新疆大南湖地區恰干布拉克組火山巖地球化學特征與構造環境研究

劉海生，田 軻，陳紅旗，劉延偉

(甘肅省地礦局 第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730000)

新疆大南湖地區恰干布拉克組火山巖地球化學特征與構造環境研究

劉海生，田 軻，陳紅旗，劉延偉

(甘肅省地礦局 第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730000)

中下奧陶統恰干布拉克組火山巖大南湖—沙爾湖一帶廣泛地分布，是東天山地區重要的銅、金多金屬礦的賦礦地層。通過對該地區中下奧陶統恰干布拉克組的巖石學特征、巖石化學、地球化學特征的分析，進而對構造環境進行研究，對以后的工作具有十分重要參考意義。

恰干布拉克組；火山巖；地球化學特征；構造環境

中下奧陶統恰干布拉克組火山巖大南湖—沙爾湖一帶廣泛地分布，是東天山地區重要的銅、金多金屬礦的賦礦地層。大南湖地區的中下奧陶統的恰干布拉克組大面積的分布。通過典型剖面的測制，系統采集標本、薄片及地球化學樣品，從巖石學特征、巖石化學、地球化學特征方面進行研究，從而對新疆哈密市大南湖地區較大面積分布的中下奧陶統恰干布拉克組火山巖有了幾點粗淺的認識[1-3]。

1 恰干布拉克組火山巖巖石學特征

該組總體上為一套火山碎屑巖、中基性火山熔巖為主夾火山碎屑沉積巖。火山碎屑巖主要為灰綠色、灰黑色晶屑凝灰巖、灰綠色安山質凝灰巖、灰綠色凝灰巖；火山熔巖為紅褐色、灰黑色凝灰質安山巖、輝石安山巖、玄武質安山巖；火山碎屑沉積巖主要為灰綠色層凝灰巖。在剖面上火山碎屑巖、火山熔巖、火山碎屑沉積巖所占比例分別為50%、48%、2%。

該組主體構成爆發—溢流、溢流—爆發韻律，個別為爆發—沉積韻律，共11個韻律旋回，噴發指數97.37%，其中爆發相占42.35%，溢流相占58.65%。

通過剖面測制分析，由南向北32(°)有如下特征和規律。

1)由南至北爆發相系數逐漸降低，溢流相系數逐漸增加，表明南部遠離火山噴發中心，而北部則接近火山噴發中心。

2)噴發韻律南部以溢流—爆發韻律為主，中部則以間歇性溢流或間歇性噴發為主，向北則演變為爆發—溢流韻律為主，反映火山作用不是連續噴發的，而是噴發—間歇周而復始的活動過程。

總體來說恰干布拉克組海相火山—沉積體系比較活躍，火山活動較強烈。

2 恰干布拉克組火山巖巖石化學特征

對中下奧陶統恰干布拉克組火山巖采集3件樣品。火山巖的巖石化學分析數據具體如下：樣品SiO2含量為47.48%～53.87%，平均50.22%，顯示為基性，接近于MORB中的SiO2含量(49.80%)。TiO2含量(1.09%～1.19%)中等，平均1.14%，低于MORB平均值(1.5%)、洋島堿性玄武巖(TiO2=2.63%)高于，高于島弧拉斑玄武巖(TiO2=0.8%)相對更接近大陸溢流玄武巖(TiO2=1%)；Al2O3含量較高，為12.85%～17.80%，平均16.15%；其中Al2O3含量高于板內大陸玄武巖(Al2O3=14.30%)，接近島弧拉斑玄武巖(Al2O3=16.00%)和大陸溢流玄武巖(Al2O3=17.08%)；MgO含量較低，為2.92%～3.53%，平均3.21%，CaO含量7.97%～8.26%，平均8.27%，均不同于板內大陸玄武巖(MgO=5.90%，CaO=9.70%)。樣品的全堿含量(Na2O+K2O為2.91%～4.13%)低，K2O含量為0.15%～0.56%，平均為0.33%；Na2O的含量為2.32%～3.91%，平均值為3.35%，氧化物突出的特征是貧堿。Na2O/K2O均大于2，具有相對富Na的特征；里特曼指數除1個樣品外，其余樣品均小于3，為鈣堿性。

樣品燒失量較高(3.25%～11.55%)，必然影響巖石化學成分分類，為正確做出巖石分類判別，不使用TAS巖石分類圖，而采用抗蝕變元素的Zr/TiO2×0.0001-Nb/Y判別圖(見圖1)，所有樣品落入安山巖/玄武巖區。利用AFM圖進一步判別(見圖2)，一個樣品落入拉班玄武巖區，其他樣品均屬鈣堿性系列巖石。

圖1 Nb/Y-Zr/TiO2*0.0001

圖2 球粒隕石標準化稀土元素(REE)配分曲線圖

3 恰干布拉克組火山巖地球化學特征

在球粒隕石標準化稀土元素(REE)配分曲線圖上(圖2)，恰干布拉克組(O1-2q)組火山巖具有輕稀土元素富集而重稀土相對虧損的右傾型特征，輕重稀土含量依次降低，該組火山巖具有較高的稀土元素總量(∑REE=95.64×10-6～112.9×10-6)，輕稀土總量(∑LREE=58.56×10-6～77.39×10-6)較高，重稀土總量(∑HREE=32.12×10-6～44.30×10-6)相對偏低，輕、重稀土元素含量比值 ∑LREE/∑HREE=1.55～2.41，(La/Yb)N介于2.87～5.46之間，表明稀土元素較明顯分異，平均值為3.74，與島弧鈣堿性火山巖的(La/Yb)N值相似。巖石未發生明顯的重稀土分餾((Gd/Yb)N=1.34～1.70)，樣品均顯示出略微的Eu負異常(δEu=0.93～1.01)，表明原始巖漿演化過程中可能經歷了斜長石的分離結晶作用，輕稀土的富集與重稀土的虧損亦反映了中基性火山巖分離結晶較好。

在微量元素中樣品大部分表現出強烈虧損Nb(0.49×10-6～7.71×10-6)、Ta(0.025×10-6～0.27×10-6)、Hf(0.33×10-6～3.48×10-6)等高場強元素(HFSE)和相對富集Ba(107.3×10-6～796.3×10-6)、Rb(2×10-6～34.74×10-6)、K等大離子親石元素(LILE)的地球化學性質，具有典型島弧火山巖的地球化學特征。樣品中Nb/Ta比值均集中在(14.65～20.68)，Zr/Hf比值(32～49.31)均不同于原始地慢值(Nb/Ta=17，Zr/Hf=36)，而Nb的平均含量為2.70×10-6，Ta平均含量為0.155×10-6，接近N-MORB(Nb=2.33×10-6和Ta=0.132×10-6)，高場強元素(HFSE)顯示出一定富集地幔的特征。

4 O1-2q火山巖構造環境

恰干布拉克組火山巖明顯富集LILE和虧損HFSE，與洋殼俯沖導致地幔楔形區發生部分熔融形成的島弧玄武巖特征一致。K、Rb、Ba、Th的顯著富集是在俯沖條件下，地幔巖石在富水環境中發生部分熔融時，它們作為不相容元素首先進入長英質熔體相的結果。而Nb、Ta、Hf、Ti、Y的虧損則與此相反，表明它們在地幔巖石發生部分熔融時，作為相容元素殘留在了地幔源區。

火山巖樣品中La/Nb值(1.88～2.86)均大于1.4，表現出火山島弧火山巖的特征。同時TiO2含量(1.10%～1.20%)較低，平均為1.19%，在Nb×2-Zr/4-Y及Hf/3-Th-Ta圖(見圖3)中大部落入火山弧火山巖區，一個樣品落入E-MORB和板內拉斑玄武巖。利用2*Nb-Zr/4-Y圖解(見圖4)進一步區分大洋島弧及陸緣弧，除1個樣品外，其余全部樣品落入大洋島弧區域。綜合以上信息，中下奧陶統恰干布拉克組火山巖具有島弧親緣性。

圖3 Hf/3-Th-Ta圖解(據Wood，1980)

A N-MORB；B E-MORB和板內拉斑玄武巖；C 板內堿性玄武巖；D 火山弧玄武巖；A1 板內堿性玄武巖；A2 板內堿性玄武巖、板內拉斑玄武巖

圖42*Nb-Zr/4-Y圖解(據Meschede，1986)

5 結 論

一般認為，火山弧巖漿主要由受洋殼及其沉積物在俯沖過程中形成的流體或熔體交代過的上覆地幔楔發生部分熔融形成。Th豐度較低(1.05×10-6～1.45×10-6)，Ce/Th(18.75～23.86)和Ba/Th(71.11～200.35)比值總體高于消減沉積物的熔體(Ce/Th≈8，Ba/Th≈111)，且無明顯鈰異常，表明巖漿源區基本沒有消減沉積物的加入，其影響可以忽略。

應當注意的是，大陸的橫向增生主要通過板塊匯聚邊緣的巖漿活動和島弧碰撞來進行，使得火山弧巖漿和大陸地殼物質具有相似的地球化學特征，因此經歷陸殼混染的板內巖漿也會具有與火山弧巖漿類似的特征。但該組火山巖Th/La比值(0.09～0.12)較低，平均為0.11，接近原始地幔和球粒隕石值(Th/La≈0.12)，與陸殼(Th/La≈0.3)的特征明顯不同，表明火山巖源區未受到古老大陸地殼物質的混染，不是陸殼混染的板內巖漿產物，而是典型的島弧火山巖。陸殼混染多造成不相容元素(ICE)Gd、Tb、Dy、Ho、Yb、Lu豐度的升高，推斷恰干布拉克組火山巖Nb、Ta相對虧損和Zr、Hf輕微富集與陸殼混染作用無關，而是由加入了消減組分所致。因此恰干布拉克組火山巖所具有的弧火山巖特征是由俯沖帶流體交代巖石圈地幔參與了巖漿的形成過程所致，該區火山巖形成于與弧有關的環境。

[1] 龍靈利，王京彬，王玉往，等. 新疆東天山卡拉塔格礦集區賦礦火山巖地層形成時代探討[J]. 地質學報, 2015(b10): 168-169.

[2] 李亞萍，李嵩齡，李文鉛. 東準噶爾原塔黑爾巴斯套組下部中基性火山巖建造歸屬[J]. 新疆地質, 1999, 17(4): 393-398.

[3] 付超，李俊建，唐文龍，等. 中蒙邊界中西段地層劃分與對比[J]. 地質通報, 2016, 35(4): 503-518.

GeochemicalCharacteristicsandTectonicSettingofVolcanicRocksfromBraqueFormationinSouthLakeAreaofXinjiang

LIU Haisheng, TIAN Ke, CHEN Hongqi, LIU Yanwei

(TheSecondInstituteofGeologyandMineralResources,GansuBureauofGeologyandMineralresources,Lanzhou,Gansu730000,China)

Lower Ordovician volcano rock group Braque in dry Dananhu-schallsee area is widely distributed, as is an important ore bearing strata with copper gold polymetallic deposited in East Tianshan area. Through an analysis of lower middle Ordovician in dry petrology, we have known Braque group of rock geochemistry in tectonic environment, as is of very important reference significance for future work.

Braque formation; Volcanic rocks; Geochemical characteristics; Tectonic setting

2017-08-18

劉海生(1988-)，山東梁山人，研究方向：礦物學、巖石學、礦床學，手機：15117034956，E-mail：429726769@qq.com.

P588

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.007