N为1.11～1.75，（Gd/Yb）N为1.02～1.19，轻、重稀土分馏程度基本相近。δEu为1.32～1.49，具较强的正铕异常。其稀土元素配分图（图3-258）呈近平坦型，也与康迪（1976）所划分的TH1（亏损型太古宙拉斑玄武岩）型相似，但与阳高岩组中变质基性火山岩相比，稀土总量明显偏低。

图3-257　黄土窑岩组变质基性火山岩微量元素原始地幔比值蛛网图

（原始地幔值据Mcdonough，1995）

图3-258　黄土窑岩组变质基性火山岩稀土元素配分图

（球粒陨石值据Sun & McDoungh，1995）

4.时代讨论

黄土窑岩组是区内集宁岩群的重要组成部分，但其沉积时代一直是地质学界长期争论不休的问题。本次工作在内蒙古自治区兴和县黄土窑村一带的黄土窑岩组中认为原岩是变质基性火山岩的角闪斜长二辉麻粒岩中采集了同位素测年样品，测试方法为单颗粒锆石U-Pb激光烧蚀法。样品岩石呈灰黑色，宏观上具条带状、似层状构造，其岩石化学成分明显显示为基性岩的特点。其锆石多呈板状—粒状和条状，多数棱角分明，少数呈次圆状，颗粒较粗大，大部分锆石发育核、幔、边结构，少量只发育核、幔结构，核部阴极发光图像呈黑色，以长条状或板状为主，粒状次之，其内部发育有环带结构，但较为模糊，基本上反映其可能为岩浆成因。幔部与边部则呈灰—灰白色，二者界线不清，环带不发育，多为均质体，个别见冷杉状构造（图3-259），应为变质增生边。对其锆石核部进行测试，测试结果见图3-260和表3-79。获得了14、25、32三个测点207 Pb/206 Pb加权年龄为2453±19Ma，5、6、7、10、14、15、17、19、21、25、26、27、29、32、34共15个测点上交点年龄为2443±11Ma，1、2、3、4、8、9、11、12、13、16、18、20、22、23、24、28、30、31、33、35、36共21个测点加权平均年龄为1824±18Ma，共3组年龄（图3-260a），其中2453±19Ma的加权年龄与2443±11Ma的上交点年龄相近，打点位置多位于核部，略显环带，其Th/U值有6个点小于0.1，其余8个点在0.12～0.63之间（图3-260b）；另一组21个测点的加权平均年龄1824±18Ma测点位置多位于幔、边部，也有位于核部者（如9、11、30、31等），其Th/U值多数小于0.1，结合其结构，认为该年龄可能代表变质时代。由此可以认为其25亿～24亿年的年龄可能为捕获锆石的结晶年龄，18亿年左右的年龄可能为其变质时代的记录，结合沙渠村岩组中碎屑锆石的测年结果，认为集宁岩群时代可能为古元古代早期。

5.构造环境探讨

黄土窑岩组中的变质基性火山岩常与石榴矽线浅粒岩、石榴矽线黑云二长片麻岩等伴生，具典型孔兹岩系的岩石组合特点。该套岩石因具有陆源碎屑岩的原岩组合特征，从而普遍被认为形成于陆缘环境。所以呈夹层产于变质陆源碎屑岩中的变质基性火山岩的构造环境可以排除大洋中脊、洋底、洋岛等大洋构造环境。通过一系列岩石化学、岩石地球化学判别图解的应用，基本上也获得了板内玄武岩的结论（见图3-255、图3-256）。综合分析认为，黄土窑岩组中的变质基性火山岩可能形成于拉张的构造环境中。

表3-79　黄土窑村黄土窑岩组中变质基性火山岩08TW1号样品测年结果表

图3-259　黄土窑村黄土窑岩组中变质基性火山岩08TW1号样品锆石阴极发光图像

（图中所标为207 Pb/206 Pb表面年龄，其中红色和白色为谐和年龄，黄色为不谐和年龄）

图3-260　黄土窑村黄土窑岩组中变质基性火山岩08TW1号样品测年结果谐和图（a）及207 Pb/206 Pb与Th/U相关图（b）