西昆侖庫(kù)孜一帶長(zhǎng)城紀(jì)火山巖地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

顏丙鵬

(山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021)

前人對(duì)西昆侖造山帶的構(gòu)造演化做了細(xì)致全面的研究[1-4]，任紀(jì)舜等[5]認(rèn)為西昆侖造山帶的基底是屬于塔里木板塊的一部分；郭坤一等[6-9]通過(guò)對(duì)西昆侖阿卡孜達(dá)坂一帶長(zhǎng)城紀(jì)火山巖研究，認(rèn)為西昆侖長(zhǎng)城系是古塔里木板塊在古元古代末形成的統(tǒng)一陸塊基礎(chǔ)上裂解的產(chǎn)物，然而對(duì)西昆侖庫(kù)孜一帶長(zhǎng)城紀(jì)巖石及構(gòu)造演化卻很少涉及。庫(kù)孜一帶長(zhǎng)城紀(jì)火山巖主要發(fā)育于賽圖拉巖群中，受區(qū)域性斷裂構(gòu)造影響，其分布多呈斷塊狀[注]①山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，新疆西昆侖1∶5萬(wàn)J43E014017，J43E015017，J43E016017，J43E017017四幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，2014年。。該文對(duì)庫(kù)孜一帶長(zhǎng)城紀(jì)火山巖巖石學(xué)、巖石化學(xué)特征進(jìn)行了分析，對(duì)了解西昆侖庫(kù)孜一帶長(zhǎng)城紀(jì)火山活動(dòng)及構(gòu)造活動(dòng)歷史具有一定的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西昆侖庫(kù)茲一帶大地構(gòu)造位置跨塔里木板塊、

華南板塊2個(gè)Ⅰ級(jí)構(gòu)造單元，Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元分屬昆侖微板塊、羌塘微板塊；以柯崗結(jié)合帶為界將北部昆侖微板塊劃分為西昆侖中間地塊及西昆侖北緣古生代復(fù)合弧盆帶2個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元；羌塘微板塊劃分為塔什庫(kù)爾干地塊、皮勒-康西瓦古生代陸緣盆地2個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元(圖1)[10]。

1.1 地層

區(qū)域地層發(fā)育較全，發(fā)育古元古界、長(zhǎng)城系、中元古界、下志留統(tǒng)、下石炭統(tǒng)及第四系[11]。前人對(duì)該區(qū)地層進(jìn)行了細(xì)致研究和系統(tǒng)的劃分，建立了完整的地層系統(tǒng)[注]王世炎等，1∶25萬(wàn)克克吐魯克幅(J43C003002)、塔什庫(kù)爾干塔吉克自治縣幅(J43C003003)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，河南省地質(zhì)調(diào)查院，2004年。。長(zhǎng)城紀(jì)火山巖產(chǎn)于賽圖拉巖群中，劃分為2個(gè)火山旋回。其中第一火山旋回為賽圖拉巖群第二巖組內(nèi)火山巖，位于柯崗斷裂南側(cè)，其西北部受到近SN向斷裂控制，并向SE延伸出區(qū)外，總體呈315°方向帶狀展布，其在區(qū)內(nèi)分布面積

較大；第二火山旋回為賽圖拉巖群第四巖組內(nèi)火山巖，該旋回火山巖北部總體呈315°方向帶狀展布，南部多呈不規(guī)則包體狀產(chǎn)于奧陶紀(jì)花崗巖內(nèi)，包體總體5°～30°方向展布，其在區(qū)內(nèi)分布面積較小(圖2)。

1—斷裂及編號(hào)；2—蛇綠巖位置；3—調(diào)查區(qū)位置；4—國(guó)界；5—省界。Ⅰ—塔里木地塊(華北板塊)；Ⅰ1—塔里木板塊南緣隆起；喀什-葉城新生代坳陷；塔木-卡蘭古生代凹陷；鐵克里克陸緣地塊；Ⅰ2—西昆侖弧盆系；西昆侖北緣古生代復(fù)合溝弧帶；西昆侖北緣古生代裂谷；恰爾隆前寒武紀(jì)隆起；西昆侖中間地塊及顯生宙巖漿弧帶；Ⅱ—羌塘地塊(華南板塊)；Ⅱ1—阿偉河-木孜塔格古生代陸緣活動(dòng)帶；阿其庫(kù)勒晚古生代陸緣盆地；巴顏喀喇早古生代陸緣盆地；Ⅱ—阿克賽欽-林濟(jì)堂陸緣活動(dòng)帶；阿克賽欽中間地塊；林濟(jì)堂中生代陸緣盆地圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(據(jù)新疆地礦局，新疆大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨捌涞刭|(zhì)特征，2005年修改)

1—第四系；2—新元古代柯崗巖組；3—中元古代賽圖拉巖群第四巖組；4—中元古代賽圖拉巖群第三巖組；5—中元古代賽圖拉巖群第二巖組；6—中元古代賽圖拉巖群第一巖組；7—二疊紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖；8—晚奧陶世酸性侵入巖；9—早奧陶世酸性侵入巖；10—新元古代基性侵入巖；11—新元古代中酸性侵入巖；12—中元古代超基性侵入巖；13—區(qū)域性斷裂；14—一般斷裂；15—張性斷裂及產(chǎn)狀；16—壓性斷裂及產(chǎn)狀；17—性質(zhì)不明斷裂圖2 新疆西昆侖庫(kù)孜一帶區(qū)域地質(zhì)略圖

1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂、韌性變形構(gòu)造比較發(fā)育。NW向斷裂形成時(shí)代最早，被NE向、NWW向及近SN向斷裂所截切。斷層主要形成于燕山期、喜馬拉雅期。褶皺可分為蓋層褶皺和基底褶皺。蓋層褶皺主要賦存于古生界地層中，以表、淺構(gòu)相為主，基底巖系中的褶皺多見(jiàn)于露頭尺度，為中、深構(gòu)相塑性流變?yōu)橹鞯鸟薨?。韌性變形構(gòu)造除形成基底褶皺外，前寒武紀(jì)變質(zhì)巖石及侵入巖普遍經(jīng)受了韌性變形作用改造，多為右行走滑性質(zhì)。

1.3 侵入巖

區(qū)內(nèi)侵入巖較發(fā)育，主要侵入期為晉寧期、加里東及華力西期，其中加里東期最強(qiáng)，華力西期次之，晉寧期最弱[12]。巖性從超基性至酸性均有發(fā)育。侵入巖眾多巖體長(zhǎng)軸方向基本與區(qū)域NW向構(gòu)造線(xiàn)方向一致，說(shuō)明諸巖體的形成與構(gòu)造密切相關(guān)。

2 長(zhǎng)城紀(jì)火山巖巖相、噴發(fā)旋回劃分

2.1 長(zhǎng)城紀(jì)火山巖巖相

根據(jù)長(zhǎng)城紀(jì)火山巖組合特征、產(chǎn)出形態(tài)及形成條件等，將區(qū)內(nèi)火山巖分為爆發(fā)相、噴溢相、爆發(fā)沉積相、沉積相[13]。

2.2 長(zhǎng)城紀(jì)火山巖噴發(fā)旋回

巖石為一套淺灰綠色、灰色、灰黑色的海相巖石組合，火山噴發(fā)韻律明顯，為間歇式噴發(fā)。根據(jù)火山活動(dòng)特點(diǎn)及物質(zhì)成分、噴發(fā)方式及強(qiáng)度的周期性變化，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)城紀(jì)火山巖劃分為2個(gè)火山噴發(fā)旋回。

2.2.1 第一火山旋回

第一火山旋回由7個(gè)韻律組成，從早期至晚期各韻律中火山噴溢作用所占比例小于爆發(fā)作用，晚期韻律間沉積巖厚度增大，說(shuō)明火山活動(dòng)漸弱。該旋回巖相總體表現(xiàn)為爆發(fā)—噴溢—沉積—爆發(fā)—沉積—爆發(fā)的特點(diǎn)[14]，總體該旋回爆發(fā)指數(shù)為41.70%，噴溢指數(shù)為25.71%(表1)。

2.2.2 第二火山旋回

第二火山旋回共4個(gè)韻律，從早期至晚期各韻律中火山活動(dòng)主要為爆發(fā)作用，中期韻律間沉積巖厚度較大，說(shuō)明在中期存在一火山間歇期。該旋回巖相總體表現(xiàn)為爆發(fā)—沉積—爆發(fā)—沉積—爆發(fā)的特點(diǎn)，總體該旋回爆發(fā)指數(shù)為46.67%，噴溢指數(shù)為18.15%(表2)。

3 長(zhǎng)城紀(jì)火山巖巖石學(xué)特征

賽圖拉巖群火山旋回為一套火山巖、火山碎屑巖、沉積巖建造，火山巖巖性主要為變安山質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、變安山質(zhì)含巖屑晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、變安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、變英安質(zhì)含巖屑晶屑凝灰?guī)r、變英安質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、變英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、變玄武巖、變安山巖等，2個(gè)旋回中巖性無(wú)明顯區(qū)別，主要巖石學(xué)特征描述如下：

(1)變安山質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r：巖石呈灰、灰綠色，粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)—變余凝灰結(jié)構(gòu)、片狀構(gòu)造。巖石均有不同程度的糜棱巖化、碳酸鹽化。巖石由巖屑(20%)、晶屑(30%)、火山塵(50%)組成。巖屑具黑云母化現(xiàn)象，部分蝕變?yōu)榻佋颇?、綠泥石；晶屑主要由斜長(zhǎng)石組成。礦物成分為絹云母(55%)、碳酸鹽(10%)、綠泥石(10%)、斜長(zhǎng)石(15%)。巖石的粒狀礦物和片狀礦物均勻分布，片狀礦物定向性強(qiáng)，片理發(fā)育。

(2)變英安質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r：巖石呈灰、灰綠色，粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)—變余凝灰結(jié)構(gòu)、片狀構(gòu)造。巖石由巖屑(20%)、晶屑(25%)、火山塵(55%)組成；巖屑多具黑云母化現(xiàn)象，部分蝕變?yōu)榻佋颇浮⒕G泥石；晶屑主要由石英、斜長(zhǎng)石組成；火山塵已蝕變?yōu)榻佋颇浮?/p>

(3)變玄武巖：呈柱狀粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，主要礦物成分為角閃石(60%)、綠簾石(25%)、斜長(zhǎng)石(15%)、微量榍石。角閃石為柱狀粒狀變晶，大體平行定向排列；綠簾石為粒狀變晶，斜長(zhǎng)石具絹云母和綠簾石化。角閃石大體定向排列。

(4)變安山巖：呈斑狀結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，由斑晶(20%)、基質(zhì)(80%)組成。主要礦物成分為斜長(zhǎng)石(60%)、黑云母(20%)，次要礦物為綠泥石(5%)、綠簾石(13%)、石英(2%)，微量榍石、磷灰石、磁鐵礦。斜長(zhǎng)石斑晶為粒狀和板柱狀，有聚片雙晶，實(shí)測(cè)An=35，具有片理化現(xiàn)象；基質(zhì)中斜長(zhǎng)石為粒狀，普遍被絹云母和碳酸鹽化，黑云母和綠泥石均定向排列，斑晶斜長(zhǎng)石略有定向性，個(gè)別見(jiàn)有壓力影響。

(5)變安山質(zhì)沉凝灰?guī)r：巖石呈淺灰色，粒狀鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀及變余紋層狀構(gòu)造。由沉積層與凝灰物質(zhì)相間分布形成紋層狀構(gòu)造。主要礦物成分為絹云母(60%)、斜長(zhǎng)石(15%)、石英(10%)、方解石(10%)、綠泥石(5%)，次要礦物為綠簾石、黑云母、電氣石、微量石墨。

表1 長(zhǎng)城紀(jì)賽圖拉巖群第一火山旋回噴發(fā)韻律

表2 長(zhǎng)城紀(jì)賽圖拉巖群第二火山旋回噴發(fā)韻律

4 巖石化學(xué)特征

4.1 主量元素特征

在長(zhǎng)城紀(jì)火山巖中采集化學(xué)樣品，其化學(xué)成分分析及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

(1)第一火山旋回

化學(xué)成分演化規(guī)律：區(qū)內(nèi)火山巖總體隨著SiO2含量的增高，TiO2含量降低，Al2O3，F(xiàn)e2O3+FeO含量也有所減低，巖石化學(xué)參數(shù)DI，A.R.增高，而SI降低。隨著SiO2含量的增高，巖石的分異指數(shù)明顯增高。

表3 賽圖拉巖群火山巖化學(xué)成分

注：樣品中帶*為賽圖拉巖群第二火山旋回，其他樣品為第一火山旋回；巖石化學(xué)全分析由山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)試，氧化物含量為10-2。

表4 賽圖拉巖群火山巖參數(shù) 10-2

注：樣品中帶*為賽圖拉巖群第二火山旋回；其他樣品為第一火山旋回。

堿度類(lèi)型：據(jù)表2可知，里特曼指數(shù)σ值為1.3～6.38，屬于鈣堿性—堿性。在火山巖硅—堿圖解中(圖3)[15]，4件樣品落入堿性區(qū)，2件樣品落入亞堿性區(qū)。

Pc—苦橄玄武巖；B—玄武巖；O1—玄武安山巖；O2—安山巖；O3—英安巖；R—流紋巖；S1—粗面玄武巖；S2—玄武質(zhì)粗面安山巖；S3—粗面安山巖；T—粗面巖、粗面英安巖；F—副長(zhǎng)石巖；U1—堿玄巖、碧玄巖；U2—響巖質(zhì)堿玄巖；U3—堿玄質(zhì)響巖；Ph—響巖；Ir—Irvine分界線(xiàn)，上方為堿性，下方為亞堿性圖3 賽圖拉巖群火山巖硅—堿圖解(據(jù)Le Maitre，1989)

(2)第二火山旋回

火山巖中SiO244.29%～44.58%，Al2O321.59%～21.95%，MgO 8.7%～9.0%，K2O 3.27%～4.63%，TiO21.20%～1.27%。分異指數(shù)46.05～51.82，堿度A.R.1.70～1.94。巖石里特曼指數(shù)σ值為13.45～18.61，屬于堿性。在火山巖硅—堿圖解中(圖3)[15]，2件樣品全部落入堿性區(qū)。

4.2 微量元素特征

長(zhǎng)城紀(jì)火山巖第一、第二火山旋回巖石微量元素含量見(jiàn)表5。

第一火山旋回中Rb(22.8～198)×10-6，Sr(45～255)×10-6，Zr(74～1078)×10-6，與黎彤的陸殼、洋殼、上地幔值相對(duì)比可以看出，大離子親石元素Rb大于陸殼、洋殼指數(shù)，Sr小于陸殼、洋殼指數(shù)，大部分大于上地幔指數(shù)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖4)[16]，顯示Rb，Ba，K，Zr，La，Ce富集；Sr，Ti，Y，Yb，Lu相當(dāng)。

第二火山旋回中，Rb(137.5～186.1)×10-6，Sr(118×10～148)×10-6，Zr(200～212)×10-6與黎彤的陸殼，洋殼、上地幔值相對(duì)比可以看出，大離子親石元素Rb大于分陸殼、洋殼指數(shù)，Sr小于陸殼、洋殼指數(shù)，與上地幔指數(shù)相當(dāng)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖4)，顯示Rb，Ba，K，Zr，La，Ce富集;Sr，Ti，Y，Yb，Lu相當(dāng)。第一、第二火山旋回組成相似的曲線(xiàn)簇。

表5 長(zhǎng)城紀(jì)賽圖拉巖群微量元素 10-6

注：樣品中帶*為賽圖拉巖群第二火山旋回，其他樣品為第一火山旋回。微量元素由山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)試。

表6 長(zhǎng)城紀(jì)賽圖拉巖群火山巖稀土元素含量 10-6

注：樣品中帶*為賽圖拉巖群第二火山旋回，其他樣品為第一火山旋回。稀土元素由山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心測(cè)試。

4.3 稀土元素特征

賽圖拉巖群火山旋回巖石稀土元素含量見(jiàn)表6、表7，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖見(jiàn)圖5[17]。第一火山旋回巖石稀土元素特征值如下：稀土總量(ΣREE)(61.82～359.36)×10-6，平均值為169.13×10-6，略高于黎彤陸殼指數(shù)；輕重稀土值比值LREE/HREE=3.28～20.47，平均值為9.31，顯示明顯的輕稀土富集型特征；δEu 0.43～1.19，平均值為0.76，總體為中等負(fù)銪異常；(La/Yb)N 2.46～57.29；La，Sm，Dy，Y接近陸殼指數(shù)，Gd，Tb，Ho接近洋殼指數(shù)。

第二火山旋回巖石稀土元素特征值如下：稀土總量(∑REE)(216.44～162.54)×10-6，平均值為239.49×10-6，高于黎彤陸殼指數(shù)；輕重稀土值比值LREE/HREE=7.49～8.41，平均值為7.95，顯示明顯的輕稀土富集型特征；δEu 0.53～0.59，平均值為0.56，總體為中等負(fù)銪異常；(La/Yb)N7.64～9.51，平均值為8.58；Ho接近陸殼指數(shù),其他元素多高于陸殼、洋殼指數(shù)。

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖上為向右緩傾斜的輕稀土富集型。

表7 長(zhǎng)城紀(jì)賽圖拉巖群火山巖稀土元素參數(shù)(10-6)

注：樣品中帶*為賽圖拉巖群第二火山旋回；其他樣品為第一火山旋回。

圖4 賽圖拉巖群火山巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(據(jù)wood，1979)

圖5 賽圖拉巖群火山巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖(據(jù)Boynton，1984)

5 構(gòu)造環(huán)境及時(shí)代

在Zr-Ti/100-Y×3構(gòu)造環(huán)境判別圖解中[18-20]，第一旋回2個(gè)樣點(diǎn)及第二旋回全部樣點(diǎn)落入火山弧玄武巖區(qū)，第一旋回的3個(gè)樣點(diǎn)落入洋底玄武巖區(qū)(圖6)。巖石中呈灰綠色，說(shuō)明當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境為還原環(huán)境。從上述投影結(jié)果及分析中反映出，該旋回火山巖形成環(huán)境應(yīng)為活動(dòng)大陸邊緣。

圖6 大洋火山巖和大陸火山巖判別圖(據(jù)Pearce J A and Cann J R.，1973)

根據(jù)該旋回火山巖巖石學(xué)特征、巖石化學(xué)特征、微量元素、稀土元素、圖解投影及組合特征，賽圖拉巖群中的變質(zhì)玄武巖具有低鉀富鐵鎂的洋脊玄武巖的特征，形成于半深海—深海沉積環(huán)境，洋脊玄武巖的出現(xiàn)應(yīng)代表了古塔里木陸塊初始裂解的巖漿事件，古陸裂解形成古洋盆，并接受了來(lái)自古陸塊的碎屑沉積，形成了賽圖拉巖群陸源碎屑巖夾火山巖及碳酸鹽巖的沉積建造。賽圖拉巖群中下部層位與上部層位存在二套火山巖層，說(shuō)明古塔里木陸塊的裂解是斷續(xù)地、間隙性進(jìn)行的，同時(shí)火山活動(dòng)也是斷續(xù)、間歇性的。

在賽圖拉巖群上部的糜棱巖化變英安質(zhì)含角礫晶屑凝灰?guī)r中采集鋯石U-Pb同位素年齡樣品，獲得了(1608±49)Ma年齡值，其形成年齡應(yīng)為中元古代。

6 結(jié)論

(1)西昆侖庫(kù)孜一帶長(zhǎng)城紀(jì)賽圖拉巖群火山巖劃分為2個(gè)火山旋回，為一套火山熔巖、火山碎屑巖、沉積巖建造，巖性主要為變凝灰?guī)r、變英安巖、變凝灰粉砂質(zhì)泥巖、大理巖、石英巖、變砂巖等，2個(gè)旋回中巖性無(wú)明顯區(qū)別。

(2)根據(jù)巖石學(xué)、巖石化學(xué)特征判斷，長(zhǎng)城紀(jì)火山巖形成于半深?！詈３练e環(huán)境，反映了古塔里木陸塊初始裂解形成古洋盆，并接受了來(lái)自古陸塊的碎屑沉積，古塔里木陸塊的裂解斷續(xù)地、間隙性進(jìn)行，同時(shí)火山活動(dòng)也是斷續(xù)、間歇性的。

(3)在賽圖拉巖群上部的糜棱巖化變英安質(zhì)含角礫晶屑凝灰?guī)r中的鋯石U-Pb同位素年齡值為(1608±49)Ma，其形成時(shí)代應(yīng)為中元古代。