新疆庫(kù)魯克塔格地區(qū)新元古代南華紀(jì)—震旦紀(jì)火山巖地球化學(xué)特征研究意義

宮永吉，寇曉威

1.黑龍江陸玖礦業(yè)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161100;2.吉林省第三地質(zhì)調(diào)查所，吉林 四平 136000

0 引言

本次新厘定的元古界庫(kù)魯克塔格群八個(gè)組的含義及界線層型與《新疆巖石地層》[1]、高振家[2]等1984年《新疆前寒武紀(jì)地質(zhì)》中的八個(gè)組吻合。本文按照第三屆全國(guó)地層會(huì)議(2005年5月，北京，討論通過(guò)的《中國(guó)地層指南及中國(guó)地層指南說(shuō)明書(shū)》修訂版)的地層劃分方案，將庫(kù)魯克塔格群劃分為早南華世貝義西組、照壁山組；晚南華世阿勒通溝組、特瑞愛(ài)肯組；早震旦世扎摩克提組、育肯溝組、水泉組；晚震旦世漢格爾喬克組。根據(jù)火山活動(dòng)規(guī)律庫(kù)魯克塔格群劃分為貝義西、阿勒通溝、扎摩克提、水泉四個(gè)噴發(fā)期[3]，按照四個(gè)火山巖噴發(fā)期的地球化學(xué)特征，確定新元古代沉積環(huán)境。

1 貝義西噴發(fā)期火山巖地球化學(xué)特征

庫(kù)魯克塔格群貝義西噴發(fā)期，在西水泉地區(qū)相對(duì)發(fā)育，出露厚度大于400 m，在興地北剖面中火山熔巖及火山碎屑巖厚度共185.49 m，其中火山熔巖厚68.89 m。西山口地區(qū)出露厚度較薄。依據(jù)貝義西噴發(fā)期火山巖巖石化學(xué)樣品、微量元素樣品、稀土樣品分析數(shù)據(jù)，對(duì)貝義西組火山巖地球化學(xué)特征討論如下:

1.1 巖石化學(xué)特征

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)項(xiàng)目組與第三地質(zhì)大隊(duì)興地北(1)寇曉威，等.新疆尉犁縣興地北一帶1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告[R].烏魯木齊：新疆地礦局，2006.、西水泉區(qū)調(diào)項(xiàng)目(2)包亞范，等.新疆尉犁縣西水泉一帶1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告[R].烏魯木齊：新疆地礦局，2005.組在西山口、興地北、西水泉地區(qū)的貝義西組中采集地球化學(xué)樣品10組，將巖石化學(xué)成分列入表1。

表1 南華紀(jì)貝義西組火山巖巖石化學(xué)成分一覽表Table 1 Petrochemistry composition of volcanic rocks in the Beiyixi Formation of Nanhua %

通過(guò)巖石化學(xué)分析數(shù)據(jù)的整理和研究得出貝義西組火山巖其構(gòu)造環(huán)境具雙重性:其一與同板內(nèi)裂谷帶火山巖特點(diǎn)相似；其二與消減作用(或活動(dòng)陸緣)的火山作用有關(guān)。

由SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以看出其分布范圍分別集中于兩個(gè)區(qū)間(44～55)%、(63～73)%；SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(55～63)%之間為空白區(qū)(圖1)，具較明顯的板內(nèi)裂谷雙峰式分布特征。

圖1 貝義西組火山巖SiO2與TiO2、FeO變異圖Fig.1 Variation of SiO2, TiO2 and FeO in volcanic rocks of Beiyixi Formation

TiO2及FeO*的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別在基性安山巖區(qū)和酸性巖區(qū)，隨SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而呈增高趨勢(shì)(圖2)，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)(53～54)%的區(qū)間出現(xiàn)最高值，之后則隨SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增高而總體下降，屬裂谷帶拉斑玄武巖及基性安山巖的特點(diǎn)，造山帶的安山巖FeO、TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)同SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為穩(wěn)定負(fù)相關(guān)。巖石化學(xué)定名得出其巖石類型為玄武巖、碧玄巖、玄武粗面安山巖、玄武安山巖及英安巖，缺少安山巖，具雙峰式火山巖特征。

圖2 貝義西組火山巖SiO2-K2O分布直方圖Fig.2 Distribution histogram of SiO2-K2O in volcanic rocks of Beiyixi Formation

部分巖石的化學(xué)成分顯示為堿性系列。Na2O>K2O、FeO*>CaO表現(xiàn)為明顯的裂谷帶火山巖特點(diǎn)(Condie，1976)。TiO2<1.3%的樣品占多數(shù)為裂谷帶特征。

按σ值對(duì)比屬太平洋型(鈣堿性巖)的中—強(qiáng)巖系。

按Alk-SiO2(wB%)圖和F-A-M圖(Irvine等，1971)進(jìn)行系列劃分有3個(gè)樣品屬堿性系列，7個(gè)樣品為亞堿性系列，亞堿性系列巖石有6個(gè)屬鈣堿性系列，只有一個(gè)屬拉斑玄武巖系列。

K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)同SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)正相關(guān)，并且見(jiàn)到斜率不同的幾條SiO2-K2O相關(guān)線，在SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)連續(xù)增高的區(qū)間K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)愈高則曲線的斜率愈大，為造山帶安山質(zhì)巖石的特點(diǎn)，不同的曲線斜率和不連續(xù)的相關(guān)線表示巖漿源區(qū)的不同，具消減帶(活動(dòng)陸緣)的特征。

據(jù)上述可以證明貝義西組火山巖的化學(xué)成分兼具消減帶和裂谷帶特征。

1.2 微量元素特征

微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(表2)和不同環(huán)境的玄武巖和安山巖的平均元素含量(王荃，1986)對(duì)比其親鐵元素Ni、Cr、Co值介于大陸裂谷拉斑玄武巖和島弧安山巖之間；大離子親石元素Rb、Cs、Sr、Ba、Th、Zr同高鉀安山巖相當(dāng)。

表2 南華紀(jì)貝義西組火山巖微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)表Table 2 Mass fraction of trace elements in volcanic rocks of Beiyixi Formation of Nanhua ×10-6

微量元素特征值(異常值)RbN/YbN>1、K>1、Nb<1、P*<1、Zr*<1、Ti<1可以說(shuō)明巖石與消減作用有關(guān)，火山巖具同化混染，屬地殼巖石，巖漿源于虧損地幔或交代地幔且熔融程度低，強(qiáng)分異的殘余融體；僅Sr<1顯示與消減作用無(wú)關(guān)。

微量元素比值蛛網(wǎng)圖(按湯氏圖排列)顯示了Nb、Sr、P、Ti的虧損，巖漿為來(lái)自地幔楔形區(qū)的玄武質(zhì)巖漿。比值蛛網(wǎng)圖同新西蘭火山弧英安巖和流紋巖的微量元素比值蛛網(wǎng)圖(Sivell，1988)相似(圖3)，巖石的成因同陸緣活動(dòng)相關(guān)。

圖3 貝義西組火山巖微量元素比值蛛網(wǎng)圖Fig.3 Spider diagram of trace element ratio of volcanic rocks in the Beiyixi Formation

2 南華紀(jì)、震旦紀(jì)火山巖總體地球化學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)貝義西、阿勒通溝、扎摩克、水泉噴發(fā)期的代表性巖石分別進(jìn)行了巖石化學(xué)(表3)和稀土(表4)分析。

表3 南華紀(jì)、震旦紀(jì)火山巖巖石化學(xué)成分一覽表Table 3 Petrochemical composition of volcanic rocks of Nanhua and Sinian ×10-2

表4 南華紀(jì)、震旦紀(jì)火山巖稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)表Table 4 REE mass fraction of volcanic rocks in Nanhua and Sinian ×10-6

在TiO2—Zr判別圖上(Pearce，1973)，有貝義西噴發(fā)期5個(gè)點(diǎn)、阿勒通溝噴發(fā)期和水泉噴發(fā)期3個(gè)點(diǎn)投在板內(nèi)玄武巖區(qū)，而貝義西噴發(fā)期2個(gè)點(diǎn)、扎摩克提噴發(fā)期3個(gè)點(diǎn)落入火山弧玄武巖區(qū)(圖4)，投影點(diǎn)均集中在二者的接觸界線附近。

圖4 不同構(gòu)造環(huán)境玄武巖的TiO2-Zr判別圖(據(jù)pearce,1973)Fig.4 TiO2-Zr discrimination diagram of basalts in different tectonic settings

四個(gè)火山巖噴發(fā)期的稀土曲線分配型式(圖5)同Cullers(1984)的曲線模式對(duì)比相當(dāng)于中鉀安山巖和高鉀安山巖，相對(duì)于Cullers的島弧安山巖和大陸邊緣安山巖則同前者相似，對(duì)比于Taylor(1976)的曲線模式同下地殼的稀土曲線分配型式相近。各個(gè)噴發(fā)期總體曲線模式相同。而稀土元素La、Ce、Sm、Eu、Gd、Tb、Yb則同大陸裂谷拉斑玄武巖和大陸裂谷堿性玄武巖相似。

圖5 南華紀(jì)震旦紀(jì)火山巖稀土分配型式(據(jù)Henderson,1984)Fig.5 REE distribution pattern of Nanhua-Sinian volcanic rocks

3 結(jié)論

塔里木板塊庫(kù)魯克塔格群貝義西噴發(fā)期底部火山巖SHRIMP206Pb/238U的年齡[4]測(cè)定為(755±15)Ma，這個(gè)年齡揭示板內(nèi)裂解初始時(shí)間，暗示了南華紀(jì)沉積作用的底界年齡。

從(圖4)不同構(gòu)造環(huán)境玄武巖的TiO-Zr判別圖和(圖5)南華紀(jì)震旦紀(jì)火山巖稀土分配型式可以看出屬于大陸裂谷拉斑玄武巖和大陸裂谷堿性玄武巖環(huán)境。總體由含SiO2在(55～65)%之間的雙峰態(tài)玄武巖和英安巖-流紋巖組成。從(圖2)貝義西組火山巖SiO2- K2O分布直方圖貝義西組火山巖的化學(xué)成分兼具消減帶和裂谷帶特征。

貝義西噴發(fā)期表明陸殼已經(jīng)裂解，開(kāi)始進(jìn)入大洋灣環(huán)境，說(shuō)明熱拱曲已結(jié)束而出現(xiàn)明顯熱衰減，大洋盆地已初具規(guī)模，并發(fā)育有照壁山組、阿勒通溝組、特瑞愛(ài)肯組、扎摩克提組、育肯溝組、水泉組、漢格爾喬克組潮上—淺海碎屑巖—濁積巖—冰磧巖沉積。

南華紀(jì)早期塔里木微板塊處于伸展環(huán)境，由活動(dòng)逐漸向穩(wěn)定轉(zhuǎn)化，裂谷初期形成的近東西向張裂帶，形成了貝義西組的火山巖建造。裂谷大范圍擴(kuò)張，裂谷為陸相—濱海—淺海—半深海過(guò)渡環(huán)境，并延續(xù)至震旦紀(jì)末，漢格爾喬克組頂部鈣質(zhì)砂巖與白云巖之間出現(xiàn)白色流紋質(zhì)凝灰?guī)r代表震旦紀(jì)末期火山活動(dòng)結(jié)束，裂谷初次閉合，局部隆起剝蝕。