東昆侖三岔頂?shù)貐^(qū)鯨魚湖組火山巖地球化學(xué)、年代學(xué)特征及其構(gòu)造意義

岳躍破 程蓉蓉 姜玉麗

摘要：本文對東昆侖三岔頂?shù)貐^(qū)新發(fā)現(xiàn)的鯨魚湖組英安流紋巖進行了巖石地球化學(xué)、同位素年代學(xué)研究，結(jié)果表明，英安流紋巖屬鉀質(zhì)鈣堿性巖系列，巖石富集輕稀土元素，虧損重稀土元素，具弱負Eu異常特征，稀土配分模式曲線呈右傾型，微量元素明顯富集大離子親石元素（Ba、Pb、Tb、K），相對虧損高場強元素（Nb、P、Ti），非活動元素Yb明顯虧損，微量元素原始地幔蛛網(wǎng)圖表現(xiàn)為駝峰式的地球化學(xué)模式，與板內(nèi)玄武巖的分布曲線非常相似，Zr/Nb、Nb/Ta及Yb、P、Ti、Nb虧損等特征顯示巖石具有殼?；旌咸卣?。鋯石U-Pb測年獲得了15.47±0.36Ma年齡值，指示其形成時代為中新世中-晚期。綜合其構(gòu)造環(huán)境、分析巖石地球化學(xué)特征和年齡數(shù)據(jù)，認(rèn)為該火山巖形成于大陸板內(nèi)拉張構(gòu)造環(huán)境，與青藏高原內(nèi)部俯沖過程中殼幔巖漿混合作用有關(guān)。

關(guān)鍵詞：火山巖；地球化學(xué)特征；構(gòu)造環(huán)境；東昆侖三岔頂?shù)貐^(qū)

基金項目：2016年中央返還兩權(quán)價款資金項目“新疆東昆侖三岔頂一帶1∶5萬四幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”（K16-1-LQ22）。

Volcanic rock Geochemical，Cheonological Characteristics and Tectonic Significance of the Jingyuhu Formation in the Sanchading Area of Eastern Kunlun

Yue Yue-po， Cheng Rong-rong， Jiang Yu-li

No. 3 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Yantai 264000， China

Abstract： In this paper， the authors conducted the study of geochemical and isotope chronological of the newfound Jingyuhu Formation dacite liparite in the Sanchading area of Eastern Kunlun. The results show that the dacite liparite is potassium calc-alkaline. The rocks have the ch- aracteristics of rich LREE， loss HREE， weak negative Eu anomaly， with rare earth distribution patterns curve shows the right type. Trace elements are obviously enriched in LILES （Ba， Pb， Tb， K）， depleted in HFSES（ Nb， P， Ti），and inactive elements Yb is obviously depletion. Primitive mantle spider diagram of trace element shows the camels geochemical model， and bear similarity to the distribution curve of intraplate basalts. Zr/Nb， Nb/Ta and defective Yb， P， Ti， Nb show that the rocks have the characteristics of mixed crust an mantle. The U-Pb dating of the zircon obtained an age of 15.47±0.36Ma， and belongs to the middle-late Miocene. In combination with its tectonic setting， geochemical characteristics and chronology， it is considered that the volcanic rocks were formed in a continental extension setting， and are related to the crust-mantle magma mixing during the subduction process of Tibetan plateau interior.

Key words： Volcanic rock； Geochemical characteristics； Tectonic setting； Sanchading area in East Kunlun

東昆侖造山帶位于青藏高原北部，塔里木盆地南緣，是秦祁昆造山系的重要組成部分，是橫穿中國大陸的巨型造山帶[1-3]。在東昆侖造山帶南段出露約1060km2新生代火山巖，受自然地理條件的限制，其研究程度整體較低。這些火山的特征、成因及大地構(gòu)造背景反映了青藏高原隆升機制、巖石圈結(jié)構(gòu)狀態(tài)與演化特點[4-5]。筆者在進行1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作時，在新疆東昆侖三岔頂?shù)貐^(qū)新發(fā)現(xiàn)一套新生代火山巖，為淺灰色、淺肉紅色英安流紋巖，溢流相，呈似層狀產(chǎn)出。

該組原定名為雄鷹臺組，為新疆地質(zhì)調(diào)查院于2000年～2002年開展的1∶25萬鯨魚湖幅、1∶25萬木孜塔格幅區(qū)調(diào)工作新建組名，2012年由新疆地礦局編制的《新疆巖石地層手冊》（內(nèi)部資料）將雄鷹臺組定為鯨魚湖組，時代為中新世中晚期。本次研究沿用鯨魚湖組的名稱。通過對該組火山巖展開詳細的巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)及鋯石U-Pb同位素年代學(xué)研究，探討了其巖石成因類型及反映出來的構(gòu)造環(huán)境，以期對東昆侖造山帶構(gòu)造演化研究提供基礎(chǔ)資料。

1.地質(zhì)背景

東昆侖造山帶北臨柴達木盆地，南接巴顏喀拉地塊，東與西秦嶺相隔，西以阿爾金左行走滑斷裂與西昆侖分開[6]。研究區(qū)位于塔里木-華北板塊與華南板塊碰撞形成的秦祁昆復(fù)合造山帶南緣，康西瓦-鯨魚湖-阿尼瑪卿縫合帶近EW向貫穿研究區(qū)南部，北側(cè)以兔子湖-花海灘斷裂為界，與昆南古生代復(fù)合溝弧帶相接，南側(cè)以木孜塔格—鯨魚湖深大斷裂（昆南斷裂）為界，與可可西里二疊紀(jì)-三疊紀(jì)陸緣盆地毗鄰[7-8]（圖1-a）。研究區(qū)內(nèi)地層從老到新，包括長城系小廟巖組、下志留統(tǒng)白干湖組、中泥盆統(tǒng)布拉克巴什組、下石炭統(tǒng)托庫孜達坂組、下二疊統(tǒng)碧云山組、中二疊統(tǒng)卡爾瓦組、上三疊統(tǒng)桃湖組、上侏羅統(tǒng)庫孜貢蘇組及中新統(tǒng)嗩吶湖組、鯨魚湖組（圖1-b）。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造線整體為近EW向，以北傾逆沖斷裂為主，木孜塔格-鯨魚湖深大斷裂（即姜春發(fā)等所稱的昆南斷裂[4]）橫穿研究區(qū)南部。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，從古生代至新生代均有巖漿活動。蛇綠構(gòu)造混雜巖帶在空間上整體呈條帶狀EW向分布，斷續(xù)出露，產(chǎn)出狀態(tài)明顯受EW向斷裂控制。

2.地質(zhì)特征及巖石學(xué)特征

鯨魚湖組火山巖出露于可可西里二疊紀(jì)-三疊紀(jì)陸緣盆地內(nèi)，歸屬于中昆侖火山巖省[9]。區(qū)域上該組主要分布于木孜塔格-鯨魚湖深大斷裂兩側(cè)的四腳湖-雄鷹臺、方臺山、馬蹄嶺-月牙湖和團結(jié)灘一帶，其巖性為暗灰色橄欖玄武巖、紫紅色玄武巖、深灰色安山巖、玄武安山巖、凝灰?guī)r、輝石巖、流紋巖、英安巖等，其產(chǎn)出狀態(tài)主要有熔巖臺地、火山錐狀殘丘、熔巖流和熔巖階地4種，噴發(fā)類型主要有面狀溢流噴發(fā)、裂隙式噴發(fā)和中心式噴發(fā)3種[4，10-11]。

該組火山巖出露于研究區(qū)南部，木孜塔格-鯨魚湖深大斷裂以南、鳳爪谷東一帶，出露面積約6km2，整體東西向展布，由3個地質(zhì)體組成，不整合于中新統(tǒng)嗩吶湖組之上或斷層接觸。研究區(qū)該組火山巖巖性單一，為淺灰色、淺肉紅色英安流紋巖，溢流相，呈似層狀產(chǎn)出（圖2-a），產(chǎn)狀較緩，主要為裂隙式噴發(fā)，野外見火山錐狀殘丘。巖石局部較為破碎，裂隙發(fā)育。該火山巖的噴出可能是以北側(cè)木孜塔格-鯨魚湖深大斷裂為火山巖漿通道呈裂隙式噴發(fā)，沒有猛烈爆發(fā)，火山巖漿以平靜方式流出形成。

英安流紋巖呈淺灰色、淺肉紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具霏細-微晶結(jié)構(gòu)，流紋構(gòu)造。巖石由斑晶、基質(zhì)兩部分組成。斑晶占15%，由斜長石、黑云母組成，斜長石斑晶10%，半自形板狀，為奧長石，具聚片雙晶、卡納復(fù)合雙晶，可見韻律環(huán)帶構(gòu)造，粒度大小0.1mm～0.5mm×1mm；黑云母斑晶5%，片狀，片直徑0.1mm～0.7mm，一般具有薄的暗化邊，少量有較強的暗化?；|(zhì)占85%，由斜長石、鉀長石、石英組成，斜長石40%、鉀長石25%，霏細-微晶狀，呈半自形-它形粒狀，粒徑大小0.01mm～0.05mm，部分雜亂分布，部分包體狀分布于石英主晶內(nèi)；石英20%，多為主晶，近等軸粒狀，粒徑大小0.01mm～0.05mm，表面新鮮干凈，內(nèi)可見霏細-微晶狀長石分布，構(gòu)成包含霏細、包含微晶結(jié)構(gòu)。副礦物為鋯石、磷灰石、磁鐵礦等（圖2-b）。

3.樣品采集和分析方法

本次研究所采集的各類樣品來源于實測地質(zhì)剖面，巖石新鮮無蝕變，共采集巖石地球化學(xué)樣品3件，編號17YQ36、17YQ37、17YQ38。主量、微量元素樣品分析均由山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實驗測試中心完成。主量元素分析采用X射線熒光光譜法（XRF）測定，分析誤差小于1%，其中FeO為濕化學(xué)方法測定。微量元素分析采用Xsreies型等離子質(zhì)譜儀測定，分析誤差優(yōu)于5%，檢測環(huán)境溫度10°～24°，濕度30%～65%[6]。

鋯石挑選、制靶、陰極發(fā)光（CL）照相在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司峰澤源廊坊實驗室完成。樣品經(jīng)粉碎、重液分離和磁選后，在雙目鏡下挑選出晶形好、干凈透明、無裂隙的鋯石晶體，再將其置于環(huán)氧樹脂中進行拋光使鋯石內(nèi)核完全暴露。鋯石U-Pb測年在中國地質(zhì)大學(xué)（北京）科學(xué)研究院激光等離子體質(zhì)譜實驗室完成，采用激光剝蝕等離子質(zhì)譜（LA-ICP-MS）分析儀，激光束斑直徑為32μm，試驗中采用氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載體。使用Isoplot3.23程序[12]處理數(shù)據(jù)和計算年齡，年齡加權(quán)平均值具有95%的置信度。

4.巖石地球化學(xué)特征

鯨魚湖組英安流紋巖巖石化學(xué)分析結(jié)果見表1。

4.1主量元素特征

主量元素分析結(jié)果表明，燒失量為0.64%～0.82%，平均 0.73%，燒失量較低，這與巖石未發(fā)生蝕變以及風(fēng)化作用較弱有關(guān)。SiO2含量為69.13%～69.62%，平均69.45%，屬于酸性巖范疇；Al2O3含量15.54%～15.67%，平均15.62%，屬中等；MgO、FeO含量分別為0.52%～0.62%、0.24%～0.34%，整體較低；K2O、Na2O含量分別為5.33%～5.35%、3.85%～3.89%，K2O量大于Na2O，屬鉀質(zhì)類型，K2O+Na2O含量為9.20%～9.22%。組合指數(shù)σ（里特曼指數(shù)）為3.18～3.25<4，屬于鈣堿性系列；堿度率（AR）為2.61～2.67；固結(jié)指數(shù)（SI）4.48～5.17，平均4.68，說明巖石風(fēng)化較弱；鎂鐵指數(shù)（MF）77.62～80.38，平均79.23，反映了巖漿分離結(jié)晶程度較高。

在SiO2-（Na2O+K2O）圖解（圖3-a）中，樣品全部落入流紋巖區(qū)，對樣品進一步做FeOt-（Na2O+K2O）-MgO（AFM）圖解（圖3-b），樣品全部落入鈣堿性系列區(qū)。在FeO*/MgOSiO2圖解（圖3-c）中，樣品全部落入鈣堿性系列區(qū)，這與組合指數(shù)σ（里特曼指數(shù)）所得出的結(jié)論一致。

4.2稀土元素特征

稀土元素總量ΣREE為275.15×10-6～283.58×10-6，平均279.93×10-6，總體含量較高，輕、重元素稀土元素比值LREE/ HREE=53.79～55.60，（La/Yb）N=585～1360，指示輕重稀土元素分餾較強，輕稀土強富集；（La/Sm）N=9.80～9.99，（Gd/Yb）N= 26.36～61.53，表明輕、重稀土元素內(nèi)部分餾較明顯。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖中（圖4-a），各樣品配分曲線幾乎一致，顯示出同源巖漿演化的特點，配分曲線明顯右傾，體現(xiàn)了輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的特征。輕稀土的種類與稀土總量呈同消長，且所占比重大，而重稀土總量變化小，表明稀土元素的差別主要由輕稀土元素引起。δEu=0.66～0.73，平均為0.71，為弱的負Eu異常，表明區(qū)內(nèi)存在斜長石的殘留或巖體內(nèi)的斜長石經(jīng)歷了一定的分離結(jié)晶作用。δCe=0.88～0.90，為弱的負Ce異常。以上特征表明，研究區(qū)鯨魚湖組火山巖稀土元素豐度及特征值有較大變化，可能是部分熔融程度不同和源區(qū)成分差異造成，暗示了巖漿上升過程中可能受到了地殼物質(zhì)的混染。

4.3微量元素特征

微量元素特征顯示，大離子親石元素Ba、Rb、Th、K等相對富集，非活動性元素Yb、Nb等相對虧損，在微量元素原始地幔蛛網(wǎng)圖上（圖4-b），曲線整體較協(xié)調(diào)，表現(xiàn)為駝峰形的地球化學(xué)模式，與板內(nèi)玄武巖的分布曲線非常相似[14]。從微量元素原始地幔蛛網(wǎng)圖上，不相容元素La、Ce、Rb、Th、K等則遠遠高于地幔巖，具有明顯的負Yb異常。該鯨魚湖組火山巖與地幔巖有如此巨大的差異，間接說明火山巖巖漿不可能直接來源于地?；驈牡蒯r漿中分離結(jié)晶產(chǎn)生，其巖漿來源應(yīng)是地殼物質(zhì)通過部分熔融產(chǎn)生。以上特征表明，火山巖漿未經(jīng)流體大規(guī)模作用，而是在巖漿熔融后快速上侵噴出形成，應(yīng)具有良好的上侵通道，木孜塔格-鯨魚湖深大斷裂及其次級斷裂提供了這種通道。

5.討論

5.1時代特征

本次挑選的同位素年齡樣品鋯石內(nèi)部成分均一，呈短柱狀，長寬比在1∶1～3∶1之間，晶面較光潔。232Th/238U值在1.20～1.98之間，鋯石無溶蝕和包裹體特征，環(huán)帶結(jié)構(gòu)明顯，顯示巖漿成因特征[15]。在樣品分析時，選擇內(nèi)部純凈及無包裹體的部位打點（圖5），本次挑選的17顆鋯石共測17個點，測試結(jié)果見表2。所有數(shù)據(jù)點均落在諧和線上及附近（圖6），獲得了15.47±0.36Ma年齡值，這與調(diào)查區(qū)屬同一巖區(qū)的雄鷹臺、方臺山、月牙湖、羌巴欠等地區(qū)取得的年齡值相近。其中1∶25萬木孜塔格幅區(qū)調(diào)在方臺山地區(qū)的粗面安山巖中，用全巖K-Ar法測年，結(jié)果為13.6Ma[10]；鄧萬明在研究區(qū)西側(cè)的羌巴欠地區(qū)，用K-Ar法測年，結(jié)果為14.9Ma[9]；楊經(jīng)綏等在雄鷹臺、月牙湖地區(qū)的火山巖中用全巖及云母K-Ar法得到年齡結(jié)果為：雄鷹臺火山巖的年齡值為11.05Ma、12.22Ma、12.83Ma，月牙湖火山巖的年齡值為13.77Ma、15.47Ma[16]。綜上所述，認(rèn)為鯨魚湖組火山巖形成時代為中新世中-晚期，但也不排除有更新世的可能。

5.2巖石成因

原始地幔Zr/Nb值可以區(qū)分過渡型地幔和富集地幔、虧損地幔，過渡型地幔和富集地幔Zr/Nb值均小于18，虧損地幔Zr/Nb值大于18[17]。該火山巖Zr/Nb值為13.30～17.44，指示該火山巖可能由過渡性地幔熔融產(chǎn)生，后期可能發(fā)生地殼混染作用。鯨魚湖組火山巖Nb/Ta比值為5.95～8，平均為7.16，明顯低于上地幔17.5的平均值[13]，相對接近于大陸地殼比值10～14[18]，表明該火山巖可能存在殼幔混合成因。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中（圖4-b），Yb、Ti、Nb明顯虧損，Mckenzie認(rèn)為是巖漿受到了地殼物質(zhì)的混染或者巖漿源區(qū)殘留富含Yb、Ti及Nb等礦物造成的[19]。另外涂其軍等利用同位素地球化學(xué)特征，結(jié)合稀土元素、微量元素特征，認(rèn)為包括調(diào)查區(qū)在內(nèi)的木孜塔格-鯨魚湖地區(qū)新生代火山巖源區(qū)應(yīng)屬輕稀土元素富集的一種殼-幔物質(zhì)的混合地幔[4]。根據(jù)該火山巖組巖石地球化學(xué)特征，結(jié)合前人研究成果，認(rèn)為鯨魚湖組具有殼幔混合作用的成因特征。

5.3構(gòu)造環(huán)境分析

東昆侖造山帶經(jīng)歷了從離散大陸構(gòu)造環(huán)境到匯聚大陸環(huán)境的轉(zhuǎn)變，最終在三疊紀(jì)完成了板塊的碰撞作用，形成廣泛的碰撞大地構(gòu)造環(huán)境的巴顏喀拉前陸盆地，三疊紀(jì)后轉(zhuǎn)變?yōu)殛憙?nèi)演化階段[4]。木孜塔格-鯨魚湖深大斷裂在二疊紀(jì)-晚三疊世期間特提斯洋向北俯沖消亡過程中形成，侏羅世和中新世分別活化，具有走滑和拉張性質(zhì)[5]。近SN向擠壓形成褶皺逆沖斷裂及逆沖推覆構(gòu)造在上新世大規(guī)模發(fā)育，沿該深大斷裂及其次級斷裂新生代火山巖噴溢分布。因此，研究區(qū)鯨魚湖組火山巖構(gòu)造環(huán)境應(yīng)是伸展為主的構(gòu)造環(huán)境。

區(qū)域上新生代火山巖微量元素地球化學(xué)模式的分析表明，其大離子親石元素和高場強元素的虧損與Pearce提出的板內(nèi)熔巖的駝峰狀分布型式基本相似[4-5]。研究區(qū)該火山巖Th為高的正異常，結(jié)合143Nd/144Nd小于0.512，87Sr/86Sr大于0.706[4]，與典型大陸板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境的標(biāo)志是一致的[17]。從研究區(qū)該火山巖組的年齡結(jié)合區(qū)域地質(zhì)演化特征，在始新世以后，整個青藏高原結(jié)束了海洋歷史[9]。因此認(rèn)為研究區(qū)鯨魚湖組火山巖發(fā)育在大陸板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境。

Nb、Y、Yb、Ta等不相容具有相似的地球化學(xué)行為，與相容元素Rb的圖解可以劃分巖漿形成的構(gòu)造環(huán)境[20-21]，在Nb-Y、Rb-（Yb+Nb）及Rb-（Ta+Yb）圖解中（圖7），樣品均落入板內(nèi)型花崗巖區(qū)，表明研究區(qū)鯨魚湖組火山巖形成于大陸板內(nèi)拉張構(gòu)造環(huán)境。

木孜塔格-鯨魚湖區(qū)域深大斷裂橫穿研究區(qū)南部，起到巖漿通道作用，火山巖沿深大斷裂分布，主要受其次級斷裂控制。在青藏高原內(nèi)部陸內(nèi)俯沖過程中，地殼中富含揮發(fā)性的物質(zhì)進入地幔，發(fā)生混合作用，形成殼?；旌蠈?，在青藏高原隆升過程中殼?；旌蠈影l(fā)生熔融，沿木孜塔格-鯨魚湖深大斷裂及其次級斷裂噴出地表。

6.結(jié)論

（1）鯨魚湖組英安流紋巖為一套鈣堿性火山巖，稀土元素具LRE元素E富集、HREE元素虧損，負Eu異常的特征；微量元素明顯富集大離子親石元素Ba、Pb、Tb、K，相對虧損高場強元素Nb、P、Ti，非活動元素Yb明顯虧損，微量元素原始地幔蛛網(wǎng)圖表現(xiàn)為駝峰式的地球化學(xué)模式，Zr/Nb、Nb/Ta及Yb、P、Ti、Nb虧損等特征顯示巖石具有殼?；旌咸卣?。

（2）鯨魚湖組英安流紋巖鋯石U-Pb年齡為15.47±0.36Ma，指示其形成時代為中新世中-晚期。

（3）巖石形成于大陸板內(nèi)拉張構(gòu)造環(huán)境，與青藏高原內(nèi)部陸內(nèi)俯沖過程中殼幔巖漿混合作用有關(guān)。

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