中二疊世卡拉崗組火山巖特征及構(gòu)造環(huán)境分析

李明 鄧如軍 王博

摘要：中二疊世卡拉崗組火山旋回主要分布于新疆富蘊縣加撥薩爾一帶，總體呈北西、南東方向分布，該組巖性為一套陸相酸性熔巖夾中性熔巖、火山碎屑巖建造，結(jié)合該組火山巖巖相特征及巖石學(xué)特性分析，其從下向上為酸性夾中-基性火山熔巖，火山巖巖相為溢流相，整體火山活動較強(qiáng)。對該組火山巖化學(xué)特征分析可以確定其為鈣堿性系列鉀質(zhì)類型巖石。火山巖形成時代為中二疊世，結(jié)合島弧及大陸裂谷環(huán)境火山巖的特征分析，該中二疊世火山巖大地構(gòu)造環(huán)境為島弧造山與大陸裂谷環(huán)境過渡段。

關(guān)鍵詞：中二疊世卡拉崗組；火山巖；巖體特征；構(gòu)造環(huán)境

1.火山巖巖相特征

該組整體劃作1個噴發(fā)次，為大面積溢流相中性、中酸性、酸性火山巖產(chǎn)出，該組火山活動較強(qiáng)，并發(fā)育古火山機(jī)構(gòu)（見圖1）。該組為溢流相火山巖，為大面積溢流相產(chǎn)出，巖石組合為流紋巖、霏細(xì)巖-杏仁狀安山巖、杏仁狀玄武安山巖。從下向上，為酸性夾中-基性火山熔巖，噴發(fā)次厚度較大，熔巖含量較多，噴發(fā)指數(shù)為89.13%。總體反映火山活動較強(qiáng)。

（1）古火山機(jī)構(gòu)：地形地貌特征為孤立的兩座相連的近圓形山包，與周圍地形呈突變關(guān)系，相對高差約40m～60m，直徑約150m～250m，面積約0.03km2，近圓狀。火山口中心為一不規(guī)則環(huán)形凹地，周圍為火山熔巖，以氣孔杏仁狀玄武安山巖及流紋巖為主。

（2）地質(zhì)特征：裂隙式噴發(fā)熔巖不整合于下伏杏仁狀玄武巖之上，產(chǎn)狀水平或隨地形起伏緩傾，出露厚度>50m，巖性從外到內(nèi)依次為流紋巖、流紋斑巖、弱高嶺土化球泡流紋巖、流紋質(zhì)火山角礫巖及黑耀巖，巖石接觸界線不明顯，為漸變過渡關(guān)系，弱高嶺土化球泡流紋巖發(fā)育于中心地段兩座山包相連的鞍部，且發(fā)育黑耀巖、浮巖，面積約幾十平方米，球泡構(gòu)造極為發(fā)育，散亂分布，為互相獨立的圓球狀，直徑在4cm～28cm，相互間充填物為高嶺土，球形流紋巖內(nèi)部可見玉髓、瑪瑙等。以北于杏仁狀玄武安山巖接觸帶附近發(fā)育綠泥石化較強(qiáng)，杏仁體中大多可見綠泥石化蝕變，與流紋巖接觸界線清晰。

綜上所述，該段火山巖具以下特征：①火山巖巖相以溢流相為主，爆發(fā)相、沉積相較弱；②火山噴發(fā)次為溢流相，火山熔巖厚度遠(yuǎn)大于火山碎屑巖及火山碎屑沉積巖厚度，火山噴發(fā)指數(shù)大，顯示火山活動以溢流為主；③火山活動從下向上，噴發(fā)持續(xù)時間較長，持續(xù)性較強(qiáng)，規(guī)模較大，總體反映出火山活動較強(qiáng)特征。

2.火山巖巖石學(xué)特征

組成中二疊統(tǒng)卡拉崗組火山巖巖石類型主要為酸性、中基性火山熔巖，巖石組合有流紋巖、霏細(xì)巖、杏仁狀安山巖、杏仁狀玄武安山巖等。各主要巖石類型特征描述如下：

流紋巖（PM11-b-44）：風(fēng)化面為褐灰色，新鮮面為淺褐灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，流紋構(gòu)造，斑晶為石英及少量斜長石，石英呈粒狀，含量10%～30%，粒度為1mm～3mm，斜長石呈短柱狀，粒度為2mm～4mm，含量為5%，基質(zhì)為隱晶質(zhì)的長英質(zhì)成分。巖石中暗色礦物含量較少，均蝕變?yōu)榫G泥石及絹云母。

霏細(xì)巖（PM11-b-42）：霏細(xì)結(jié)構(gòu)，含少量斑晶，塊狀構(gòu)造，斑晶斜長石，蝕圓狀，d=0.15mm×0.7mm×1.1mm，少量分布，不足1%，石英斑晶d=0.15mm×0.5mm×0.75mm，含量1%，基質(zhì)有粒度細(xì)小的霏細(xì)狀長英質(zhì)礦物所構(gòu)成，d= 0.003mm×0.02mm，常常難以分辨顆粒界線，其中嵌布細(xì)小大的長石顆粒。少數(shù)赤褐鐵礦，綠泥石等分布其中。

杏仁狀安山巖（PM11-b-11）：玻晶交織結(jié)構(gòu)，含少量斑晶，杏仁狀構(gòu)造，玻斑晶斜長石板條狀，d=0.07mm×0.02mm～ 0.55mm×0.9mm，約占1%～5%，暗色礦物斑晶d=0.2mm～0.8mm，被綠泥石、方解石替代，少量基質(zhì)中斜長石微晶呈細(xì)針狀，d=0.002mm×0.01mm～0.005mm×0.05mm，少量達(dá)0.015mm×0.15mm，它們雜亂分布。微晶見為鐵染的玻璃所分布約占三分之一。褐鐵礦少量分布，杏仁體呈不規(guī)則狀粒度較小d=0.05mm×0.2mm，其中充填石英方解石，占面積15%～20%。

杏仁狀玄武安山巖（PM12-b-38）：斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)間隱結(jié)構(gòu)，杏仁狀構(gòu)造，斑晶斜長石板條狀，d=0.15mm×0.5mm～ 0.6mm×1.1mm，常呈聚斑狀，含量約5%，暗色礦物斑晶d= 0.1mm×0.5mm～0.3mm×0.55mm，全被綠泥石所替代，含量1%～5%。基質(zhì)中斜長石微晶d=0.01mm×0.03mm～0.05mm×0.5mm，它們雜亂分布，含量40%～45%。石英呈它形粒狀分布斜長石之間，含量1%～5%。綠泥石、方解石、赤磁鐵礦，分布斜長石之間，部分顯示暗色礦物的形態(tài)。赤磁鐵礦占5%，杏仁體呈圓狀、不規(guī)則狀，d=0.1mm×1.5mm，其中充填方解石，少數(shù)石英，含量5%～10%。蝕變礦物綠泥石10%～15%，方解石20%～25%。

3.火山巖副礦物特征

中二疊世卡拉崗組流紋巖副礦物組合為褐鐵礦、鈦鐵礦、錳礦物型，以褐鐵礦物為絕大多數(shù)，石榴石、角閃石、黃鐵礦相對較為富集，褐簾石、電氣石、鋯石，獨居石、方鉛礦、金紅石、白鈦石、白鈦礦、綠簾石含量微。鋯石呈淺粉色，顏色單一。晶體呈半自形-自形短柱狀為主，近等軸粒狀少量，極少長柱狀。表面鐵染使透明度降低，顯弱金剛光澤，少數(shù)裂紋，晶內(nèi)紅色固相包體發(fā)育，個別內(nèi)部可見黑色固相包體，少數(shù)表面可見熔蝕凹坑，少數(shù)表面附有膠結(jié)物，晶粒細(xì)小，大小：0.03mm～ 0.08mm；延長系數(shù)：1.1～1.8為主，1.8～2.5次之，個別達(dá)3.0。

4.火山巖巖石化學(xué)及巖石地球化學(xué)特征

4.1火山巖巖石化學(xué)特征

對中二疊世火山巖巖石進(jìn)行了化學(xué)分析，并對火山巖樣品進(jìn)行了鐵校正，然后重新計算各氧化物含量且列于同一表中（表1）。

（1）火山巖巖石化學(xué)分類及其特征

中二疊世火山巖從其巖石化學(xué)成份與黎彤巖石化學(xué)平均值相比較來看，基性火山巖Al2O3、Na2O、K2O、MgO、相對較高，TiO2、MnO、P2O5、Na2O相對較低，其他成分相當(dāng)，巖石化學(xué)分類為玄武巖、安山巖；酸性火山巖Fe2O3、Na2O相對較高，其他成分相當(dāng)，巖石化學(xué)分類為流紋巖、英安巖。

中二疊世火山巖根據(jù)國際地科聯(lián)巖漿分類分委會推薦使用的TAS火山巖分類圖解（圖2）進(jìn)行判別，投影點多數(shù)落入安山巖及流紋巖區(qū)，與巖礦鑒定名稱基本一致。經(jīng)李氏火山巖分類圖解（圖3）進(jìn)行投點，投影點也均落入安山巖、流紋巖巖區(qū)，與前述巖石名稱較吻合。

（2）火山巖系列的確定

根據(jù)硅-堿圖（圖4），中二疊世火山巖投影點多數(shù)落入亞堿性系列區(qū)；根據(jù)波爾德萬特提出的Ol′-Ne′-Q′，投影點也落入亞堿性系列區(qū)；結(jié)合用CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物劃分火山巖系列，根據(jù)A=Ab-2enhy-1.5fshy值法，標(biāo)準(zhǔn)是A′>0，為鈣堿性系列，經(jīng)計算，早泥盆世火山巖A′= 38.88 > 0，其結(jié)果與以上投影圖一致：為鈣堿性系列火山巖。

為進(jìn)一步確定是拉斑玄武巖系還是鈣堿性系列，根據(jù)FA-M圖（圖5）進(jìn)行投影，投影點多數(shù)落入鈣堿性系列區(qū)，有3個樣落入拉斑玄武巖區(qū)。因此，可以認(rèn)為晚泥盆世火山巖屬亞堿性巖系、鈣堿性系列。

火山巖根據(jù)鉀與鈉相對大小，可分為鉀質(zhì)系列與鈉質(zhì)系列。在前面已確定了火山巖系列的基礎(chǔ)上，以亞堿性巖Ab′-An-Or三角圖解投影發(fā)現(xiàn)，少部分投影點落入“普通”火山巖區(qū)，其余多數(shù)落入鉀質(zhì)系列區(qū)。根據(jù)以上圖解投影判讀和地層劃分等因素，可以確定中二疊統(tǒng)卡拉崗組火山巖為鈣堿性系列鉀質(zhì)類型巖石。

4.2火山巖微量元素特征

通過對中二疊世火山巖微量元素、微量元素標(biāo)準(zhǔn)化值及特征值分析可知：（1）強(qiáng)不相容元素Ba、Rb、Th、等相對富集，K、P相對虧損，中等不相容元素La、Sm、Zr、相對富集，Ce、Y、Yb相對虧損，弱不相容元素Ti具較明顯虧損特征。從而表明中二疊世火山巖具較明顯的同化混染作用，大體反映出地殼（近地幔）巖石類型。（2）微量元素比值蛛網(wǎng)圖形態(tài)變化表現(xiàn)出規(guī)律相似、總體協(xié)調(diào)的特點，表明是同源巖漿演化的產(chǎn)物。隨著元素不相容程度的增加，元素含量也不斷增加，元素Rb、Ba、Th、La、Sm富集和Ti虧損較明顯，上述特征與J.A.Pearce（1982）所作的島弧過度型玄武巖火山巖標(biāo)準(zhǔn)化曲線圖相似。

4.3稀土元素特征

對中二疊世火山巖稀土元素豐度值、稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化值及中二疊世火山巖稀土元素分配曲線分析，該火山巖各巖類稀土總量平均值為200.98～460.49，輕重稀土比值為4.62～7.75，平均為6.52，CeN/YbN比值平均為4.48，表現(xiàn)出明顯的輕稀土富集型特征。La/Yb比值大于1來看，表明輕稀土較為富集。由輕重稀土比值可判別中二疊世火山巖為島弧火山巖。

從稀土元素配分曲線圖中可以反映出（圖6）：配分曲線均明顯向右傾斜，鋸齒狀表現(xiàn)明顯，輕、重稀土的富集與否及程度主要與巖石成因有關(guān)，輕稀土元素堿性較強(qiáng)，易在分異作用的晚期富集，局部熔融時輕稀土元素則優(yōu)先進(jìn)入熔體中。

δEu值為0.99～1.12，δEu值稍大于或小于1，分配曲線在銪處略呈“∧”形峰狀和平坦?fàn)睿B具正異常。從稀土元素的分餾程度來看，中二疊世火山巖屬輕稀土分餾明顯、重稀土分餾不明顯的稀土型類型。

5.火山巖時代及大地構(gòu)造環(huán)境分析

5.1火山巖時代確定

對該樣品中24粒鋯石的24個分析點進(jìn)行LA-ICP-MS U-Pb同位素定年分析，除17、23、09、11、24諧和度較差予以剔除外，其余均為諧和年齡，且206Pb/238U表觀年齡變化范圍小。它們的206Pb/238U表觀年齡介于279Ma～280Ma之間，全部落在諧和線上，獲得206Pb/238U表面年齡加權(quán)平均值為280.4±0.62Ma（MSWD=16），這一年齡代表了該火山巖巖漿的結(jié)晶年齡，即該火山巖的形成時代為中二疊世。

5.2大地構(gòu)造環(huán)境分析

中二疊世火山巖里特曼指數(shù)（δ）為1.94～2.76，為鈣堿性巖系（太平洋型）。根據(jù)里特曼、戈蒂尼指數(shù)對數(shù)值圖解進(jìn)行投點，投影點均落入B區(qū)造山帶火山巖，結(jié)合大洋和大陸火山巖判別圖解進(jìn)行投影，投影點投在島弧玄武巖、安山巖區(qū)及大陸裂谷玄武巖、安山巖區(qū)線附近。

從區(qū)域上看中二疊世火山巖所處的中二疊統(tǒng)卡拉崗組位于天山興蒙造山系（Ⅰ級）東北部，以薩爾布拉克斷裂為界，北東劃屬查爾斯克-喬夏哈拉縫合帶（Ⅱ級），南西主體劃屬準(zhǔn)噶爾弧盆系（Ⅱ級）、北準(zhǔn)噶爾晚古生代溝弧帶（Ⅲ級）、薩吾爾-二臺晚古生代島弧帶（Ⅳ級），為一套酸性火山巖夾中基性火山熔巖、火山碎屑巖的結(jié)構(gòu)類型，火山活動較強(qiáng)烈。

6.結(jié)語

通過本次基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作查明，該組巖性為一套陸相酸性熔巖夾中性熔巖、火山碎屑巖建造，區(qū)域上卡拉崗組主要分布于西準(zhǔn)噶爾烏倫古河一帶，奧什克山以東中蒙邊境也有零星出露，該套地層厚度變薄，火山碎屑巖增多，巖相具一定的變化，反應(yīng)自西向東火山活動由弱變強(qiáng)，但是活動持續(xù)時間由長變短。本組火山巖巖性特征為色調(diào)雜、熔巖發(fā)育，原始噴發(fā)狀態(tài)保留完好，含植物化石，含珍珠巖等礦產(chǎn)，與新疆北部東西準(zhǔn)噶爾廣泛分布的卡拉崗組火山巖特征完全一致，屬陸相火山巖。根據(jù)火山巖巖石化學(xué)及巖石地球化學(xué)特征分析，可以確定中二疊統(tǒng)卡拉崗組火山巖為鈣堿性系列鉀質(zhì)類型巖石，并結(jié)合島弧及大陸裂谷環(huán)境火山巖的特征，判別該中二疊世火山巖大地構(gòu)造環(huán)境為島弧造山與大陸裂谷環(huán)境過渡段。

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