青海南部沱沱河凍土水合物潛在區(qū)火山巖地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

譚盼盼，盧振權(quán)，蔡俊軍，王　婷，唐世琪

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京　100037;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京　100083;3.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京　100037;4.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京　100029)

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青海南部沱沱河凍土水合物潛在區(qū)火山巖地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

譚盼盼1，2，盧振權(quán)1，4，蔡俊軍3，王婷4，唐世琪2

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037;2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京100083;3.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京100037;4.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京100029)

沱沱河盆地是凍土天然氣水合物潛在分布區(qū)之一，其內(nèi)發(fā)育下—中二疊統(tǒng)開心嶺群九十道班組、上二疊統(tǒng)烏麗群那益雄組、上三疊統(tǒng)結(jié)扎群巴貢組、中—漸新統(tǒng)雅西措組4套烴源巖以及不同類型的火山巖。研究表明，火山巖巖石類型主要為玄武巖、玄武安山巖、安山巖、玄武質(zhì)粗面安山巖和粗面安山巖?；鹕綆r主量元素低TiO2，Al2O3含量較高，K2O含量較低，K2O

沱沱河地區(qū)；凍土水合物；火山巖；地球化學(xué)特征；地質(zhì)意義

引言

天然氣水合物(簡稱水合物)是由氣體分子與水在低溫高壓條件下形成的白色結(jié)晶狀物質(zhì)，主要產(chǎn)于海底沉積物和陸上永久凍土帶中。這是一種新型的潛在能源，全球資源量達(dá)2.1×1015m3，約為煤炭、石油和天然氣資源總量的兩倍，具有巨大的能源潛力[1-2]。中國非常重視天然氣水合物的調(diào)查研究，分別于2007年在南海[3]和2008年在青海木里地區(qū)鉆探到天然氣水合物[4]，揭開了我國近海和陸地凍土帶天然氣水合物勘探的序幕。

青藏高原是世界中低緯度區(qū)海拔最高、面積最大的凍土區(qū)，平均海拔超過4000m。青藏高原多年凍土面積達(dá)158.8×104km2，約占總面積的66%[5]。前人的研究表明，青藏高原多年凍土區(qū)具備形成天然氣水合物的溫壓條件[5-9]。沱沱河盆地位于青藏高原的東北部，海拔4500～4800m，屬于永久凍土帶，是天然氣水合物潛在分布區(qū)之一[9-10]。沱沱河盆地發(fā)育有：下—中二疊統(tǒng)開心嶺群九十道班組、晚二疊統(tǒng)烏麗群那益雄組、上三疊統(tǒng)結(jié)扎群巴貢組、新近系中—漸新統(tǒng)雅西措組4套烴源巖[11-12]。此外，沱沱河盆地?zé)N源巖中還發(fā)育不同類型的火山巖，大量研究表明，火山活動與油氣運(yùn)聚成藏有著密切的成因聯(lián)系[13-15]?；鹕交顒优c烴源巖的相互作用可以加快有機(jī)質(zhì)的成熟，促進(jìn)油氣生成，也可以促使原油裂解，產(chǎn)生裂解氣[16]。欒錫武等[17]的研究表明，海底火山活動對增大地層的孔隙與通道， 從而對甲烷氣體的運(yùn)聚能起到積極的作用。但是前人對沱沱河地區(qū)火山巖的巖石地球化學(xué)特征和成因類型研究較少，而火山巖的巖石地球化學(xué)特征可以表征巖漿區(qū)域構(gòu)造活動的特征和性質(zhì)[18]。研究沱沱河盆地火山巖與烴源巖的時空接觸關(guān)系，分析火山巖的地球化學(xué)特性和成因類型，有助于了解研究區(qū)的構(gòu)造環(huán)境，進(jìn)而分析火山巖對水合物成藏的地質(zhì)意義。

1　地質(zhì)概況

青海南部沱沱河盆地位于羌塘地體北部，北鄰金沙江縫合帶，南接龍木錯-雙湖縫合帶。研究區(qū)自北向南依次可劃分為茶措斷陷、烏麗-達(dá)哈斷隆、沱沱河斷陷、扎日根-諾日巴納保斷隆等4個三級構(gòu)造單元。二疊紀(jì)末，羌塘地體與可可西里-巴顏喀拉地體開始對接碰撞。三疊紀(jì)時僅為古特提斯的殘留海，隨著羌塘地體與可可西里-巴顏喀拉地體進(jìn)一步相互作用，三疊紀(jì)末古特提斯徹底消亡關(guān)閉，從而結(jié)束了海侵發(fā)育史而進(jìn)入陸內(nèi)改造階段。區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造樣式為北西-南東走向的新生代逆沖構(gòu)造，逆沖由南向北，依次形成高角度逆沖帶、褶皺逆沖帶和低角度逆沖帶[19]。

區(qū)內(nèi)巖漿活動較為強(qiáng)烈，超基性-酸性巖漿均有活動，以基性巖漿活動占主導(dǎo)地位。侵入巖出露以喜山期花崗細(xì)晶巖-斑巖類為主，次為燕山期花崗巖體，印支期輝長-輝綠玢巖侵入體分布廣泛[20]。區(qū)內(nèi)火山巖主要有3期，早期火山巖為二疊系諾日巴尕日保組、九十道班組、那益雄組，巖性為玄武質(zhì)安山巖和玄武巖；中期為上三疊統(tǒng)甲丕拉組中、基性火山巖；晚期出現(xiàn)在新生代，主要發(fā)育在那日尼亞及以西地區(qū)，巖性為粗面巖，屬羌塘地體上新生代鉀質(zhì)火山巖的組成部分[21]。此外，在沱沱河北岸的扎木曲-扎拉夏格涌一帶出露有新生代正長斑巖[22]。

沱沱河盆地烏麗-開心嶺地區(qū)屬唐古拉地層區(qū)，研究區(qū)出露地層由老至新主要有二疊系、三疊系、古近系、新近系、第四系等，潛在烴源巖主要有下-中二疊統(tǒng)開心嶺群九十道班組、上二疊統(tǒng)烏麗群那益雄組、上三疊統(tǒng)結(jié)扎群巴貢組、新近系中—漸新統(tǒng)雅西措組等[11-12]，詳細(xì)地層分布如下(圖1)：

下-中二疊統(tǒng)開心嶺群九十道班組(P3j)分布局限，僅出露在開心嶺一帶，與上二疊統(tǒng)那益雄組呈斷層接觸，其巖石組合為灰-深灰色塊、層狀含生物碎屑泥晶灰?guī)r，為陸緣淺海臺地相石灰?guī)r建造。

根據(jù)腕足類生物組合[24]及雙殼類和古植物化石組合[25]，研究區(qū)上二疊統(tǒng)烏麗群由兩部分組成：下部為那益雄組，上部為拉卜查日組，兩者呈平行不整合接觸，與上覆地層呈不整合接觸。那益雄組(P3n)巖性主要為深灰色中-厚層狀鈣質(zhì)泥巖、炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖夾灰-深灰色薄-中層狀含生物碎屑灰?guī)r、粉晶灰?guī)r、灰-灰綠色中細(xì)粒長石石英砂巖及煤(層)線，局部夾灰綠色安山巖、玄武巖。腕足動物屬種組合及生物相特征表明其為上二疊統(tǒng)早期海陸交互相含煤巖系沉積建造[26]，其上多被上三疊統(tǒng)結(jié)扎群甲丕拉組、古近系漸新統(tǒng)—古新統(tǒng)沱沱河組角度不整合覆蓋。

上三疊統(tǒng)結(jié)扎群從下至上依次包含甲丕拉組、波里拉組、巴貢組。巴貢組(T3bg)主要為灰色薄-中層狀中細(xì)粒巖屑石英砂巖、長石巖屑砂巖夾灰黑色薄層狀炭質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)泥巖及粉砂巖，為一套三角洲相砂巖建造、粉砂巖建造。

古近系漸新統(tǒng)—古新統(tǒng)沱沱河組(Et)分布局限，角度不整合在二疊統(tǒng)、三疊統(tǒng)等地層之上，為一套湖泊三角洲相礫巖夾砂巖或砂巖夾礫巖建造。新近系中新統(tǒng)—漸新統(tǒng)雅西措組(E3N1y)分布零星，為一套泥灰?guī)r夾砂巖或砂巖夾泥灰?guī)r建造，角度不整合在二疊系、三疊系地層之上，整合在沱沱河組砂巖段之上。

2　樣品與分析測試

2.1樣品采樣

本次樣品采自青海南部沱沱河凍土水合物潛在區(qū)，均在基巖新鮮露頭處采集。樣品較新鮮或只有少量蝕變，主要為安山巖、玄武巖等中基性火山巖，樣品詳細(xì)描述見表1。樣品共計(jì)11個，具體位置見圖1。

本次采集的的火山巖樣品主要有安山質(zhì)熔巖、玄武質(zhì)熔巖和火山碎屑巖。安山巖在沱沱河地區(qū)比較發(fā)育，一般呈灰綠-灰褐色，似斑狀結(jié)構(gòu)和安山結(jié)構(gòu)，斑晶主要為石英和長石(圖2a)。安山結(jié)構(gòu)見圖2b， 含少量角閃石和黑云母，長石30%～40%，石英較少。部分角閃石蝕變?yōu)榫G泥石，部分黑云母蝕變?yōu)楹稚F質(zhì)礦物，長石氧化為高嶺石，部分安山巖

可見微氣孔構(gòu)造。本區(qū)的玄武巖不如安山巖發(fā)育，一般呈灰綠-灰黑色，可見微氣孔構(gòu)造，氣孔成線型，有一定定向排列，部分成圓形、橢圓形，氣孔之間的連通性較好。此外，還可見致密塊狀玄武巖。本區(qū)的火山碎屑巖主要為凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r和玄武質(zhì)凝灰?guī)r，層狀構(gòu)造，氣孔發(fā)育。

2.2分析方法

本次共采集11件火山巖樣品，測試項(xiàng)目包括主量元素、微量元素、稀土元素測試。

對于主量元素測定，依據(jù)硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法主量成分測定國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14506.28-2010)，先稱取試樣0.5000g，再用無水四硼酸鋰和硝酸銨為氧化劑，于1 200℃左右熔融制成玻璃片，使用X-射線熒光光譜儀(儀器型號：PW4400)測定SiO2、Al2O3、TFe2O3、Na2O、K2O、CaO、MgO、TiO2、MnO、P2O5等含量。測定時選用不同基體和不同含量的國家一級地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。該方法測定精度：RSD<2%～8%。

對FeO含量的測定，依據(jù)硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法氧化亞鐵測定國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14506.14-2010)，先稱取試樣0.1000～0.5000g(稱樣量視樣品的氧化亞鐵含量而定)并放置于聚四氟坩堝中，再加入氫氟酸和硫酸分解樣品，重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定氧化亞鐵含量。該方法測定精度：RSD<10%。Fe2O3的計(jì)算公式：WFe2O3=WTFe2O3-WFeO×1.1113。

對H2O+含量的測定，依據(jù)硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法化合水量測定國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14506.2-2010)，先稱取一定量試樣放置于雙球管的底球內(nèi)，在噴燈下加熱灼燒底球和樣品，燒出的結(jié)晶水冷凝于另一個球中；當(dāng)全部結(jié)晶水燒出后，分離底球和樣品，稱量帶有冷凝結(jié)晶水的球管并記錄重量，之后烘干此管再次稱量并記錄重量，兩次重量之差為結(jié)晶水量。方法精密度：RSD<8%。

次要元素(Ba、Sr等)及微量元素(V、Co、Ni、Mo、U、Cd等)的分析儀器為等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)，依據(jù)為電感耦合等離子體質(zhì)譜分析方法通則(DZ/T0223-2001)。方法是稱取一定量試樣于高壓消解罐的Teflon內(nèi)罐中，加入HF、HNO3并裝入鋼套中，于190°C保溫48小時。取出冷卻后，在電熱板上蒸干直至趕盡HF，加入HNO3再次封閉溶樣3小時，之后溶液轉(zhuǎn)入潔凈塑料瓶中，使用ICP-MS測定。測定時選用不同基體和不同含量的國家一級地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。該方法精度：RSD<2%～10%。

所有樣品均在國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心實(shí)驗(yàn)室中測定。

圖2沱沱河地區(qū)火山巖鏡下氣孔構(gòu)造圖

a.粗面安山巖，斑晶主要為長石;b.安山巖的安山結(jié)構(gòu)

Fig.2Vesicular structures in the volcanic rocks from the Tuotuohe area in southern Qinghai

3　結(jié)果與討論

3.1巖石地球化學(xué)特征

該區(qū)火山巖樣品主量元素中(表2)，SiO2的百分含量范圍為48.20%～60.57%，平均為54.87%；Na2O+K2O變化范圍為3.91%～8.79%，平均為6.31%；Na2O>K2O，CaO的變化范圍比較大，為1.31%～8.32%，平均為4.81%；Al2O3為14.84%～19.18%，平均為17.20%。對所有樣品數(shù)據(jù)去除燒失量后，把主量元素重新計(jì)算成100%，再用Geokit軟件[27]作成火山巖TAS圖解[28](圖3)，從圖中可看出火山巖巖石類型主要為玄武巖、玄武安山巖、安山巖、玄武質(zhì)粗面安山巖和粗面安山巖。

對微量元素的數(shù)據(jù)采用了Sun等提出的原始地幔(PM)數(shù)據(jù)[29]進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理， 繪制了火山巖的微量元素比值蜘蛛網(wǎng)圖(圖3)。從圖中可以看出，大部分樣品元素Rb、Sr、Ba、Th、La、Ce富集，最高達(dá)到原始地幔的100多倍，Ta、Nb、P2O5、TiO2、Y、Yb以及鐵族元素Sc、Cr、Ni虧損，其中Sc、Cr和Ni虧損嚴(yán)重，只有原始地幔的零點(diǎn)幾倍。

本區(qū)火山巖稀土元素總量為(29.75～202.10)×10-6，平均為89.52×10-6；LREE總量為(20.56～191.84)×10-6，平均為75.77×10-6；HREE總量為(9.03～24.30)×10-6，平均為13.74×10-6；LREE/HREE為2.19～18.70，平均為6.30。稀土元素總量和輕重稀土的比值范圍都較大，反映了不同火山巖樣品巖漿的熔融程度和巖漿演化過程有較大差異。稀土元素的標(biāo)準(zhǔn)化采用的是W.V.Boynton[30]推薦的值，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式上(圖4)，呈向右傾斜的曲線，為輕稀土富集型，略具“V”字形，Eu有4個樣品為弱富集，其它為有不同程度的弱虧損。

表2　火山巖主量元素分析結(jié)果(wB/%)

圖3　火山巖全堿-硅(TAS)圖解分類[28]

F.副長巖；Ph.響巖；Pc.苦橄玄武巖；B.玄武巖；T.粗面巖和粗面英安巖；U1.碧玄巖和堿玄巖；U2.響巖質(zhì)堿玄巖；U3.堿玄質(zhì)響巖；O1.玄武安山巖；O2.安山巖；O3.英安巖；S1.粗面玄武巖；S2.玄武粗安巖；S3.粗安巖

Fig.3Na2O+K2O vs. SiO2diagram of the volcanic rocks from the Tuotuohe area in southern Qinghai (Le Maitre,1989)

圖4　原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的火山巖微量元素蛛網(wǎng)圖解

Fig.4Primitive mantle-normalized trace element spidergram of the volcanic rocks from the Tuotuohe area in southern Qinghai

圖5　沱沱河地區(qū)火山巖稀土元素分布模式圖

Fig.5Chondrite-normalized REE distribution patterns of the volcanic rocks from the Tuotuohe area in southern Qinghai

3.2火山巖形成的構(gòu)造環(huán)境

從巖石系列SiO2-K2O圖解(圖6)中可以看出，11個火山巖樣品中7個為鈣堿性系列，4個為拉斑系列，而鈣堿性系列巖石是島弧環(huán)境典型的火山巖巖石類型[31]。火山巖樣品主量元素低TiO2，Al2O3含量較高，K2O含量較低，K2O15，類似于島弧火山巖的微量元素含量特征[31-33]。微量元素Zr-TiO2判別圖(圖8)也顯示火山巖形成于島弧環(huán)境。綜上所述，青海南部沱沱河地區(qū)火山巖形成于島弧造山帶的擠壓環(huán)境。

表3　沱沱河地區(qū)火山巖微量元素、稀土元素含量表(wB/×10-6)

圖6巖石系列SiO2-K2O圖解(實(shí)線據(jù)Peccerillo R等[34]，虛線據(jù)Middlemost E A K等[35])

Fig.6SiO2vs. K2O diagram of the volcanic rocks from the Tuotuohe area in southern Qinghai (Solid lines from Peccerillo et al., 1976; dashed lines from Middlemost, 1985)

圖7　火山巖ATK圖解[36]

Ⅰ.大洋玄武巖區(qū); Ⅱ.大陸玄武巖、安山巖區(qū); Ⅲ.島孤造山帶玄武巖、安山巖區(qū)

Fig.7TiO2-Al2O3-K2O diagram of the volcanic rocks from the Tuotuohe area in southern Qinghai (Zhao Chonghe,1989)

3.3火山巖對天然氣水合物氣源巖的可能影響

研究區(qū)潛在烴源巖主要有下—中二疊統(tǒng)開心嶺群九十道班組、上二疊統(tǒng)那義雄組、上三疊統(tǒng)巴貢組、新近系中-漸新統(tǒng)雅西措組。其中九十道班組發(fā)育有中基性火山巖夾層，那益雄組有噴溢相的玄武巖-安山巖產(chǎn)出。本次采集的火山巖主要采自上二疊統(tǒng)那義雄組和上三疊統(tǒng)甲丕拉組。根據(jù)鋯石LA-ICP-MS測年數(shù)據(jù)(具體數(shù)據(jù)另行發(fā)表)，所采火山巖形成于中-晚三疊世。在時間上，火山巖晚于烴源巖九十道班組、那義雄組的形成，與巴貢組形成的時間相當(dāng)；空間上，火山巖多以夾層分布于烴源巖中。因此，火山活動可以給烴源巖帶來充分的烘烤作用，火山熱液可以和烴源巖之間進(jìn)行一系列的反應(yīng)，加速有機(jī)質(zhì)的熱演化，產(chǎn)生大量的裂解氣，從而為天然氣水合物的形成提供充足的氣源。

圖8　火山巖構(gòu)造環(huán)境Zr-TiO2判別圖

Fig.8Zr vs. TiO2discrimination diagram for the tectonic interpretation of the volcanic rocks from the Tuotuohe area in southern Qinghai

根據(jù)對青海南部沱沱河地區(qū)火山巖的研究，判定該地火山巖形成于島弧環(huán)境。島弧環(huán)境是板塊活動、殼幔相互作用以及巖漿-成礦作用最活躍的場所，物質(zhì)組成復(fù)雜，反映了復(fù)雜的板塊演化[31]。多期次、范圍廣的火山巖活動可以提高沱沱河盆地的古地溫梯度。據(jù)陳紅漢等[37]的研究，在新近紀(jì)至第四紀(jì)的青藏高原隆升階段，新的熱事件使得青藏高原各盆地地溫梯度不均勻急劇上升，最高達(dá)6.5℃/100m，這加速了有機(jī)質(zhì)的熱演化，也提高了烴源巖的成熟度，產(chǎn)生大量熱成因氣，從而可為天然氣水合物的形成提供氣源條件。其次，巖漿流體物質(zhì)組成復(fù)雜，從本文上述火山巖微量元素含量可以看出，F(xiàn)e，Ti，V，Cr，Co，Ni，Mn和Mo含量豐富，其中Co的含量為(9.05～37.10)×10-6，Ni的含量為(6.24～125)×10-6，Co，Ni等金屬對氣體和有機(jī)質(zhì)具有強(qiáng)烈的吸附作用，并可導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)中碳-碳鍵、碳-硫鍵、碳-氧鍵的斷裂。Ni是過渡金屬元素中催化性能最強(qiáng)的，甚至烴源巖中1×10-6的Ni就顯示出很強(qiáng)的催化能力[38-40]。這些富含過渡金屬元素的火山熱液與烴源巖相互作用，可以催化烴類的裂解，產(chǎn)生裂解氣，從而為水合物的形成提供氣源條件。

3.4火山(巖)作用對天然氣水合物形成的影響

已有研究表明，水合物可以以膠結(jié)物形式產(chǎn)于火山灰或凝灰質(zhì)泥中，全球海域范圍內(nèi)火山活動區(qū)與水合物分布區(qū)一致[41]。沱沱河地區(qū)三疊系肖茶卡組發(fā)育一段氣孔狀、杏仁體玄武安山巖、安山巖，總厚約160m；在通天河和沱沱河以北的白堊系下部，見一套不穩(wěn)定的火山巖系，厚1138～2168m[16]；古近系沱沱河組(Et)一套陸相噴溢相-爆發(fā)崩塌相火山巖，厚度大于4360m[42]。筆者根據(jù)沱沱河地區(qū)火山巖野外觀察和鏡下鑒定發(fā)現(xiàn)，沱沱河地區(qū)火山巖氣孔構(gòu)造較為發(fā)育，小氣孔直徑不到1mm，大氣孔直徑約5～6mm，且有被溶蝕的痕跡。推測火山巖與烴源巖接觸時，火山巖的氣孔構(gòu)造被烴源巖中的有機(jī)酸溶蝕擴(kuò)大?；鹕綗嵋壕哂械母邏嚎梢允篃N源巖產(chǎn)生一系列的裂隙，火山熱液還可以和烴源巖的一些礦物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生次生孔隙。烴源巖與火山熱液相互作用所產(chǎn)生的裂解氣很容易沿著裂隙和次生孔隙進(jìn)入到火山巖的氣孔內(nèi)，當(dāng)達(dá)到水合物形成所需要的溫度、壓力，便會在火山巖氣孔構(gòu)造內(nèi)形成水合物。因此，沱沱河地區(qū)火山巖是水合物形成的潛在儲層。

此外，斷裂構(gòu)造也是火山活動帶來的一大有利因素?；鹕綗嵋壕哂械母邏嚎梢允怪車臒N源巖產(chǎn)生一系列的裂隙。沱沱河盆地內(nèi)斷裂構(gòu)造分布與該地區(qū)火山巖的分布息息相關(guān)。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)水合物的祁連山地區(qū)，水合物主要以薄層狀、片狀晶體產(chǎn)于泥巖、油頁巖裂隙面[43]。在沱沱河地區(qū)，與火山活動有關(guān)的裂隙發(fā)育，是甲烷等氣體的良好運(yùn)移通道，如盆地內(nèi)火山巖分布的85道班烏麗地區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，其凍土中乙烷含量、大氣中甲烷含量也顯示為一定程度的異常[44]。這些甲烷、乙烷氣體在裂隙面運(yùn)移或儲存下來，當(dāng)遇到合適的溫壓環(huán)境，亦可以在裂隙面形成薄層狀、片狀的水合物。因此，沱沱河地區(qū)與火山活動相關(guān)的斷裂構(gòu)造不僅是水合物氣源的運(yùn)移通道，還可以是水合物的形成場所和儲存空間。

4　結(jié)論

(1)沱沱河地區(qū)火山巖的巖石地球化學(xué)分析表明，該區(qū)火山巖主要類型為玄武巖、玄武安山巖、安山巖、玄武質(zhì)粗面安山巖和粗面安山巖。稀土元素呈右傾的輕稀土富集型，微量元素呈鋸齒狀，類似于火山島弧環(huán)境。綜合判定沱沱河地區(qū)火山巖形成于島弧環(huán)境。

(2)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)和構(gòu)造環(huán)境，應(yīng)用該區(qū)地球化學(xué)特征參數(shù)，推斷沱沱河盆地內(nèi)的火山活動可以加快烴源巖的熱成熟，進(jìn)而促使有機(jī)質(zhì)裂解，產(chǎn)生熱解氣，為水合物的生成提供了氣源條件。

(3)沱沱河地區(qū)火山巖分布范圍廣、厚度大、氣孔構(gòu)造發(fā)育，有可能成為水合物的儲層。火山熱液具有的高壓使周圍的烴源巖產(chǎn)生一系裂隙，這些裂隙不僅是水合物氣源的運(yùn)移通道，還可以為水合物提供形成場所和儲存空間。

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Geochemistry and geological implications of the volcanic rocks in the potential areas of the permafrost hydrates from the Tuotuohe area, southern Qinghai

TAN Pan-pan1, 2， LU Zhen-quan1, 4， CAI Jun-jun3， WANG Ting4， TANG Shi-qi2

(1.InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China; 2.ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China; 3.InstituteofGeology,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China; 4.CenterforPetroleumResourcesSurvey,ChinaGeologicalSurvey,Beijing100029,China)

The Tuotuohe area in southern Qinghai is one of the potential areas of the permafrost hydrates, where the source rocks are developed in the Lower-Middle Permian Jiushidaoban Formation of the Kaixingling Group, Upper Permian Nayixiong Formation of the Wuli Group, Upper Triassic Bagong Formation of the Jiezha Group, and Miocene-Oligocene Yaxicuo Formation. The volcanic rocks in the Tuotuohe area consist dominantly of basalt, basalitic andesite, andesite, basalitic trachyandesite and trachyandesite. These volcanic rocks are characterized by low TiO2contents, high Al2O3contents, low K2O contents and K2O < Na2O, and display the LREE-enriched REE distribution patterns, and zigzag trace element distribution patterns with the depletion of the elements Ta, Nb, P2O5, TiO2,Y, Yb, Sc, Cr and Ni. Petrochemically, the volcanic rock samples are all projected into the basalt and andesite fields within the island-arc orogenic zone, as indicated by the ATK diagram. It is inferred that the volcanic rocks in the Tuotuohe area may be originated from the island-arc environments. The volcanic activities may facilitate the thermal maturity of source rocks, thermolysis of organic matter, generation of thermolysis gas and formation of hydrates. Meanwhile, the volcanic rocks may also interpreted as the reservoir rocks of the hydrates due to well-developed vesicular structures and connectivity. The fissures or cracks in the source rocks caused by volcanogenic hydrothermal solution may contribute to the pathways and spaces for the migration and preservation of the hydrates.

Tuotuohe area; permafrost hydrates; volcanic rock; geochemical signature; geological implication

1009-3850(2016)02-0087-10

2015-04-28； 改回日期： 2015-05-25

譚盼盼(1990-)，男，碩士研究生，地球化學(xué)專業(yè)。E-mail：pan9093@126.com

盧振權(quán)(1972-)，男，研究員，從事天然氣水合物地球化學(xué)勘查等研究。E-mail：luzhq@vip.sina.com

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41073040)和天然氣水合物勘查與試采專項(xiàng)項(xiàng)目(GZHL20110310、GZHL20110311、GZHL20110314)

P588.14

A