西南天山東段基性火山巖地質及地球化學特征

李建兵，郭小雙，李鎮宏，許　可

西南天山東段基性火山巖地質及地球化學特征

李建兵1，2，郭小雙1，李鎮宏1，許可1

（1.四川省眾成礦業有限公司，成都 610047；2.四川省地勘局區調隊，成都 610213）

西南天山東段色日克牙依拉克一帶的基性火山巖主要為致密塊狀玄武巖、枕狀玄武巖，與硅質巖、粉砂巖互層，沿走向火山巖不穩定，常相變為硅質巖、粉砂巖，其中枕狀玄武巖枕狀構造發育。玄武巖主量元素、稀土及微量元素特征與N-MORB玄武巖相似，綜合判斷該玄武巖應形成于N-MORB環境。根據放射蟲鑒定、枕狀玄武巖40Ar/39Ar同位素測年，結合前人在鄰區的研究成果，確定火山巖形成年代應為早石炭世。據此可以確定南天山古洋在早石炭世仍存在并處于擴張階段，晚古生代南天山洋盆最終閉合時限應在早石炭世之后。

基性火山巖；地球化學；構造環境；西南天山

天山造山帶是世界上最復雜的造山帶之一（夏林圻等［1］，2002），晚古生代西南天山的大地構造演化是天山造山帶形成演化過程中最重要、最復雜的事件，目前對晚古生代南天山古洋盆的性質、洋盆的開合演化、洋盆最終閉合時限及碰撞造山時限等關鍵地質問題的認識尚存在很大分歧。目前對晚古生代南天山洋盆最終閉合時限認識主要有以下觀點：早—中泥盆世（王作勛［2］等，1990）、早石炭世末（何國琦［3］等，2001；夏林圻［1］等，2002；高俊［4］等，2006；）、晚石炭世（舒良樹［5］等，2007；王超［6］等，2007）、二疊紀末——三疊紀初（李曰?。?］等，2005）。由于惡劣的自然條件和交通極差，不少地方很難到達，造成整個西南天山地質研究空白區多。而現有的研究工作又往往集中在少數點上，加之不同學者所采取的研究方法、認識角度及測試手段不盡相同，所以對關鍵地質問題的認識分歧很大也就在所難免。本文研究區位于西南天山東段的色日克牙依拉克一帶，地處天山山脈腹地，山高路遠，人跡罕至。大地構造位置為西南天山晚古生代蛇綠混雜巖帶南支（圖1）（龍靈利等［8］，1995）。研究該區的基性火山巖對認識蛇綠混雜巖特征及西南天山晚古生代大地構造演化具有重要意義。研究在大量細致的野外實地調查工作基礎上，通過對該火山巖的巖相學、地球化學、年代學進行研究，探討其巖石成因、形成環境，為進一步研究西南天山晚古生代的大地構造演化提供新的資料。

圖1　西天山蛇綠巖分布圖（據龍靈利等，2006，改繪）

1　地質特征

前人將西南天山東段色日克牙依拉克一帶的基性火山巖歸屬阿爾騰柯斯組（D1a），該火山巖近東西向條帶狀展布，向西經獨庫公路，并在黑英山以北的阿爾騰柯斯河中上游有分布，向東在迪拿河上游一帶亦有分布。沿走向火山巖不穩定，常相變為硅質巖、粉砂巖?；曰鹕綆r地表出露寬1 345m?；曰鹕綆r與硅質巖、粉砂巖互層分布（圖2）。這些宏觀特征說明，硅質巖是與火山活動同期的海相沉積產物，而非外來巖塊，硅質巖中的生物化石年代可以代表火山巖形成的地質時代。

表1　火山巖常量元素及微量元素分析成果

該套基性火山巖巖性主要為致密塊狀玄武巖、枕狀玄武巖。枕狀玄武巖分布于致密塊狀玄武巖中部，地表出露寬度380m左右，沿走向其寬度逐漸變小并最終尖滅。巖石呈灰綠色，具典型的枕狀構造，外形呈鈁錘狀、橢圓狀、長柱狀、圓狀及不規劃狀，長軸定向排列。單枕大小40cm×100cm～10cm ×20cm。巖性為杏仁狀玄武巖，杏仁體具定向排列，顯圈層構造。枕體中部杏仁體細小且稀疏，由內至外杏仁體逐漸稠密且直徑變大，枕體邊部則為熔渣狀的玄武質火山灰。杏仁體充填物為綠簾石。在枕狀玄武巖內局部可見樹枝狀的硅質巖透鏡體，這些硅質巖應為火山噴發時的捕虜體。

圖2　色日克牙依拉克實測地質剖面圖

2　巖相學特征

玄武巖具塊狀、枕狀構造，為蝕變間粒結構、蝕變間隱間粒結構、蝕變球顆結構，蝕變特征明顯。主要由基性斜長石（60%～70%）、單斜輝石（20%～30%）、綠簾石、綠泥石組成，另有微量的鈦鐵礦?；孕遍L石呈長板條狀、格架狀、細長微板條狀雜亂分布，并具綠簾石、綠泥石化，外形輪廓較模糊。在斜長石之間分布他形微粒狀或柱狀單斜輝石及蝕變隱晶狀綠泥石、綠簾石（以綠簾石為主）。輝石邊部有綠簾石化、少量的綠泥石化，具輝石外形。綠簾石、綠泥石無固定外形，為玻璃質的蝕變物。鈦鐵礦呈他形粒狀、板狀，具強白鈦石化特征。

3　巖石地球化學特征

3.1分析方法

主量元素、微量元素、稀土元素的測試分析均在南京大學現代分析中心完成。主量元素用熔融法，采用X-射線熒光光譜（XRF）完成，使用儀器為ARL9800XP+型，燒失量通過在馬沸爐中980℃烘烤90ms獲得，分析精度優于5%。微量、稀土元素在中國科學院廣州地球化學研究所元素和同位素重點實驗室，采用Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000型電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）完成，稀土元素的分析精度優于5%（2σ），微量元素中含量＞10 ppm 的分析精度優于5%（2σ），＜10ppm元素的分析精度優于10%（2 σ）。測定結果詳見表1。

3.2主量元素地球化學

由于DL2-12REE1樣品燒失量較高（6.94%），考慮到該樣品含有杏仁體，其CaO含量高達15.13%，故該樣品予以剔除。研究區基性巖蝕變較明顯，常量元素Si、K、Na等在變質和交代過程中屬于活動組分，故本文采用穩定元素進行巖石分類，其中TiO2用去除燒失量后的校正含量值。在Zr/TiO2-Nb/Y圖解上，兩件樣品投點均投在亞堿性玄武巖區內（圖3）。去除燒失量后，該區玄武巖SiO249.90%～50.47%，TiO21.76%～2.02%，Al2O312.74%～13.26%，MgO 6.64%～6.89%，MnO 0.21%，Na2O 3.00%～3.74%，K2O 0.33%～0.45%，P2O50.19%～0.21%。

3.3稀土和微量元素地球化學

稀土元素Σ REE為52.71×10-6～76.18×10-6，LREE/HREE=1.38～1.49，LaN/YbN=0.73～0.83。稀土總量較低，輕重稀土分餾較弱，總體顯示輕稀土虧損，重稀土富集。Eu為弱負異常，δEu=0.85～0.91。Ce異常不明顯。稀土元素特征與庫勒湖基性巖、獨庫公路965km基性巖相似。稀土分配曲線左傾（圖4），與N-MORB比較接近。

從巖石微量元素N-MORB標準化蛛網圖（圖5）來看，3件樣品圖形的一致性很好，說明為同源巖漿產物。如圖所示，強不相容元素Rb、Ba、Th為明顯的正異常，其余元素豐度值與N-MORB相當。高場強元素Zr、Hf、Nb、Ta在蝕變過程中有很好的穩定性，可以作為巖石成因和源區性質的示蹤劑。巖石四種元素的豐度值分別為91.89×10-6、2.74× 10-6、5.17×10-6、0.32×10-6，與N-MORB值接近。多數微量元素豐度值介于庫勒湖基性巖、獨庫公路965km基性巖微量元素豐度值之間，強不相容元素Rb、Ba、Ta豐度值與庫勒湖基性巖十分接近。

圖3　火山巖Nb_Y-Zr_TiO2巖石化學命名圖

圖4　稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖

4　構造環境分析

在宏觀巖石組成上，玄武巖與放射蟲硅質巖呈韻律互層出現，具有水下噴發的枕狀構造特征。其主量元素構成顯示玄武巖屬鈣堿性玄武巖。巖石稀土總量較低，總體顯示輕稀土虧損，重稀土富集，稀土分配曲線右傾，與N-MORB比較接近。多數微量元素豐度值與N-MORB相當，高場強元素Zr、Hf、Nb、Ta與N-MORB值接近。一些微量元素的比值能有效指示形成環境。巖石La/Nb平均值為1.007，與N-MORB值1.07（Rollinson HR，1993；Saunders AD et al.，1988；Weaver BL，1991）接近。原始地幔的Th/Ta=1.6，大陸板內與島弧玄武巖的Th/Ta值＞1.6，而大洋中脊玄武巖的Th/Ta 比值則＜1.6（Taylor et al.， 1985）。研究區樣品Th/Ta=1.31～1.52，平均值1.41，Th/Ta值均＜1.6。巖石La/Nb值和Th/Ta值均顯示玄武巖應形成于MORB環境。在Zr-Zr_Y判別圖（圖6）上，所在樣品均投在MORB區域，僅1件樣品投在MORB與IAB重疊的區域。綜上所述，研究區玄武巖應形成于N-MORB環境。

圖5　微量元素N-MORB標準化蛛網圖

5　地質年代學依據

地質剖面上與玄武巖互層的硅質巖中發現大量的放射蟲，經南京古生物研究所鑒定，有Trilonche和Stigmorphaerortylue二屬，這二屬主要分布時代為泥盆紀至早石炭世。在本次研究中，選取了1件枕狀玄武巖進行40Ar/39Ar同位素年齡測試。樣品測試由北京大學造山帶與地殼演化教育部重點試驗室全時標全自動高精度高靈敏度激光40Ar/39Ar定年系統完成。測試數據見表2，年齡值為340±40Ma。何國琦［3］等（2001）在獨庫公路965km處獲得角閃輝長巖斜長石單礦物40Ar/39Ar坪年齡333.15Ma。王學朝［9］等（1995）對庫勒湖混雜巖中輝長巖中的斜長石定年，獲40Ar/39Ar年齡值330～335 Ma。筆者在西南天山西段托什上游地區下石炭統圖尤克阿秀組基性火山巖中獲40Ar/39Ar年齡值332.4 Ma［10］（李建兵等，2010）。前人在鄰區研究獲得的年齡值與本研究項目獲得的年齡值基本一致。綜上，西南天山中段色日克牙依拉克一帶的基性火山巖形成年代應為C1。

6　結論

1）西南天山東段色日克牙依拉克一帶的基性火山巖巖石組合特征、巖相特征、巖石地球化學特征表明其形成環境為N-MORB環境。

2）通過對賦存于硅質巖中的放射蟲鑒定、枕狀玄武巖40Ar/39Ar同位素測年，結合前人在鄰區的測年成果，確定該套火山巖形成年代應為早石炭世。

3）通過對色日克牙依拉克一帶的基性火山巖的研究，表明南天山古洋在早石炭世仍存在并處于擴張階段，晚古生代南天山洋盆最終閉合時限應在早石炭世之后。這一論斷為南天山古洋的演化、最終閉合及西南天山晚古生代大地構造演化發展研究提供了新的重要信息。

圖6　玄武巖Zr-Zr/Y圖解

［1］ 夏林圻、張國偉、夏祖春等.天山古生代洋盆開啟、閉合時限的巖石學約束［J］.地質通報，2002，21（2）:55～62

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Geological and Geochemical Characteristics of the Late Paleozoic Basic Volcanic Rocks in the Eastern Sector of the Southwestern Tianshan Mountains

LI Jian-bing1，2GUO Xiao-shuang1LI Zhen-hong1XU Ke1
（1-Sichuan Zhongcheng Mining Co.，Ltd.， Chengdu 610047； 2-Regional Geological Survey Party， Sichuan Bureau of Geological Exploration and Exploration of Mineral Resources， Chengdu 610213）

The basic volcanic rocks in Serikeyayilake， eastern sector of the Southwest Tianshan Mountains are mainly composed of compact massive basalt and pillow basalt interbedded with the silicalite and siltstone. They are usually transformed into silicalite and siltstone along the strike. Pillow structure was developed in the pillow basalt. REE and trace elements geochemistry of the basalt is similar to that of N-MORB basalt. This shows that the basalt was formed in the N-MORB environment. Volcanic rocks should be formed in the Early Carboniferous on the basis of the radiolaria，40Ar/39Ar dating for the pillow basalt and previous research in the adjacent regions. From this it is concluded that that old South Tianshan Ocean was in a spreading stage during the Early Carboniferous， and the final closing time of Late Paleozoic South Tianshan Ocean basin should be after the Early Carboniferous.

southwestern Tianshan Mountains； Late Paleozoic； basic volcanic rock； geochemical characteristics； tectonic environment

P632

A

1006-0995（2015）04-0609-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.031

2014-10-20

李建兵（1973-），男，四川仁壽人，高級工程師，主要從事區域地質、礦產地質調查研究工作