新疆東昆侖卡爾瓦西地區(qū)泥盆系布拉克巴什組下段火山巖地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

劉 越，詹天宇

吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林 長春 130102

0 引言

研究區(qū)位于青藏高原北緣東昆侖西段高山區(qū)，屬于華北地層大區(qū)，東昆侖—中秦嶺地層分區(qū)[1-3]。研究區(qū)火山活動較弱，火山巖不發(fā)育，出露較少。測區(qū)內(nèi)火山活動始于早古生代止于晚古生代，主要發(fā)育在晚古生代，屬于海相噴發(fā)，為中基性火山巖，呈層狀、薄層狀、透鏡狀產(chǎn)出于晚古生代地層中，其時代跨度小，相對的表現(xiàn)為火山活動強弱不一，火山巖活動表現(xiàn)為從北至南火山活動時代逐漸變新?；鹕綆r主要分布在測區(qū)內(nèi)的泥盆系布拉克巴什組下段地層、二疊系馬爾爭組中段地層、以及二疊系樹維門科組地層中。泥盆系布拉克巴什組下段地層中火山巖相對為較發(fā)育，次之為二疊系馬爾爭組中段地層中火山巖。另外，泥盆系布拉克巴什組上段地層中局部夾火山巖；奧陶—志留系哈拉巴依溝組地層中見有火山巖活動跡象(圖1)。

1 研究區(qū)火山巖地質(zhì)特征

測區(qū)內(nèi)泥盆系布拉克巴什組下段火山巖較發(fā)育，巖石類型為巖屑凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)板巖、晶屑巖屑凝灰?guī)r、安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r、安山巖、輝綠玢巖、鈣質(zhì)膠結(jié)安山質(zhì)礫巖、玄武巖。反映巖相組合為：爆發(fā)相—噴發(fā)沉積相—爆發(fā)相—溢流爆發(fā)相—溢流相—潛火山巖相—溢流沉積相—爆發(fā)相，以爆發(fā)相為主?？v向上近南北向，總體從下到上由不同相的火山巖和陸源碎屑巖構(gòu)成多個火山噴發(fā)韻律(表1)，火山巖從酸性到基性，從火山碎屑巖到熔巖等，反映火山活動方式為多次脈動式噴發(fā)；橫向上近東西向順圍巖層理以厚度不等的斷續(xù)的夾層狀陸續(xù)產(chǎn)出，呈薄層狀和透鏡狀。火山巖均遭受不同程度蝕變，尤其中基性火山巖綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化作用強烈。

圖1 新疆東昆侖卡爾瓦西地區(qū)地質(zhì)簡略圖[4]

表1 中泥盆統(tǒng)布拉克巴什組下段火山巖噴發(fā)韻律表

2 地球化學(xué)特征

2.1 常量元素

巖石化學(xué)成分及CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物及參數(shù)特征見表2、3、4。PM015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44.07%；PM017GS5-1(輝綠玢巖)SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43.74%；上述巖石應(yīng)為基性火山巖，其SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低(<45%)。PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)78.28%，為硅質(zhì)過飽和超酸性火山巖。PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)組合指數(shù)(σ)為0.17，為鈣性,鋁飽和指數(shù)(A/CNK)>1，巖石為鋁過飽和類型，出現(xiàn)剛玉，標(biāo)準(zhǔn)礦物組合為Q+Or+Ab+An+C+Hy，表現(xiàn)為高K2O，低Na2O，貧CaO特征。PM015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)及PM017GS5-1(輝綠玢巖)組合指數(shù)(σ)為1.83、3.77，為鈣堿性、堿鈣性，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)<1，巖石為正常類型，標(biāo)準(zhǔn)礦物組合為Q+Or+Ab+An+Di+Hy、 Or+Ab+An+Di+Ne+Ol；其中PM017GS5-1(輝綠玢巖)出現(xiàn)SiO2不飽和標(biāo)準(zhǔn)礦物霞石、橄欖石等，說明巖石為堿性火山巖。

表2 中泥盆統(tǒng)布拉克巴什組下段火山巖常量元素及質(zhì)量分?jǐn)?shù)表

表3 中泥盆統(tǒng)布拉克巴什組下段火山巖CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物參數(shù)特征值表

表4 中泥盆統(tǒng)布拉克巴什組下段火山巖CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物及質(zhì)量分?jǐn)?shù)表

圖2 火山巖全堿-硅(TAS)分類圖

在火山巖化學(xué)分類TAS圖解中(圖2)，PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)投影落于亞堿性系列區(qū)，巖石化學(xué)定名分別為流紋巖、玄武巖。PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落于堿性系列區(qū)邊緣，巖石化學(xué)定名為玄武巖。

在火山巖AFM圖解中(圖3)，PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)投影落在拉斑玄武巖系列區(qū)內(nèi)；PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在鈣堿性巖系列區(qū)內(nèi)。

圖3 火山巖AFM圖解

在火山巖K2O-Na2O圖中(圖4)，M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)投影落在高鉀區(qū)，PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)投影落在鉀質(zhì)區(qū)，017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在鈉質(zhì)區(qū)。

圖4 火山巖K2O-Na2O圖

在火山巖K2O-SiO2圖中(圖5)，巖石投影均落在鈣堿系列區(qū)內(nèi)，只是M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)投影落在高鉀鈣堿系列區(qū)邊緣，PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在低鉀(拉斑)系列區(qū)邊緣。(調(diào)整：去掉H2O+、 LOS后換算100%的數(shù)據(jù))。

在火山巖SiO2-AR圖中(圖6)，PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)投影落于鈣堿性區(qū)，PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在堿性區(qū)。(調(diào)整：去掉H2O+、 LOS后換算100%的數(shù)據(jù))。

2.2 稀土元素

巖石稀土元素及參數(shù)特征見表5、表6。

圖5 火山巖K2O-SiO2圖

圖6 火山巖SiO2-AR圖

表5 中泥盆統(tǒng)布拉克巴什組下段火山巖稀土元素及質(zhì)量分?jǐn)?shù)表

表6 稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)參數(shù)特征值表

PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)巖石ΣREE=(124.53～140.67)×10-6，PM017GS5-1(輝綠玢巖)巖石ΣREE=45.04×10-6明顯偏低；巖石LREE/REE=2.26～6.89，(La/Yb)N=1.51～8.55；PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)、PM017GS5-1(輝綠玢巖)：δEu分別為0.67、0.98、1.06，δCe分別為0.82、1.00、0.99。上述稀土元素及參數(shù)特征和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化型式曲線表明，巖石輕稀土富集，曲線為右傾斜，巖石輕重稀土間分餾程度強。PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)Eu負(fù)異常，為Eu虧損型；Ce弱負(fù)異常，Ce為弱虧損型；M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)、PM017GS5-1(輝綠玢巖)屬平坦型REE分布型式，Eu正常型，Ce正常型，稀土配分模式均為向右緩傾的輕稀土富集型曲線。

圖7 泥盆紀(jì)布拉克巴什組下段火山巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化型式

2.3 微量元素

巖石微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化配分型式蛛網(wǎng)圖見表7、圖8?？梢钥闯觯瑤r石曲線基本協(xié)調(diào)一致，說明巖石物源趨同，略有差異，說明成因 及構(gòu)造環(huán)境等不一致。巖石中不相容的大半徑離子的親石元素K、Rb、Ba、Th、Ta明顯富集；中等不相容元素Ce、P 、Zr等弱富集；弱不相容元素Sm、Ti 、Y、Yb等元素與大洋中脊玄武巖的標(biāo)準(zhǔn)值(N-MORB)近似，其數(shù)據(jù)所顯示曲線平緩，分餾不明顯；而Sr、Nb、Hf等弱不相容元素虧損，顯示出與島弧拉斑玄武巖相似的特點。PM017GS5-1(輝綠玢巖)顯示不同為Sr、Ba元素曲線中局部上揚。

圖8 泥盆紀(jì)布拉克巴什組下段火山巖微量元素N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

表7 微量元素及質(zhì)量分?jǐn)?shù)表

2.4 構(gòu)造環(huán)境判別與分析

在里特曼-戈蒂里圖解中(圖9)，樣品投影點均落于C區(qū)，巖石為非造山帶地區(qū)火山巖與造山帶地區(qū)火山巖派生出堿性、富堿巖。在玄武巖F-A-M判別圖中(圖10)，PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)、PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影相繼落在大陸造山帶區(qū)、擴張性中心島區(qū)、大洋島嶼區(qū)，反映出構(gòu)造環(huán)境的十分活躍，古大洋島嶼環(huán)境的繼承，造山-弧后擴張拉伸漫延。在火山巖La/Yb-Th圖中(圖11)，PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)投影點旁落，M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)投影落入大陸邊緣弧區(qū)，PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落入原始大洋弧區(qū)與演化的大洋弧區(qū)之間。在玄武巖TFeO/MgO-TiO2成因圖解中(圖12)，PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)投影落在板內(nèi)洋島玄武巖區(qū)，PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在洋中脊玄武巖區(qū)。在玄武巖構(gòu)造環(huán)境TiO2/10-MnO-P2O5判別圖中(圖13)，PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)、PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影相繼落在鈣堿性(高鋁)玄武巖區(qū)、洋島堿性玄武巖區(qū)、島弧拉斑玄武巖區(qū)。在玄武巖構(gòu)造環(huán)境Hf/3-Th-Ta判別圖中(圖14)，PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)投影落在鈣堿性(高鋁)玄武巖區(qū)，PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在虧損型洋中脊玄武巖(正常型)區(qū)。在玄武巖構(gòu)造環(huán)境2Nb-Zr/4-Y判別圖中(圖15)，PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)投影落在板內(nèi)堿性玄武巖區(qū)，PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在板內(nèi)拉斑玄武巖區(qū)；在玄武巖10*TiO2-AI2O3-10*K2O圖解中(圖16)，M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰?guī)r)、PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在島弧、造山帶玄武巖、安山巖區(qū)，PM017GS17-1(安山質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r)投影落在大陸玄武巖、安山巖區(qū)。

圖9 火山巖里特曼-戈蒂里圖

圖10 火山巖F-A-M判別圖

圖11 火山巖La/Yb-Th圖

圖12 玄武巖TFeO/MgO-TiO2成因圖解

圖13 玄武巖構(gòu)造環(huán)境TiO2/10-MnO-P2O5判別圖

圖14 玄武巖構(gòu)造環(huán)境Hf/3-Th-Nb/16判別圖

圖15 玄武巖構(gòu)造環(huán)境2Nb-Zr/4-Y判別圖

圖16 玄武巖10*TiO2-AI2O3-10*K2O圖解

3 結(jié)論

(1)研究區(qū)泥盆紀(jì)布拉克巴什組下段火山巖為亞堿性玄武巖系列，多為拉斑玄武巖系類型，次為鈣堿性系類型。

(2)研究區(qū)構(gòu)造環(huán)境反映為洋盆的重新擴張、洋陸轉(zhuǎn)換及陸內(nèi)疊覆造山，火山巖形成于板塊匯聚俯沖碰撞的島弧環(huán)境，其巖漿的形成模式與消減的大洋殼中巖漿的形成模式相關(guān)。