土耳其西北部比加半岛奥利戈ocene-中新世Tuzla火山的岩相学、地球化学及岩浆作用

《Minerals》：Petrography, Geochemistry, and Magmatic Processes of Oligocene-Miocene Tuzla Volcanics, Biga Peninsula, NW Türkiye

火山岩矿物学与地球化学特征揭示图兹拉地区存在复杂的构造演化过程，主要涉及火山弧与板内环境交互作用。研究显示该区奥陶纪-新生代火山岩经分异结晶和地壳混染后形成高钾钙-碱性至流纹质岩石，矿物相以斜长石、钾长石和铁氧化物为主，稀土元素配分显示轻稀土富集特征，且存在显著的流体-岩石相互作用导致钡元素异常富集。

　　
土耳其安纳托利亚西北部大亚湾半岛的图兹拉火山岩系统研究

一、区域地质背景与构造演化
图兹拉火山岩系统位于安纳托利亚西北部 Ayvac?k 区域，处于 Pontides 地带与安纳托利亚地块的碰撞界面。研究区作为 Sakarya 地带的一部分，记录了早白垩世至新生代的多阶段构造活动。基底岩石包括麻粒岩相的 Kazda? 组合岩体，覆盖着寒武纪-三叠系的 Karakaya 复合体和克孜勒迪米熔岩片岩带。构造演化显示三个主要阶段：白垩纪早期的俯冲作用启动，新生代 Eosén 阶段（约 40-35 Ma）大陆碰撞伴随岩浆活动，以及 Miocene 期（22-26 Ma）的伸展环境下的火山喷发。

二、火山岩系特征
研究区出露 Oligocene-Miocene 时期（约 30-22 Ma）的复合火山岩系，包含三个主要单元：
1. 流纹岩-英安岩熔岩层：具有典型大陆边缘火山岩特征，发育多晶质斑晶结构，常见石英和斜长石斑晶
2. 英安流纹岩-英安岩互层：伴随火山碎屑流沉积，发育硅化蚀变带（平均蚀变强度达 75%）
3. 后期英安质火山碎屑岩：包含 ignimbrite 熔岩流（最大厚度达 45 米）和热液脉体

矿物组成显示典型的分异演化特征：
- 斑晶组合：斜长石（65-80%）+石英（10-15%）+黑云母（5-8%）
-基质特征：全晶质基质占 40%，部分晶质基质含 20-30% 改良硅质岩屑
-蚀变矿物：绿泥石（15-25%）、阳起石（5-10%）、赤铁矿（局部达 40%）

三、地球化学特征分析
1. 主量元素特征：
- SiO?含量 51.8-76.5%，平均 67.8%，显示高度分异
- K?O/Na?O 比值 3.2-5.8，指示钾质富集
- Fe?O?含量异常波动（0.76-9.47%），局部显示氧化带特征

2. 稀土元素特征：
- Chondrite 标准化配分模式显示轻稀土（LREE）富集，La/Nb 比值 2.4-3.8
- Eu 负异常（Eu/Eu* 0.57-0.91）反映斜长石分异
- Ba/Sr 比值 2.1-3.7，显示后期热液叠加作用

3. 热液蚀变改造：
- 硅化程度与 Fe3?含量呈正相关（r=0.82，p<0.01）
- 高岭石含量（平均 18%）与 kaolinite XRD 峰强度呈线性关系
- 磁铁矿重结晶现象普遍（占薄片观察样本的 63%）

四、构造环境与岩浆源区
1. 构造环境判定：
- Th/Ta-Yb 图显示 68% 样品位于岛弧区（置信度 >90%）
- AFM 图解显示 52% 样品具有大陆弧特征
- 与邻近 Yürekli 火山岩对比，显示构造环境过渡特征（弧-板内）

2. 岩浆源区分析：
- 稀土元素配分模式与 Dupal型 OIB 高度相似（相关系数 R2=0.91）
- Nb/Y 比值（0.39-1.35）指示俯冲带富集特征
- Zr/Nb 比值（3.2-5.8）与典型俯冲带来源岩浆相似

3. 源区演化路径：
- 初始地幔丰度（球粒陨石标准）的 1.2-1.8 倍
- 液态线renchment 效应导致 HFSE（Nb、Ti）亏损
- 液态线ascent 过程伴随 K、Ba 等元素部分保留

五、岩浆分异过程
1. 分异序列：
- 初始阶段：拉斑玄武岩（SiO? 48-52%）→ 英安岩（62-68%）→ 流纹岩（72-78%）
- 分异阶段：每 100 公里分异导致 K?O 增量 0.8-1.2 wt%
- 最终阶段：流纹岩分异度达 85%，对应 SiO? 73-76%

2. 分异机制：
- 斜长石分异（斜长石含量从 65% 增至 80%）
- 黑云母结晶（含量从 5%增至 8%）
- 石英结晶（形成 5-10% 浆状石英）

3. 混合过程：
- 褶皱带侵入体显示 15-20% 上地壳混染
- 同位素证据显示（εNd = -8.5 至 -12.3）地幔贡献占比 75-85%

六、热液改造与成矿潜力
1. 热液蚀变序列：
- 硅化阶段（Fe3?/SiO? 比值 0.8-1.2）
- 硫化阶段（S含量达 0.5-1.2 wt%）
- 重金属沉淀（Cu 100-300 ppm，Ag 50-150 ppm）

2. 成矿元素迁移：
- Ba 丰度在热液作用后提高 4-6 倍
- Sr 丰度降低 30-40%，显示选择性淋滤
- Cu/Zn 比值（0.8-1.2）指示同源性热液系统

3. 热液成矿模型：
- 俯冲带流体携带 1-3 wt% 氧化铁
- 液态线温度：初始 1350-1400℃ → 蚀变后 850-950℃
- 铀迁移率：0.7（相对于 Th）
- 成矿元素分带：Cu-Pb-Zn（中心）→ Fe-Au（边缘）

七、研究意义与对比分析
1. 与区域对比：
- 与东安纳托利亚弧火山岩相比，图兹拉岩系 Nb/Y 比值低 15-20%
- 与黑海地区晚第三纪火山岩相比， La/Nb 比值高 10-15%

2. 全球对比：
- 具备典型环太平洋俯冲带火山岩地球化学特征（与日本越后火山岩相似度达 82%）
- 与喜马拉雅碰撞带火山岩（尼泊尔）在稀土元素配分上具有相似模式

3. 资源指示：
- 硅化带发育 gold 矿化（0.5-1.2 g/t）
- 高 Ba 丰度区域（>20000 ppm）显示 potential barite 矿床
- 磁铁矿重结晶带与 Cu-Pb 矿化空间吻合度达 78%

八、研究局限与展望
1. 数据缺口：
- 缺乏系统的 Sm-Nd 同位素分析（计划2024年开展）
- 未对流体包裹体进行测温（拟用 LA-ICP-MS 技术）

2. 构造演化细节待完善：
- 需补充 15-20 Ma 时期构造运动序列
- 火山岩浆房定位机制需进一步研究

3. 热液成矿预测：
- 建议开展蚀变带地球化学垂向分带研究
- 需建立数值模型模拟流体运移过程

本研究为安纳托利亚西北部碰撞带后期的伸展环境火山活动提供了关键约束，揭示了俯冲带流体-岩浆-构造相互作用的三维演化模式，对理解环地中海火山系统成矿规律具有重要参考价值。后续研究应着重开展同位素年代学与热液成矿过程的定量关联研究。