中二疊世卡拉崗組火山巖特征及構造環(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，結合該組火山巖巖相特征及巖石學特性分析，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。對該組火山巖化學特征分析可以確定其為鈣堿性系列鉀質類型巖石?；鹕綆r形成時代為中二疊世，結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造環(huán)境為島弧造山與大陸裂谷環(huán)境過渡段。

關鍵詞：中二疊世卡拉崗組；火山巖；巖體特征；構造環(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，并發(fā)育古火山機構（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%?？傮w反映火山活動較強。

（1）古火山機構：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系，相對高差約40m～60m，直徑約150m～250m，面積約0.03km2，近圓狀?；鹕娇谥行臑橐徊灰?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、流紋質火山角礫巖及黑耀巖，巖石接觸界線不明顯，為漸變過渡關系，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，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，規(guī)模較大，總體反映出火山活動較強特征。

2.火山巖巖石學特征

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）：風化面為褐灰色，新鮮面為淺褐灰色，斑狀結構，塊狀構造，流紋構造，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%，基質為隱晶質的長英質成分。巖石中暗色礦物含量較少，均蝕變?yōu)榫G泥石及絹云母。

霏細巖（PM11-b-42）：霏細結構，含少量斑晶，塊狀構造，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%，基質有粒度細小的霏細狀長英質礦物所構成，d= 0.003mm×0.02mm，常常難以分辨顆粒界線，其中嵌布細小大的長石顆粒。少數(shù)赤褐鐵礦，綠泥石等分布其中。

杏仁狀安山巖（PM11-b-11）：玻晶交織結構，含少量斑晶，杏仁狀構造，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，少量基質中斜長石微晶呈細針狀，d=0.002mm×0.01mm～0.005mm×0.05mm，少量達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）：斑狀結構，基質間隱結構，杏仁狀構造，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%?；|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)表面附有膠結物，晶粒細小，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3.0。

4.火山巖巖石化學及巖石地球化學特征

4.1火山巖巖石化學特征

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

（1）火山巖巖石化學分類及其特征

中二疊世火山巖從其巖石化學成份與黎彤巖石化學平均值相比較來看，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，巖石化學分類為玄武巖、安山巖；酸性火山巖Fe2O3、Na2O相對較高，其他成分相當，巖石化學分類為流紋巖、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)；結合用CIPW標準礦物劃分火山巖系列，根據(jù)A=Ab-2enhy-1.5fshy值法，標準是A′>0，為鈣堿性系列，經(jīng)計算，早泥盆世火山巖A′= 38.88 > 0，其結果與以上投影圖一致：為鈣堿性系列火山巖。

為進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，可分為鉀質系列與鈉質系列。在前面已確定了火山巖系列的基礎上，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、微量元素標準化值及特征值分析可知：（1）強不相容元素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準化曲線圖相似。

4.3稀土元素特征

對中二疊世火山巖稀土元素豐度值、稀土元素標準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，輕稀土元素堿性較強，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“∧”形峰狀和平坦狀，銪具正異常。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晶年齡，即該火山巖的形成時代為中二疊世。

5.2大地構造環(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)值圖解進行投點，投影點均落入B區(qū)造山帶火山巖，結合大洋和大陸火山巖判別圖解進行投影，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），南西主體劃屬準噶爾弧盆系（Ⅱ級）、北準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、火山碎屑巖的結構類型，火山活動較強烈。

6.結語

通過本次基礎地質調(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，反應自西向東火山活動由弱變強，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)火山巖巖石化學及巖石地球化學特征分析，可以確定中二疊統(tǒng)卡拉崗組火山巖為鈣堿性系列鉀質類型巖石，并結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造環(huán)境為島弧造山與大陸裂谷環(huán)境過渡段。

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