新疆吉木乃縣都拉特火山巖地球化學(xué)特征及其構(gòu)造環(huán)境分析

劉興彪 周泳 江俊

(新疆有色地質(zhì)勘查局七0六隊(duì) 阿勒泰 836500)

1 區(qū)域地質(zhì)背景

新疆吉木乃縣都拉特區(qū)劃屬北疆-興安地層大區(qū)（I），北疆地層區(qū)（Ⅰ1），北準(zhǔn)噶爾地層分區(qū)（Ⅰ12），薩吾爾山地層小區(qū)（Ⅰ12-2），大地構(gòu)造位置位于哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊（Ⅱ）準(zhǔn)噶爾微板塊（Ⅱ1）薩吾爾-二臺晚古生代島弧帶（Ⅱ11）。

都拉特的火山活動為晚泥盆世-早石炭世，是組成區(qū)內(nèi)上泥盆-下石炭統(tǒng)塔爾巴哈臺組（D3C1t）地層的主要巖石類型，在下石炭統(tǒng)黑山頭組（C1h）中也有小面積出露，火山巖出露總面積約13.42平方千米。區(qū)內(nèi)火山巖不發(fā)育，出露規(guī)模較小，主要呈不規(guī)則似層狀分布，以中基性噴發(fā)的玄武安山巖和安山巖為主，局部出露有條帶狀玄武巖。巖性較單一，對測區(qū)不同巖石地層單位中火山巖的巖石學(xué)、巖石化學(xué)和地球化學(xué)特征及大地構(gòu)造環(huán)境等進(jìn)行初步的探討。

2 巖石學(xué)特征

都拉特火山巖不發(fā)育，呈似層狀產(chǎn)出于陸相碎屑巖地層中，橫向上延伸不穩(wěn)定，主要分布在塔爾巴哈臺組第一巖性段，第二巖性段有少量火山巖、火山碎屑巖產(chǎn)出，面積13.12平方千米。主要巖石類型為蝕變玄武安山巖和安山質(zhì)火山碎屑巖，敘述如下：

弱蝕變玄武安山巖：巖石呈灰-深灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為交織結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物為：巖石主要由斑晶、基質(zhì)組成。斑晶：約20%～25%，主要為輝石，呈柱狀，大小不一，粒徑約0.1～2.4mm，少數(shù)被綠泥石、綠簾石、方解石等交代，分布不均勻。基質(zhì)：約75%～80%，主要為斜長石，呈細(xì)板條狀，粒徑多小于0.2 mm×0.05mm，定向排列，少數(shù)斜長石被綠泥石等交代。斜長石之間，不均勻分布有綠泥石、細(xì)小的輝石微晶、磁鐵礦、磷灰石等。磁鐵礦約5%～10%，粒狀，粒度大小不一，約0.01～1mm，分布不均勻。蝕變礦物：綠泥石約5%～10%，綠簾石約5%（圖1）。

圖1 蝕變玄武安山巖野外巖石特征及電子顯微照相

火山碎屑巖：主要產(chǎn)于塔爾巴哈臺組第三、第四段，以安山質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r為例描述；巖石呈灰綠色，塊狀構(gòu)造，主要由玻屑、晶屑、巖屑等組成。玻屑：約55%～60%，可見弓狀、棒狀、雞骨狀、條帶狀、不規(guī)則狀等形態(tài)，粒徑多小于0.5mm，重結(jié)晶之后，被隱晶質(zhì)的長英質(zhì)礦物、絹云母、黝簾石、綠泥石、方解石等交代，不同程度的被褐鐵礦浸染，分布不均勻；晶屑：約20%～25%，多呈尖角狀、棒狀、階梯狀、不規(guī)則狀等形態(tài)，粒徑約0.05～2.4mm，主要為輝石、斜長石等，輝石多被綠泥石、綠簾石等交代，斜長石多被絹云母等交代；巖屑：約15%～20%，多呈極不規(guī)則狀、條帶狀，粒徑多小于0.8mm，主要為安山巖、霏細(xì)巖巖屑等，多被絹云母、綠泥石等交代，分布不均勻。部分巖屑之間、巖屑與玻屑之間成分相近，界線不明顯。磁鐵礦：約1%～5%，粒狀，粒徑約0.05～1.3mm，部分被褐鐵礦交代，分布不均勻。

3 火山噴發(fā)韻律簡述

火山在其活動過程中往往有物質(zhì)成分、噴發(fā)方式及噴發(fā)強(qiáng)度的規(guī)律性變化。這種變化有的具周期性，有的則有方向性。一般說來，一次或多次火山噴發(fā)活動，造成成份與活動方式的周期性變化或噴發(fā)的間斷，就構(gòu)成火山噴發(fā)韻律。按照火山噴發(fā)類型、火山物質(zhì)搬運(yùn)方式和定位環(huán)境與狀態(tài)分為爆發(fā)相、噴溢相、侵出相、噴發(fā)沉積相和潛火山相，根據(jù)野外地質(zhì)剖面和地質(zhì)路線中的巖性特征、巖石組合、空間位置、變質(zhì)特征和上下接觸關(guān)系特點(diǎn)，將塔爾巴哈臺組分為3個(gè)巖性段，火山巖主要分布在第一巖性段，通過實(shí)測地質(zhì)剖面控制，整體上看來，以噴溢相為主，其次為爆發(fā)相，各個(gè)剖面控制范圍內(nèi)的噴發(fā)韻律特征如下：

火山巖近東西向呈條帶狀分布，出露厚度為835.08m，主要為噴溢相，其出露厚度為397.14m，占47%，主要的巖石類型有蝕變杏仁狀玄武安山巖、蝕變玄武等；爆發(fā)相出露厚度為273.08m，占33%，主要的巖石類型有蝕變火山角礫巖、蝕變角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r、蝕變晶屑玻屑凝灰?guī)r等；沉積相出露厚度為164.86m，占20%，主要的巖石類型有凝灰質(zhì)巖屑長石砂巖、凝灰質(zhì)砂礫巖等（表1）。

表1 塔爾巴哈臺組火山韻律劃分表

分析認(rèn)為塔爾巴哈臺組一段（D3C1t1）火山巖由3個(gè)噴發(fā)韻律組成，為爆發(fā)-噴溢-沉積相，噴發(fā)系數(shù)為47%。

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 常量元素

都拉特塔爾巴哈臺組火山巖SiO2含量為49.18%～52.90%，與中國同類火山巖平均值相對較高（安山巖48.28%）；Al2O3含量高，變化不大，為14.05%～15.81%；全堿含量低，Na2O+K2O為3.04%～7.34%，低于同類巖石的全堿含量值，其中Na2O含量2.7%～4.45%，K2O含量0.34%～2.89%，巖石中Na2O含量略大于K2O；TiO2含量較低，變化范圍小，為0.63%～0.78%；MgO含量相對本地區(qū)較高，為4.26%～4.65%。

固結(jié)指數(shù)（SI）較大，平均為23.18%，與同類型火山巖的固結(jié)指數(shù)對比（安山巖5～10）相對較高；分異指數(shù)（DI）較低，平均值46.68，說明巖漿分異程度較弱，爆發(fā)強(qiáng)度較強(qiáng)，爆發(fā)持續(xù)時(shí)間較長，爆發(fā)物較多，而噴溢相持續(xù)時(shí)間短，噴溢物不充足，造成該組火山巖厚度小，呈斷續(xù)帶狀分布，火山巖酸性程度偏低。堿度指數(shù)（AR）即堿度率，一般島弧和活動大陸邊緣火山巖堿度指數(shù)偏低，指數(shù)值的變化區(qū)間也較小。塔爾巴哈臺組火山巖堿度指數(shù)普遍偏低，變化范圍較小，平均1.26%～2.06%。

4.2 微量元素分析

微量元素蛛網(wǎng)（圖2）中可以看出相對巖石富集大離子親石元素（LILE）Rb、K，指示巖石為島弧火山巖，高場強(qiáng)元素（HFSE）Zr、Hf、Nb富集等，稀土元素（REE）La、Ce富集，弱不相容元素Sr、P、Ti元素虧損，指示為斜長石分離結(jié)晶后的殘余巖漿；強(qiáng)不相容元素（Rb、Th、K）高度富集的單峰隆起形態(tài)突出。

4.3 稀土元素分析

分析結(jié)果表明：稀土元素（∑REE）總量較低，說明巖性偏基性，LREE/HREE為2.64～8.28.，其比值較小，稀土元素（REE）分布模式為輕稀土（LREE）富集型；（La/Yb）N為1.68～8.04，樣品Eu呈負(fù)異常，δEu值為0.64～0.98，平均值為0.81，從中性到酸性，Eu負(fù)異常減弱，表明巖漿不存在明顯的斜長石的分離結(jié)晶作用，部分為斜長石分離結(jié)晶后剩下的殘余熔體。在稀土元素分布型式圖（圖3）上表現(xiàn)為向右傾斜的輕稀土明顯富集，重稀土較為虧損，表示巖漿輕重稀土元素分異程度較強(qiáng)。

5 構(gòu)造環(huán)境分析

本次調(diào)查工作，經(jīng)過薄片鑒定，其主要巖性有安山巖、玄武安山巖，其次為火山碎屑巖類，受后期動力變質(zhì)作用的影響，巖石不同程度的發(fā)生片理化，通過巖石地球化學(xué)分析方法，運(yùn)用火山巖巖石地球化學(xué)特征和構(gòu)造圖解判別方法，結(jié)合地質(zhì)特征，確定構(gòu)造環(huán)境。

不相容元素Nb、Ta、Th、Yb、Y分別具有相似的地球化學(xué)行為，它們與相容元素在一起可以有效地區(qū)分火山巖形成的構(gòu)造環(huán)境。Zr和Y是蝕變及變質(zhì)作用過程中十分穩(wěn)定的不活動痕量元素，在巖漿演化過程中保持一定的連續(xù)性，不容易受后期地質(zhì)作用的干擾。因此，利用這些元素來判斷火山巖產(chǎn)出的大地構(gòu)造背景是比較有效的方法。而Ta、Yb主要與地幔部分熔融及幔源性質(zhì)有關(guān)，Th是不相容元素，他們均不易受后期蝕變作用和變質(zhì)作用的影響，地幔富集事件對Ta和Th的影響程度相近，火山中Ta和Th的豐度與火山巖源區(qū)組成及火山巖的形成環(huán)境有十分密切的關(guān)系，因此，運(yùn)用Th、Ta和Yb之間的比值關(guān)系對于區(qū)分火山巖的源區(qū)性質(zhì)有重要的意義。運(yùn)用以上元素的特征，進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境的判別和源區(qū)的初步探討。

圖2 塔爾巴哈臺組火山巖微量元素蛛網(wǎng)圖

圖3 塔爾巴哈臺組火山巖稀土元素蛛網(wǎng)圖

圖4 塔爾巴哈臺組火山巖Zr-Zr/Y和Hf/3-Th-Ta構(gòu)造環(huán)境判別圖解

在Zr-Zr/Y圖解中（圖4-左），所有樣品落在“WPB”的周圍，表明其形成為大陸島弧環(huán)境。在Hf/3-Th-Ta圖解中（圖4-右），所有樣品基本落在“CAB”，反映島弧火山巖的基本特征，上述分析分為，塔爾巴哈臺組火山巖形成的環(huán)境為島弧環(huán)境。

IAB-島弧玄武巖；IAT-島弧拉斑系列；ICA-島弧鈣堿系列；SHO-島弧橄欖玄粗巖系列；WPB-板內(nèi)玄武巖；MORB-洋中脊玄武巖；TH-拉斑玄武巖；TR-過渡玄武巖；ALK-堿性玄武巖；

在Ta/Yb-Th/Yb圖解中，所有樣品落在“活動大陸邊緣（陸緣弧）”區(qū)內(nèi)，反映其所處的環(huán)境為活動大陸邊緣。在里特曼-戈蒂里指數(shù)圖解中所有樣品落在“活動大陸邊緣”區(qū)內(nèi)，亦反映塔爾巴哈臺組火山巖形成時(shí)的環(huán)境為活動大陸邊緣。

本地調(diào)查工作獲得塔爾巴哈臺組玄武安山巖（TW13-5-5）的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為384±12Ma（MSWD=4.5，N=21），其代表的安山巖的結(jié)晶年齡，說明塔爾巴哈臺組為上泥盆巖漿活動的產(chǎn)物。通過構(gòu)造環(huán)境的分析，認(rèn)為塔爾巴哈臺組火山巖形成與活動大陸邊緣的島弧環(huán)境，上述特征說明上泥盆統(tǒng)薩吾爾東段為俯沖的陸緣弧環(huán)境。