研究区位于赵国春等^[2]划分的华北陆块区中部带的中段西缘(图1)。离石断裂(基底Ⅱ 级构造分界^[1])西侧以三叠系和第四系为特征, 大地构造位于西部陆块(或鄂尔多斯残留盆地)东缘。离石断裂东侧: 在新太古代变质表壳岩(界河岩群^[1]和吕梁群^[9])和TTG或GMS系列片麻岩结晶基底之上, 由西向东, 以韧性剪切或角度不整合有古元古界滹沱系黑茶山群(粗碎屑岩、磨拉石建造)、野鸡山群(基性火山岩-泥粉砂岩、浅海滨岸环境)和岚河群(基性火山岩-中碎屑岩、浅水滨岸环境), 野鸡山群较岚河群较深水环境, 3个群均呈NNE向带状(自成向斜)平行展布, 相互间没有直接接触, 其中基性火山岩夹层具活动大陆边缘弧或岛弧性质。张建中等^[10]认为3个群属侧向相变关系; 翟明国和Liuetal认为是前陆盆地堆积^[1]; 杜利林等^[10]认为古元古代吕梁山区可能位于华北克拉通边缘。

图1

Fig.1

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图1 吕梁山中段古元古代末期火山岩地质简图((a), 据1∶ 50万山西省地质图修编)和大地构造位置(b)[2] 1.新生界; 2.古生界; 3.古元古代末期(汉高山群)火山岩; 4.古元古界黑茶山群; 5.古元古界野鸡山群; 6.古元古界岚河群; 7.新太古界吕梁群; 8.新太古界界河口岩群; 9.新太古代变质深成岩; 10.中生代二长-正长斑岩; 11.古元古代辉绿岩; 12.古元古代正长斑岩; 13.古元古代花岗岩; 14.新太古代辉长岩; 15.矿物拉伸线理产状; 16.鞘褶皱枢纽产状; 17.褶皱枢纽产状; 18.韧性剪切带; 19.断层; 20.同位素年龄值及位置; 21.山峰位置及高程。Fig.1 Geological sketch map of volcanic rock in the Late Paleoproterozoic ((a) modified by 1∶ 50 000 geological map of Shanxi Province) and tectonic location diagram (b)[2]

吕梁山区火山岩分布于汉高山、小两岭和关口等地, 呈近EW向延伸。汉高山火山岩角度不整合于界河口岩群之上, 产于汉高山群第三组中, 岩性为暗绿色安山岩; 小两岭火山岩角度不整合在新太古代片麻岩之上, 出露面积3.5 km², 主要为玄武安山岩、安山岩和流纹岩; 关口火山岩产于太原北关口一带的钻孔中, 岩性为粗玄岩、安山玄武岩和粗面英安岩; 与西洋河— 熊耳群对比, 划分为许山组和鸡蛋坪组。徐勇航等^[7]在小两岭组火山岩顶部流纹岩中获得单锆石²⁰⁷Pb-²⁰⁶Pb同位素年龄为(1 779± 20) Ma, 乔秀夫等^[6]在小两岭组玄武安山岩中获得锆石SHRIMP U-Pb同位素年龄为(1 778± 20) Ma。

汉高山至小两岭间广泛发育辉绿玢岩墙群, 有时伴随石英长石斑岩或细粒花岗岩, 以SEE向延伸为主, 彭澎^[12]获得斜锆石U-Pb年代约1 780 Ma, 与火山岩年龄值一致, 表明为同期产物。这种基性岩墙群与火山岩系重叠, 常认为岩墙群是火山岩系的岩浆通道^[12]。据此, 有人认为吕梁山中段的火山岩喷发时是连续的, 现存的只是剥蚀后的残留部分, 彭澎^[12]也认为华北北部相较南部地壳抬升了20 km, 即吕梁山中段古元古代末期火山岩呈SEE(近EW)向展布, 以裂隙式喷发为主。

研究区位于赵国春等划分的华北陆块区中部带南部的西侧^[2](图2, 图1(b)), 自北西向南东可划分为3个构造层: 一是以柴家窑岩组为代表的变质表壳岩和片麻岩体的变质基底构造层; 二是以绛县群、中条群等古元古界变质地层和片麻岩体, 由一系列被剥离断层或韧性剪切带分隔开呈NNE向展布的构造片体, 其中火山岩夹层的岩石地球化学性质反映活动大陆边缘信息, 在古元古代末期, 二者被掀翻, 为准盖层构造层, 白瑾等^[3]认为类似现代活动大陆边缘弧性质, 该期火山岩位于其东南; 三是绛县— 垣曲断裂以东, 包括中元古界至中生界的碎屑-泥质岩-碳酸盐岩建造, 为盖层(活化)构造层。

图2

Fig.2

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图2 华北陆块南部古元古代末期火山岩分布略图(据1∶ 250万华北地质图修编) 1.新生界; 2.古生界— 中生界; 3.中新元古界; 4.古元古界末期(西洋河群)火山岩; 5.古元古界末期(熊耳群)火山岩; 6.古元古界变质地层; 7.新太古界; 8.新太古代花岗片麻岩; 9.燕山期花岗岩; 10.吕梁期花岗岩; 11.中元古代辉长岩; 12.新太古代基性侵入岩; 13.次火山岩(花岗斑岩和正长辉长岩); 14.鞘褶皱枢纽产状; 15.同位素年龄值及位置; 16.矿物拉伸线理产状; 17.(隐伏)断层; 18.孙枢揭示的火山岩等厚度线。Fig.2 Distribution of volcanic rocks of Late Paleoproterozoic in the Southern North China Craton (Modified by 1∶ 250 000 geological map of Northern China)

西洋河群— 熊耳群以角度不整合或断裂与古元古界中期变质地层的不同层位接触, 又被汝阳群微角度不整合覆盖, 为一套滨海相-陆相未变质的火山-沉积建造, 在地理上横跨晋豫陕三省, 分布范围约40 000 km², 出露面积6 897 km², 厚度从几百米到7 000 m不等。岩性以安山岩-玄武安山岩为主, 含少量玄武岩和流纹岩, 常见斜长石斑晶和辉石斑晶。根据其岩性、岩相及火山岩的喷发旋回等特征, 自下而上划分为大古石组(无火山岩)、许山组、鸡蛋坪组和马家河组。

由图2可知, 西洋河群和熊耳群2处火山岩构造线均呈SEE向, 应不是陈衍景等^[8]认为的火山岩呈倒“ 丁” 字型分布和西洋河群呈NE向延伸; 三门峡— 济源以南至三宝断裂以北的范围(应为SEE向的平陆— 洛阳— 登封一线)没有同期火山岩, 揭示西洋河群与熊耳群为不同的火山岩带。绛县— 垣曲和平陆— 芮城断裂(应代表吕梁运动)是古元古代晚期对变质基底由西(NWW)向东(SEE)的掀斜构造, 但没有控制火山岩的形态及其展布轮廓, 仅控制了西洋河群— 熊耳群的西侧(NWW)边界, 并使其形成轴线为NE向的开阔褶皱^[3]和SEE向断裂, 而熊耳群火山岩则明显呈SEE向延伸并终止于平陆— 芮城断裂。绛县南东一带的火山岩位于截断NNE向绛县— 垣曲断层的NE向正断层的北西侧, 为一向运城盆地的后期构造滑覆体。火山岩中发育NWW向断裂和次火山岩^[13], 表明火山呈裂隙式串珠状喷发, 由于中条山区垣曲县东西两侧不能确定为同一火山岩带, 因此西洋河群— 熊耳群构成了2(或3)个SEE向延伸的火山岩带。

孙大中等获得许山组微量锆石U-Pb年龄为(1 829± 41) Ma(2σ ), 获得英安斑岩(次火山岩)单颗粒锆石U-Pb稀释法和SHRIMP年龄分别为(1 826± 32) Ma(2σ )和(1 840± 14) Ma(2σ ); 赵太平等对熊耳群进行了系统的SHRIMP测年研究, 认为熊耳期岩浆作用的上限年龄为1 750 Ma, 起始时间很可能为1 800 Ma^[4]。柳晓艳^[13]和任富根^[14]分别获得次火山岩(1 781± 12) Ma(流纹斑岩)的SHRIMP锆石U-Pb法加权平均年龄和(1 750± 65) Ma(正长辉长岩)的单颗粒锆石U-Pb法年龄。中条山片区总结获得U-Pb LA-ICP-MS法为1 820~1 777 Ma, 因此1.82~1.75 Ga为该期火山岩的形成年龄。

在吕梁山中段与华北南部这2个构造区, 前寒武纪变质岩系均表现为由一系列被韧性剪切带或拆(剥)离断层分隔的、呈NNE向展布、具前陆盆地和活动大陆边缘弧属性的构造岩片, 在构造片体接触带及内部发育SEE向鞘褶皱枢纽和矿物拉伸线理, 为a型线理, 在吕梁山区构造要素组构图解的极密为120° ∠16° ^[1], 白瑾认为是收敛古地热状态和陆壳缩短^[3], 可能指示板块运动方向, 记录了华北古元古代俯冲-碰撞造山信息。

2.1.1 吕梁山中段

汉高山火山岩厚12.3 m(许山组), 小两岭火山岩厚492.6 m(许山组页岩厚(479.5+0.5) m, 鸡蛋坪组厚12.5 m), 关口火山岩厚176~298 m(中下部为许山组, 上部为鸡蛋坪组)。

2.1.2 中条— 王屋山区

(1)许山组。在垣曲县以西的朱家庄厚度为 240.7 m; 在垣曲县以东的王屋山区厚度为: 东桑池1116.8 m, 篱笆沟1859.1 m, 大古石 2148.0 m, 济源市黄背角2 697.64 m, 三担河— 箭川2 963.4 m, 小卢沟 450 m。由北西向南东, 呈现出火山岩厚度增厚, 酸性火山岩从有到无的规律。

(2)鸡蛋坪组。在垣曲县以西的朱家庄厚度为 176.5 m, 在垣曲县以东的王屋山区(中部)呈SEE向延伸。厚度: 篱笆沟 246.2 m, 白寺沟 271 m, 李家河371.91 m, 桑园河106.84 m, 鸡蛋坪111.8 m, 漫上仅为14 m; 分布不稳定, 由北西向南东厚度逐渐减薄, 与许山组呈负相关。

(3)马家河组。在垣曲县以西的朱家庄— 板涧河厚度为1 444.12 m。在垣曲县以东的王屋山区(东部)厚度为: 翼城县西崖— 老樊山 1 627.02 m, 阳城县李疙瘩1 973 m, 垣曲县马家河2 429.67 m, 阳城县桑园河184.82 m; 由北西向南东厚度增大。

可见在这2个构造区, 由北西向南东, 火山岩出露层位抬升, 中基性岩增厚, 中酸性岩减薄, 揭示随着俯冲加深, 板块与地幔岩作用加大, 而对陆壳的熔融作用则减弱。平陆断层南东(熊耳群北延)火山岩厚约300 m, 赵太平认为熊耳群比西洋河群厚得多, 可能为不同岩浆岩带且更靠近古陆边缘有关。

火山岩中熔岩占绝对优势, 沉积岩夹层及火山碎屑岩仅占总厚度的4.3%^[4]。火山熔岩以玄武安山岩、安山岩为主, 见少量玄武岩和流纹岩, 偶见英安岩。岩石普遍具强烈蚀变。

玄武岩、玄武安山岩及辉石安山岩是许山组和马家河组的重要组成岩石, 呈灰黑、灰绿及紫灰色, 斑状结构, 基质为隐晶或间隐交织结构, 块状, 常具杏仁状, 偶见绳状流动构造。斑晶为斜长石和辉石(少), 辉石常呈放射状、束状集合体。矿物成分有中-拉长石、辉石、玻璃质及少量石英。

安山岩类是许山组和马家河组的主要岩石, 多为灰绿色-灰紫色, 玻晶交织结构或玻璃质结构, 杏仁状构造。以玻璃质和中性斜长石为主, 见少量辉石、正长石和石英。有时斜长石呈大斑晶或聚晶, 称之为具花斑状安山岩。岩石中除常见有枕状构造外, 还见一种枕状火山集块岩。

(英安)流纹岩类是鸡蛋坪组的主要岩石, 亦见于许山组顶部。岩石呈肉红色-紫红色, 可见正长石和石英的熔蚀聚斑或碎斑、基质霏细-球粒结构, 块状、杏仁状构造, 可见流纹构造及珍珠构造。

火山碎屑岩类在火山岩各组中均有分布, 岩石种类较多, 但厚度较薄。可分为正常火山碎屑岩、沉火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩3类。

山西省古元古代火山岩的主量元素、微量元素和稀土元素分别见表1、表2和表3。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 古元古代末期火山岩主量元素含量和特征参数 Tab.1 Major element content and the feature parameters of the volcanic rocks in Late Paleoproterozoic 构造区带 岩性 层位 样号 氧化物含量/% 特征参数 火山 岩区 产地 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 H2O+ CO2 Lost Total Mg# 图4岩 石系列 吕 梁 山 中 段 汉 高 山 群 关口 粗面英安岩[1] P t13j Q771025 67.11 0.70 12.43 4.01 3.29 0.11 0.59 1.68 2.83 5.41 0.21 0.62 98.99 13.23 高钾质 英安岩[1] 3 66.36 0.82 12.47 3.03 4.57 0.08 1.29 1.46 1.48 5.00 0.23 1.72 98.51 23.96 高钾质 玄武安山岩[1] P t13x Q771155 53.81 1.19 15.25 2.56 8.00 0.21 4.50 5.64 2.83 2.46 0.31 1.46 98.22 43.78 钾质 小两岭 流纹岩[7] P t13j SLB-11 67.61 0.73 12.26 5.62 0.04 0.41 1.62 3.28 5.10 0.19 2.16 99.02 14.60 钾质 粗面英安岩[7] P t13j SLB-09 65.44 1.48 12.85 8.31 0.06 0.40 1.28 1.93 6.46 0.63 1.09 99.93 10.00 高钾质 英安岩[7] P t13x SLB-06 61.78 1.68 12.49 9.82 0.13 0.99 3.16 2.27 4.27 0.76 2.73 100.08 19.00 高钾质 流纹岩[7] SLB-03 67.89 0.74 12.46 5.92 0.06 0.52 1.61 2.44 5.38 0.19 2.77 99.98 17.00 高钾质 玄武安山岩[7] SLB-02 53.47 2.06 14.11 11.02 0.17 4.42 6.50 2.42 2.26 0.95 3.38 100.76 48.30 钾质 玄武质安山岩[7] SLB-01 52.09 1.56 14.18 11.41 0.16 4.40 6.19 3.36 2.21 0.54 3.56 99.66 47.40 钾质 汉高山 玄武安山岩[1] P18Gs-1 54.50 1.25 14.36 3.22 5.98 0.20 5.02 4.58 1.09 3.66 0.41 3.42 2.03 99.72 50.20 高钾质 中 条 山 西 阳 河 群 安山岩[1] P t13m YQ-66 55.62 0.98 13.35 2.82 5.90 0.14 2.95 6.05 2.75 1.76 0.30 7.53 100.15 38.40 钾质 安山岩[1] YQ-65 54.32 1.83 12.84 4.06 8.30 0.16 3.80 4.21 2.44 2.25 0.57 5.46 100.24 36.17 钾质 玄武岩[1] 12 50.06 1.57 15.15 3.51 7.79 0.15 5.65 4.89 4.47 1.97 0.5 4.06 99.77 47.92 钠质 济源 高钾玄武安山岩[4] Jy-16 53.93 0.98 14.92 1.63 7.96 0.19 5.28 6.47 2.56 2.62 0.25 2.88 0.32 99.99 49.96 钾质 高钾安山岩[4] Jy-11 58.80 1.97 12.76 1.98 8.22 0.18 1.88 4.20 2.72 3.30 0.86 2.75 0.07 99.69 25.10 钾质 高钾安山岩[4] Jy-7 59.85 1.98 12.60 4.57 5.43 0.10 2.12 3.31 3.02 3.34 0.71 2.49 0.26 99.78 28.37 钾质 安粗岩[4] Jy-5 57.82 1.03 14.43 4.62 4.30 0.14 3.45 4.58 2.86 3.70 0.29 2.58 0.16 99.96 42.10 钾质 流纹岩[1] P t13j YQ-64 68.46 0.70 12.04 6.64 0.57 0.04 0.44 0.83 2.72 5.81 0.18 1.38 99.81 10.70 高钾质 流纹岩[1] YQ-63 69.52 0.62 11.44 6.20 0.53 0.04 0.61 1.12 1.17 6.54 0.15 2.19 100.13 15.11 高钾质 桑园河 流纹质火山角砾岩[1] YQ-1035 74.86 0.42 10.66 4.42 0.73 0.03 0.78 0.33 0.22 5.85 0.11 0.84 0.642 0.27 100.16 22.80 高钾质 鸡蛋坪 流纹英安岩[1] YQ-1036 69.76 0.48 12.92 3.09 2.06 0.08 1.37 0.73 2.74 4.82 0.12 1.42 0.34 0.4 100.33 33.54 钾质 牛槽沟 流纹岩[1] YQ-1038 70.16 0.59 13.11 3.77 0.40 0.03 0.82 0.33 0.38 8.60 0.13 0.96 0.27 0.36 99.90 27.79 高钾质 安山岩[1] P t13x YQ-62 57.11 1.11 14.51 4.14 5.67 0.15 5.03 1.99 3.30 1.92 0.35 5.43 100.71 48.83 钾质 玄武岩[1] YQ-61 50.04 0.86 14.93 2.71 6.87 0.14 7.16 4.80 3.30 1.29 0.24 8.43 100.77 57.83 钠质 玄武安山岩[1] 20 53.78 0.82 17.36 3.03 5.11 0.13 3.51 6.57 3.03 3.45 0.32 2.62 99.73 44.40 钾质 玄武岩[1] 18 51.51 0.70 14.96 2.79 5.93 0.15 4.92 6.51 3.25 1.52 0.20 7.38 99.82 50.96 钠质 五龙庙 英安流纹岩[1] YQ-1033 69.92 0.47 12.01 4.12 1.39 0.06 0.66 1.95 1.45 4.68 0.09 1.30 1.45 0.33 99.89 18.81 高钾质 济源 粗面英安岩[4] Jy-6-1 64.30 1.09 13.25 6.46 1.68 0.06 0.98 1.58 3.18 5.25 0.38 1.68 0.08 99.97 18.91 高钾质 构造区带 岩性 层位 样号 氧化物含量/% 特征参数 火山 岩区 产地 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 H2O+ CO2 Lost Total Mg# 图4岩 石系列 河 南 熊 耳 群 高钾玄武安山岩[4] P t13m Zd-32 51.74 0.85 15.67 3.55 6.60 0.19 5.60 7.46 2.02 2.82 0.22 2.83 0.43 99.98 50.48 钾质 三元 高钾玄武安山岩[4] Sy-33 53.86 1.11 14.87 2.37 7.90 0.19 5.35 5.87 1.96 2.70 0.31 3.15 0.15 99.79 48.73 钾质 橄榄玄粗岩[4] Xy-23 52.06 1.09 17.98 4.44 5.41 0.14 3.38 5.46 3.84 3.05 0.31 2.72 0.11 99.99 39.05 钾质 高钾安山岩[4] Zd-31 55.91 1.10 14.63 3.15 6.33 0.17 4.20 5.48 2.90 2.72 0.31 2.80 0.14 99.84 44.96 钾质 三元 高钾安山岩[4] Sy-22 55.12 1.22 14.85 2.95 6.88 0.14 4.60 4.64 3.31 2.80 0.38 2.83 0.10 99.82 46.24 钾质 奕川 安粗岩[4] Xs-36 55.81 1.19 14.01 5.59 5.70 0.15 4.00 3.46 4.00 2.78 0.41 2.47 0.12 99.69 39.92 钾质 安粗岩[4] Xs-27 55.87 1.47 13.76 4.35 7.26 0.20 3.60 4.17 3.32 2.76 0.36 2.59 0.14 99.85 36.48 钾质 外方山 安粗岩[4] P t13j Wf-23 59.77 1.22 13.69 3.58 4.95 0.16 2.92 3.60 3.32 3.56 0.37 2.45 0.23 99.82 38.91 钾质 安粗岩[4] Wf-22 57.79 1.62 14.76 1.79 5.43 0.15 3.12 3.78 3.60 3.50 0.52 3.12 0.43 99.61 44.13 钾质 橄榄玄粗岩[4] Wf-17 53.41 1.03 15.22 2.80 6.40 0.20 5.12 6.17 2.98 3.10 0.29 3.05 0.21 99.98 50.58 钾质 粗面英安岩[4] Wf-13 67.29 0.91 12.50 4.85 1.71 0.08 0.60 1.64 3.15 4.85 0.24 1.23 0.83 99.88 14.97 钾质 橄榄玄粗岩[4] Wf-9 52.86 2.05 12.71 4.34 9.25 0.21 3.72 5.43 3.00 3.00 0.73 2.43 0.12 99.85 33.52 钾质 橄榄粗安岩[4] Wf-6 53.87 1.28 14.71 3.88 7.29 0.20 5.12 3.58 4.00 2.00 0.38 3.55 0.12 99.98 45.85 钠质 奕川 流纹岩[4] Xs-25 70.87 0.56 12.37 3.68 0.51 0.06 0.22 1.47 3.31 5.25 0.11 0.72 0.83 99.96 9.31 钾质 流纹岩[4] Hm-8 69.81 0.61 12.60 2.99 1.72 0.04 0.09 1.58 3.63 4.98 0.11 0.76 0.97 99.89 3.51 钾质 嵩县 流纹岩[4] Sx-3 69.04 0.75 12.84 6.07 0.48 0.04 0.01 0.65 3.20 5.42 0.17 0.71 0.2 99.58 0.30 高钾质 三元 流纹岩[4] Sy-44 68.91 0.65 11.86 1.55 3.46 0.06 0.72 2.29 1.70 5.40 0.17 1.74 1.44 99.95 20.91 高钾质 嵩县 高钾安山岩[4] P t13x Sx-4 58.17 1.76 12.69 4.27 6.90 0.17 2.35 3.89 3.05 3.23 0.53 2.55 0.19 99.75 28.06 钾质 安粗岩[4] Zd-2-2 57.96 1.51 14.80 2.71 4.42 0.12 3.92 2.52 2.34 5.26 0.48 3.67 0.09 99.8 50.47 高钾质 橄榄粗安岩[4] Zd-17 54.43 1.23 14.98 6.65 4.38 0.13 4.12 4.64 4.20 1.48 0.35 2.69 0.21 99.49 41.48 钠质 三元 橄榄玄粗岩[4] Sy-11 54.34 1.07 15.08 5.21 4.92 0.15 4.16 5.93 3.64 2.40 0.29 2.71 0.09 99.99 43.56 钾质 注: P t13m.马家河组; P t13j.鸡蛋坪组; P t13x.许山组; Lost.烧失量; Total.总量; 图4岩石系列.各样品在图4中投点的区域或所代表的岩石系列; Mg#.镁质指数(Mg#=100× (MgO/40.304 4)/[MgO/40.304 4+(FeO+Fe2O3× 0.899 8)/71.85]), 式中氧化物代表含量, 数值见表1; 表中空格代表未作此项检测。

表1 古元古代末期火山岩主量元素含量和特征参数 Tab.1 Major element content and the feature parameters of the volcanic rocks in Late Paleoproterozoic

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 古元古代末期火山岩微量元素丰度及相关特征参数 Tab.2 Trace element abundances and the related parameter of volcanic rocks in Late Paleoproterozoic 岩性 层位 样号 微量元素含量/10-6 参数 Rb Sr Ba Th Nb Ta Zr Hf Cr Co Ni V Sc U Rb/Sr 流纹岩[7] Pt13j SLB-11 137.00 119 2 167 12.70 19.20 1.08 598 11.00 1.82 3.67 1.36 10 13.10 1.98 1.15 粗面英安岩[7] SLB-09 152.00 199 2 776 6.42 18.00 0.97 564 10.90 1.52 11.00 1.49 77 15.20 1.11 0.76 英安岩[7] Pt13x SLB-06 82.30 355 2 986 3.46 15.10 0.85 467 9.14 1.57 15.40 1.89 107 16.80 0.69 0.23 流纹岩[7] SLB-03 164.00 113 1 690 10.60 19.80 1.14 506 11.50 9.00 11.50 7.50 37 9.10 1.83 1.45 玄武质安山岩[7] SLB-02 81.30 418 887 7.76 16.20 0.96 254 5.12 237.00 31.90 37.70 178 20.50 1.42 0.19 玄武质安山岩[7] SLB-01 48.40 256 909 2.28 7.04 0.46 157 4.01 140.00 26.80 37.60 133 20.30 0.71 0.19 安山岩[1] P18WL-1 49.20 284 2 056 4.84 11.50 0.78 227 5.92 156.00 29.70 33.90 134 23.30 0.17 英安岩[1] Pt13m YQ-66 126.00 90 1 998 6.05 15.40 1.15 428 10.60 6.50 2.82 1.40 安山岩[1] YQ-65 159.00 78 2 247 6.59 14.30 1.07 386 10.80 7.70 2.42 2.04 高钾安山岩[4] Jy-11 73.50 237 2 522 6.18 14.49 0.94 377 7.88 12.80 25.70 5.70 227 12.50 1.11 0.31 高钾安山岩[4] Jy-7 61.99 231 1 263 4.67 12.14 0.83 340 7.06 19.30 25.40 9.10 230 12.10 0.77 0.27 安粗岩[4] Jy-5 105.92 359 1 131 6.09 8.69 0.71 225 4.70 76.00 24.20 21.60 148 12.10 0.88 0.30 高钾玄武安山 岩[4] Jy-16 49.39 317 1 241 2.05 7.65 0.91 141 3.18 193.00 33.90 47.00 170 17.30 0.33 0.16 流纹质火山角砾 岩[1] Pt13j YQ-1035 133.00 31 1 940 8.40 17.03 1.11 325 8.54 66.05 6.47 6.64 26 10.5 4.37 YQ-1036 97.97 89 1 295 9.08 20.63 1.24 406 10.00 9.66 4.82 4.36 30 12.80 1.10 流纹英安岩[1] YQ-1038 155.00 27 1 815 10.32 21.23 1.31 424 10.48 17.96 3.75 10.30 69 14.20 5.71 流纹岩[1] 安山岩[1] Pt13x YQ-62 38.00 101 693 3.74 9.69 0.70 254 5.30 114.00 22.00 0.38 玄武安山岩[1] YQ-61 30.00 264 803 1.37 3.96 0.31 115 2.60 296.00 55.90 0.11 英安流纹岩[1] YQ-1033 113.00 53 1 401 8.17 24.54 1.58 608 12.94 2.31 3.70 2.98 16 11.0 2.13 粗面英安岩[4] Jy-6-1 159.60 160 1 766 9.60 17.13 1.01 391 9.19 8.20 14.30 5.50 95 7.90 1.23 1.00 高钾玄武安山 岩[4] Pt13m Zd-32 53.16 379 818 1.75 7.49 0.96 140 3.04 173.00 36.00 57.10 168 20.40 0.33 0.14 高钾玄武安山 岩[4] Sy-33 41.27 297 1 346 2.41 7.24 0.68 194 4.35 146.00 30.40 37.80 174 15.40 0.48 0.14 橄榄玄粗岩[4] Xy-23 77.08 296 1 119 2.24 7.68 1.00 164 3.32 87.30 30.70 43.20 160 15.60 0.36 0.26 高钾安山岩[4] Zd-31 59.53 402 1 558 2.53 9.72 0.61 229 5.02 131.60 32.3 43.50 167 15.70 0.46 0.15 高钾安山岩[4] Sy-22 53.39 298 1 065 2.85 10.02 0.75 247 5.55 189.50 31.20 42.10 173 14.30 0.51 0.18 安粗岩[4] Xs-36 62.24 124 1 160 2.72 8.05 0.60 223 4.54 124.00 31.80 36.20 215 19.00 0.53 0.50 安粗岩[4] Xs-27 54.69 230 1 177 2.98 8.50 0.76 220 5.16 68.90 37.00 37.20 265 19.90 0.47 0.24 橄榄玄粗岩[4] Pt13j Wf-9 54.38 216 1 287 3.42 10.69 1.19 270 5.67 28.60 37.70 23.20 288 18.20 0.62 0.25 橄榄玄粗岩[4] Wf-17 79.48 195 1 414 2.59 7.83 0.77 169 2.86 200.60 33.30 51.30 163 16.50 0.42 0.41 橄榄粗安岩[4] Wf-6 54.54 227 1 293 2.85 9.90 1.35 219 4.39 141.00 34.80 42.80 191 17.10 0.60 0.24 安粗岩[4] Wf-22 68.96 181 2 048 3.88 11.60 0.80 304 6.60 140.00 28.60 27.80 209 18.00 0.68 0.38 安粗岩[4] Wf-23 80.34 252 1 414 5.13 13.77 1.03 347 7.93 81.70 25.10 20.20 141 13.90 0.71 0.32 粗面英安岩[4] Wf-13 108.00 103 1 979 10.23 17.62 1.31 457 10.63 1.70 8.50 4.60 36 9.00 1.34 1.05 流纹岩[4] Sx-3 99.91 136 3 927 9.05 20.73 1.50 499 10.90 14.30 7.70 7.10 26 11.30 2.07 0.74 流纹岩[4] Xs-25 119.00 97 1 727 11.05 16.16 1.11 410 10.22 2.50 5.70 4.20 23 6.00 1.66 1.23 流纹岩[4] Hm-8 109.00 133 1 790 8.42 23.13 1.97 568 10.50 11.90 5.90 5.70 26 5.90 1.92 0.82 流纹岩[4] Sy-44 90.55 67 2 050 7.69 19.09 1.36 436 9.82 4.30 8.10 5.10 33 8.40 1.51 1.35 橄榄玄粗岩[4] Pt13x Sy-11 36.97 267 1 151 2.14 5.82 0.53 170 4.10 182.5 32.80 43.30 189 16.30 0.37 0.14 橄榄粗安岩[4] Zd-17 74.49 327 1 093 2.84 7.46 0.71 175 3.91 180.6 31.30 36.70 167 17.80 0.43 0.23 高钾安山岩[4] Sx-4 55.86 252 1 307 4.71 10.77 1.05 325 6.30 18.90 29.70 9.30 184 23.30 0.82 0.22 安粗岩[4] Zd-2-2 95.55 292 3 192 7.09 15.48 1.28 322 7.32 123.00 32.10 33.00 203 16.40 0.95 0.33 注: P t13m.马家河组; P t13j.鸡蛋坪组; P t13x.许山组; 表中空格为未作此项检测。

表2 古元古代末期火山岩微量元素丰度及相关特征参数 Tab.2 Trace element abundances and the related parameter of volcanic rocks in Late Paleoproterozoic

表3

Tab.3

表3(Tab.3)

表3 古元古代末期火山岩稀土元素丰度及相关特征参数 Tab.3 Rare earth abundances and the related parameters of volcanic rocks in Late Paleoproterozoic 岩性 层位 样号 稀土元素含量/10-6 特征参数 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y ∑ REE (La/Yb)N δ Eu 流纹岩[7] P t13j SLB-11 100.00 255.00 23.50 87.30 14.90 2.55 12.40 1.70 9.02 1.73 5.21 0.72 4.51 0.65 45.30 519.19 14.98 0.56 粗面英安岩[7] SLB-09 88.10 231.00 22.20 85.60 15.20 2.99 12.60 1.77 9.48 1.87 5.38 0.74 4.58 0.63 47.80 482.14 13.00 0.64 英安岩[7] P t13x SLB-06 76.20 203.00 20.10 78.60 14.60 3.21 12.20 1.74 9.60 1.90 5.68 0.77 4.88 0.70 49.40 433.18 10.55 0.72 流纹岩[7] SLB-03 102.00 205.00 23.70 87.90 14.60 2.70 11.50 1.53 9.13 1.86 5.04 0.75 4.76 0.71 50.40 471.18 14.48 0.62 玄武质安山岩[7] SLB-02 81.80 173.00 20.30 80.00 13.60 2.72 11.00 1.57 8.91 1.82 4.91 0.73 4.52 0.68 47.90 405.56 12.23 0.66 玄武质安山岩[7] SLB-01 27.20 55.50 7.58 31.90 6.68 2.14 5.70 0.88 5.01 1.03 3.11 0.44 2.87 0.42 26.70 150.46 6.40 1.03 玄武安山岩[1] P18XT-1 44.70 107.00 10.90 43.60 7.92 2.15 7.59 1.01 5.72 1.10 3.22 0.46 3.06 0.43 30.80 235.80 9.87 0.84 英安岩[1] P t13m YQ-66 64.11 125.50 16.86 64.16 11.54 2.31 9.64 1.52 8.48 1.74 4.83 0.79 4.77 0.75 40.31 317.00 9.08 0.65 安山岩[1] YQ-65 66.11 118.90 16.41 61.48 10.60 1.85 8.41 1.37 7.76 1.60 4.53 0.73 4.44 0.69 38.31 304.88 10.06 0.58 高钾玄武安山岩[4] Jy-16 24.26 58.99 6.13 24.83 4.98 1.47 4.64 0.82 4.67 0.98 2.87 0.48 2.83 0.44 24.47 162.86 5.79 0.92 高钾安山岩[4] Jy-11 68.46 165.78 16.42 74.35 12.53 2.87 9.91 1.48 7.83 1.57 4.19 0.64 3.83 0.56 40.24 410.66 12.08 0.76 高钾安山岩[4] Jy-7 52.94 133.46 13.52 59.11 11.15 2.88 9.02 1.51 7.05 1.46 3.94 0.62 3.50 0.53 36.10 336.79 10.22 0.85 安粗岩[4] Jy-5 46.52 97.52 9.98 42.32 7.70 1.86 6.35 1.09 5.49 1.17 3.20 0.52 3.02 0.45 28.70 255.89 10.41 0.79 流纹质火山角砾岩[1] P t13j YQ-1035 54.40 123.00 16.60 65.40 10.50 1.76 9.42 1.32 6.95 1.34 4.29 0.66 3.92 0.67 33.60 300.23 9.38 0.53 褐流纹英安岩[1] YQ-1036 86.50 188.00 21.70 81.20 14.40 2.69 11.70 1.96 10.80 1.98 5.94 0.92 5.66 1.00 51.40 434.45 10.33 0.61 褐红色流纹岩[1] YQ-1038 35.60 95.20 13.90 56.00 10.00 1.80 8.09 1.30 7.58 1.46 4.39 0.75 4.73 0.84 35.50 241.64 5.09 0.59 安山岩[1] P t13x YQ-62 41.11 85.01 11.50 42.12 8.72 2.32 7.74 1.18 6.57 1.27 3.37 0.53 3.08 0.49 31.09 215.01 9.02 0.85 玄武安山岩[1] YQ-61 25.79 52.14 6.92 27.34 5.30 1.48 4.89 0.80 4.74 0.97 2.79 0.47 2.81 0.46 27.91 134.09 6.20 0.87 英安流纹岩[1] YQ-1033 110.00 210.00 27.00 96.20 16.10 3.19 14.10 2.15 11.50 2.21 6.66 1.01 6.31 1.06 56.80 507.49 11.78 0.63 粗面英安岩[4] Jy-6-1 76.12 152.60 16.82 70.68 12.08 2.68 9.24 1.53 7.37 1.52 4.00 0.68 3.97 0.59 37.72 397.60 12.96 0.75 高钾玄武安山岩[4] P t13m Zd-32 22.33 54.81 5.41 24.13 4.67 1.40 4.36 0.77 4.41 0.95 2.69 0.45 2.82 0.44 23.48 153.12 5.35 0.93 高钾玄武安山岩[4] Sy-33 34.90 76.55 8.42 37.28 7.12 1.88 6.18 1.08 5.70 1.23 3.45 0.50 2.78 0.52 31.90 219.49 8.48 0.85 橄榄玄粗岩[4] Xy-23 29.45 69.29 6.94 33.24 6.16 1.78 5.44 0.97 5.39 1.17 3.14 0.53 3.24 0.49 28.83 196.06 6.14 0.92 高钾安山岩[4] Zd-31 39.26 91.69 8.79 38.83 6.84 1.83 5.78 1.01 5.38 1.13 3.14 0.50 2.99 0.45 28.50 236.12 8.87 0.87 高钾安山岩[4] Sy-22 45.44 101.40 10.38 44.67 8.30 2.06 6.99 1.19 6.13 1.31 3.59 0.57 3.39 0.52 33.02 268.96 9.06 0.81 安粗岩[4] Xs-36 37.31 85.57 8.76 39.14 7.30 1.98 6.52 1.14 6.44 1.31 3.81 0.61 3.69 0.57 34.44 238.59 6.83 0.86 安粗岩[4] Xs-27 35.31 81.02 8.25 36.16 7.08 1.60 6.12 1.11 5.84 1.28 3.57 0.59 3.68 0.54 31.41 223.56 6.48 0.73 粗面英安岩[4] P t13j Wf-13 71.93 156.93 15.50 66.47 12.04 2.70 10.86 1.92 10.55 2.16 6.08 0.98 5.98 0.93 53.78 418.81 8.13 0.71 流纹岩[4] Sx-3 81.79 170.25 18.08 75.88 13.61 3.03 11.02 1.74 9.00 1.79 5.04 0.85 5.12 0.79 43.93 441.92 10.79 0.73 流纹岩[4] Xs-25 81.69 156.22 16.19 66.26 11.81 2.23 9.67 1.67 9.06 1.84 5.23 0.85 5.33 0.80 46.24 415.09 10.36 0.62 流纹岩[4] Hm-8 98.13 187.77 22.50 77.46 13.15 2.17 11.33 1.93 10.78 2.15 6.31 1.02 6.44 0.98 52.81 494.93 10.30 0.53 流纹岩[4] Sy-44 57.89 114.28 13.38 56.93 10.05 2.14 8.46 1.61 9.15 1.83 5.20 0.85 5.34 0.80 49.20 337.11 7.33 0.69 橄榄玄粗岩[4] Wf-9 48.10 115.45 11.74 52.50 10.00 2.48 9.01 1.51 7.79 1.67 4.68 0.76 4.53 0.67 41.08 311.97 7.18 0.78 橄榄玄粗岩[4] Wf-17 28.40 67.07 7.04 31.42 5.65 1.76 4.86 0.83 4.49 0.93 2.55 0.43 2.40 0.37 23.47 181.67 8.00 1.00 橄榄粗安岩[4] Wf-6 37.97 92.00 9.61 39.33 7.60 1.97 6.83 1.20 6.50 1.33 3.83 0.64 3.68 0.56 33.15 246.20 6.97 0.82 安粗岩[4] Wf-22 29.75 78.16 8.47 36.23 7.66 1.61 6.82 1.23 6.81 1.43 3.85 0.66 4.15 0.62 34.21 221.66 4.84 0.67 安粗岩[4] Wf-23 63.05 141.54 13.75 58.58 10.27 2.39 8.83 1.57 7.78 1.61 4.49 0.74 4.51 0.65 42.41 362.17 9.45 0.75 橄榄玄粗岩[4] P t13x Sy-11 28.55 70.84 7.00 32.25 6.25 1.88 5.74 0.98 5.40 1.14 3.23 0.55 3.31 0.49 28.52 196.13 5.83 0.94 橄榄粗安岩[4] Zd-17 38.41 84.49 8.73 39.88 7.32 2.20 5.92 1.00 5.28 1.09 3.08 0.50 3.01 0.45 27.81 229.17 8.62 0.99 高钾安山岩[4] Sx-4 48.97 100.86 11.27 47.76 9.34 2.15 8.27 1.38 7.72 1.62 4.77 0.76 4.74 0.71 40.15 290.47 6.98 0.73 安粗岩[4] Zd-2-2 52.81 128.46 12.64 55.39 10.97 2.78 9.54 1.65 8.20 1.67 4.70 0.74 4.41 0.65 42.64 337.25 8.09 0.81 注: P t13m.马家河组; P t13j.鸡蛋坪组; P t13x.许山组。

表3 古元古代末期火山岩稀土元素丰度及相关特征参数 Tab.3 Rare earth abundances and the related parameters of volcanic rocks in Late Paleoproterozoic

SiO₂含量为50.04%~74.86%, 属中(基)— 酸性岩类。在TAS分类图解^[15](图3)中, 中基性岩投入玄武安山岩+安山岩+玄武粗安岩+粗安岩区; 中酸性岩多落入流纹岩区, 少数为粗面英安岩+英安岩。除2件样品为碱性系列外, 其余均为亚碱性系列。吕梁山区由西向东岩石碱性程度增强。

图3

Fig.3

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	图3 全碱-硅(TAS)分类命名图解[15] Pc.苦橄玄武岩; B.玄武岩; O1.玄武安山岩; O2.安山岩; O3.英安岩; R.流纹岩; T.粗面岩(粗面英安岩); S1.粗面玄武岩; S2.玄武粗安岩; S3.粗安岩; U1.碱玄岩(碧玄岩); U2.响岩质碱玄岩; U3.碱玄质响岩; Ir.Irvine分界线, 上方为碱性, 下方为亚碱性。Fig.3 Classification diagram(TAS) of whole alkali-silicon[15]

在中条山— 王屋山区和河南的样品中, 除河南济源(Jy)的样品采自中条山— 王屋山区最南东部外, 其他均无法确定具体位置, 因此本文仅以层位进行讨论。上部层位马家河组和鸡蛋坪组比下部层位许山组碱性程度高(图3), 其中2件马家河组样品(12和Xy-23)为碱性系列。

在火山岩K₂O-Na₂O相关图(图4(a))中, 样品以高钾和钾质系列为主, 仅有少数为钠质系列。剔除碱性系列后, 在亚碱性系列进一步划分图(图4(b))中, 以SH+HKCA系列为主, 这被认为是造山带后碰撞的典型组合^[15], 仅少数样品为(中钾)钙碱性系列, 没有低钾(拉斑)系列, 总体为(高)钾质系列。

图4

Fig.4

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	图4 火山岩K2O-Na2O相关图(a)与亚碱性系列K2O-SiO2图解(b)[15]Fig.4 K2O-Na2O correlation diagram of volcanic rocks (a) and K2O-SiO2 diagram of sub-alkaline series (b)[15]

通过表2和原始地幔标准化微量元素蛛网图(图5)可知, 中基性岩与中酸性岩具相似曲线型式, 普遍富集大离子亲石元素, 亏损高场强元素(曲线呈右倾型), 特别是Ba, K高度富集(正异常), 具明显的Nb、Ta(槽)和Ti负异常, w(Th)> w(Ta), 表明有来自消减带物质的加入^[16], 与火山弧岩的地球化学特征相似, 且具统一构造环境。但中酸性岩比中基性岩具更大的Sr、Ti和较小的Nb、Ta负异常, 揭示二者存在不同的岩浆来源, 并且中酸性岩受到了中基性岩浆的混染, 而低Sr丰度是克拉通下部陆壳物质的地球化学印记^[15]。另外, Rb/Sr值为0.11~5.71, Mg#均小于60, 为壳幔混合源岩浆。

图5

Fig.5

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	图5 火山岩微量元素平均值原始地幔比值蛛网图Fig.5 Primitive-mantle normalized spider diagram of the average values of trace elements in volcanic rocks

如表3和球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(图6)均为轻稀土富集、重稀土亏损的右倾型, 中酸性岩REE普遍高于中基性岩, LREE富集程度较中基性岩更大。中基性岩Eu异常不明显, δ Eu多为0.8~1.0; 中酸性岩石δ Eu为0.53~0.75, 但并不是标准的“ V” 字型, 而是左陡右平的“ L” 型, 应为壳幔混合源岩浆。虽然彭澎^[12]识别出了岩浆不混熔结构, 但这可能是局部现象或小规模的。

图6

Fig.6

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	图6 火山岩岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线Fig.6 Chondrite normalized REE patterns of volcanic rocks

赵太平^[4]和笔者通过协变图解研究认为, 随MgO含量的降低, Rb、Ba、Th、U、K、Nb、Ta、Zr、Hf及REE元素逐渐增高, Cr、Co、Ni、Sc逐渐降低, 而Cu、Zn、V基本稳定或略有增加。该特征结合火山岩由北西向南东基性岩(MgO)增厚(高)的特征, 反映具造山带火成岩岩石化学发育和演化的极性^[15]。

孙大中^[4]测得熊耳群ε _Nd(t=1.76 Ga)值为-4.0~-9.0, 赵太平^[4]测得熊耳群ε _Nd(t=1.76 Ga)值为-6.4~-9.5, ε _Hf(t)值为-11.264‰ ~-6.684‰ , 徐勇航等^[7]测得吕梁山区小两岭鸡蛋坪组ε _Nd(t=1.76 Ga)值为-4.85~-5.71, 许山组ε _Nd(t=1.76 Ga)值为-0.18~-5.43, 均为负值。结合低的¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd(0.511 2~0.511 4)^[4]、¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf(0.281 4~0.281 6)^{[4, 7]}和(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i(0.705 7~0.706 8)^[1], 可认为岩浆来自富集EMⅠ 型地幔。

由于岩石属(高)钾质岩石系列, 揭示地壳成熟度高。中基性岩大体符合Muller等(1995)划分的钾质火成岩成分范围; 中酸性岩虽超出其范围, 考虑该期火山岩以中基性岩(> 75%)为主, 因此本文运用Eby(1992)和Muller等(1997)建立的钾质火成岩等特殊类型岩石构造环境判别的图解, 分步骤进行判别(图7)^[16]。第一步, 在w(Al₂O₃)- w(TiO₂)图解中除少数样品为板内(WIP)外, 多投入非板内环境; 第二步, 剔除板内样品后, 在w(TiO₂/100)-w(La)-w(Hf× 10)图解中均落入CAP+PAP区, 即大陆弧或后碰撞弧; 第三步, 在w(Zr× 3)-w(Nb× 50)-w(Ce/P₂O₅)图解中, CAP、PAP区均发育, 以CAP较多。综合岩石属SH+HKCA系列(图4(b)), 是后碰撞火山弧构造环境。

图7

Fig.7

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	图7 构造环境判别图[17]===77 WIP.板内; CAP.大陆弧; PAP.后碰撞弧; IOP.初始洋弧; LOP.晚期洋弧。Fig.7 Distinguishing diagrams of tectonic settings[17]

综上所述, 无论是汉高山或小两岭火山岩, 还是熊耳群— 西洋河群, 岩性均以玄武安山岩-安山岩为主, 见少量玄武岩和流纹岩; 火山岩熔岩占绝对优势, 偶见碎屑岩; 呈近EW或SEE向延伸; 同期的基性侵入岩墙为其岩浆上升的通道, 以裂隙式(串珠状)、宁静式溢流喷发为主。岩石斑晶为辉石和斜长石, 很少角闪石和黑云母; 岩石地球化学具富大离子亲石元素和轻稀土元素, 亏损高场强元素(Nb、Ta和Ti), 全岩ε Nd(t)值和负的ε Hf(t)值均为负值, 由西(NWW)向东(SEE), 在火山岩厚度、岩性和岩石地球化学特征等方面, 均具一定的造山带火成岩发育和演化的极性^[15], 与火山弧相似。岩石为钾质系列, 结合火山岩多具无Eu异常REE分布模式, 为后碰撞火山弧。