新疆東天山滑石山一帶貝義西組火山巖形成時代及構(gòu)造環(huán)境

葸得華，楊天驥，徐勇，杜金剛，徐有光

新疆東天山滑石山一帶貝義西組火山巖形成時代及構(gòu)造環(huán)境

葸得華1，楊天驥1，徐勇1，杜金剛2，徐有光3

（1.四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八一大隊，四川 西昌 615000；2.西藏金海礦產(chǎn)資源開發(fā)有限公司（核工業(yè)西藏地質(zhì)調(diào)查院），成都 610000；3.四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八三大隊，四川 達(dá)州 635000）

新疆東天山滑石山一帶貝義西組主要為一套海相火山巖，有基性和中酸性兩類，以酸性火山巖為主，火山巖相劃分為爆發(fā)相和溢流相，以溢流相為主，具雙峰式噴發(fā)特征?；孕鋷r為鈉質(zhì)堿性巖石，輕稀土富集，鈰虧損，大離子親石元素K、Rb相對富集，Sr虧損明顯，高場強(qiáng)元素（HFSE）無明顯虧損。酸性火山巖主要為高鉀鈣堿性巖石，輕稀土富集，鈰、銪虧損，大離子親石元素K、Rb相對富集，Sr虧損明顯，高場強(qiáng)元素（HFSE）無明顯虧損。酸性火山巖通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb獲得年齡為799～808Ma。結(jié)合地質(zhì)背景認(rèn)為貝義西組火山巖形成于大陸裂谷環(huán)境，是Rodinia超大陸在塔里木克拉通北緣裂解產(chǎn)物。

貝義西組；形成時代；地球化學(xué)；構(gòu)造環(huán)境；新疆東天山

新疆東天山滑石山一帶大地構(gòu)造屬塔里木陸塊區(qū)（Ⅲ）之塔里木陸塊（Ⅲ-1）之庫魯克塔格陸緣盆地（Ⅲ-1-4）（成守德和王元龍，1998；董連慧等，2013；潘桂棠等，2016），火山巖極其發(fā)育，研究區(qū)內(nèi)主要分布于龜背山-小南洼一帶（圖1），以角度不整合覆蓋于薊縣紀(jì)愛爾基干巖群、青白口紀(jì)鉀長花崗巖之上（孟勇等，2014），后期遭受斷層構(gòu)造破壞，又與薊縣紀(jì)愛爾基干巖群、早寒武世突爾沙克塔格組呈斷層接觸，整體呈北東向斷塊狀展布，呈“斷塊”狀分布。調(diào)查顯示該區(qū)貝義西組為一套海相火山巖，含少量沉積巖，火山巖可分為基性和中酸性兩類，以酸性火山巖為主，具雙峰式噴發(fā)的特點（葸得華等，2019）?；鹕綆r相可劃分為爆發(fā)相和溢流相，以溢流相最為發(fā)育，火山巖活動強(qiáng)烈，具多期爆發(fā)相和溢流相組成的噴發(fā)韻律，巖石組合較雜?；曰鹕綆r主要為玄武巖；中酸性火山巖巖石組合以流紋質(zhì)火山巖為主，次為英安質(zhì)火山巖，有流紋巖、英安巖、（流紋質(zhì)）火山角礫巖、（流紋質(zhì)）凝灰?guī)r、安山巖等。

1.全新世地層；2.晚寒武世突爾沙克塔格組；3.早寒武世西大山組；4.南華紀(jì)貝義西組；5.薊縣紀(jì)愛爾基干巖群；6.滹沱紀(jì)興地塔格巖群；7.南華紀(jì)石英閃長巖；8.青白口紀(jì)鉀長花崗巖；9.地質(zhì)界線；10.角度不整合界線；11.超動接觸界線；12.斷層；13.U-Pb同位素測年位置及年齡

1 火山巖韻律特征

通過PM04、PM07、PM09、PM12、PM17等5條剖面對研究區(qū)貝義西組火山巖進(jìn)行控制，對地層層序進(jìn)行了恢復(fù)。再根據(jù)巖石組合和火山噴發(fā)強(qiáng)弱關(guān)系，劃分火山噴發(fā)韻律，發(fā)現(xiàn)每個噴發(fā)韻律均由爆發(fā)相和噴溢相兩種火山巖相組成，尤以PM09、PM12火山韻律發(fā)育最為齊全，特征明顯。

（1）PM09號剖面全部為火山巖，總厚度1669.15m?；鹕綆r相為爆發(fā)相和溢流相，按照火山-沉積來劃分韻律，可劃分為4個韻律（表1）。爆發(fā)相厚331.3m，溢流相厚1337.85m。

（2）PM12號剖面全部為火山巖，總厚度1026.4m?；鹕綆r相為爆發(fā)相和溢流相，按照火山-沉積來劃分韻律，可劃分為5個韻律（表2）。爆發(fā)相厚242.7m，溢流相厚783.7m。

表1 PM09剖面火山巖層序韻律劃分表

表2 PM12剖面火山巖層序韻律劃分表

2 火山巖巖石化學(xué)及巖石地球化學(xué)特征

主微量元素測試由國土資源部成都礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心（成都綜合巖礦測試中心）分析，主量元素分析利用X熒光光譜法完成，分析測試誤差＜1%；微量及稀土元素樣品由等離子光譜質(zhì)譜儀（ICP-MS）測定，分析測試誤差在5%左右。

（1）巖石化學(xué)特征

玄武巖樣品SiO2含量49.51%（表3），在火山巖 TAS命名圖解中（圖2）投入玄武巖區(qū)，與鏡下鑒定類型一致。FeO*=9.35%；MgO=7.35%；Na2O+K2O=7.35%；TiO2=1.73%；Al2O3=16.92%；里特曼指數(shù)δ=6.37，為堿性巖系，Na2O＞K2O，為大西洋型；山德指數(shù)（A/CNK）值=1.227，為過鋁質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)礦物分子中出現(xiàn)Ol，含量為11.39%。樣品在SiO2-（Na2O +K2O）圖解投入堿性系列，AFM圖解中投入到鈣堿性巖區(qū)，A/CNK-A/NK圖解投入準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)，SiO2-K2O圖解投入高鉀區(qū)；根據(jù)LeBas（1985）的劃分標(biāo)準(zhǔn)，以Na2O≥K2O為鈉質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，巖石為鈉質(zhì)類型無疑。因此該玄武巖應(yīng)為鈉質(zhì)堿性玄武巖（李昌年，1992；楊學(xué)明等，2000）。

圖2 火山巖TAS圖

×－玄武巖；○－流紋巖；

9件流紋巖樣品SiO2含量在68.32%～77.36%之間（表3），在火山巖 TAS命名圖解中（圖3）8件樣落入流紋巖區(qū)，1件落入英安巖區(qū)；FeO*=0.73％～4.03%；MgO=0.21％～0.70%；Na2O+K2O=6.65％～10.78%；TiO2=0.19％～0.58%；Al2O3=10.82％～15.21%；7件巖石δ=（1.32～3.74）＜4 為鈣堿性巖系，另2件巖石樣δ=（4.32～4.37）＞4為堿性巖系；山德指數(shù)(A/CNK)值=1.089～1.369，為過鋁質(zhì)。在SiO2-(Na2O+K2O)圖解，8件樣品全部落入亞堿性系列區(qū)，在AFM圖解中，除1個樣品落入拉斑系列區(qū)，其他8件樣全部落入鈣堿系列區(qū)，在A/CNK－A/NK圖解，8件樣品全部投入準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)，SiO2-K2O圖解投入高鉀區(qū)，個別甚至超出圖區(qū)范圍以外。表明這些酸性火山巖主體為高鉀鈣堿性系列。

表3 貝義西組火山巖巖石化學(xué)含量表

表4 貝義西組火山巖稀土元素含量表

（2）稀土元素特征

玄武巖樣品稀土總量（∑REE）=164.65×10-6；L/H=5.09；（La/Yb）N=6.25，顯示輕稀土富集；δCe=0.91，顯示鈰虧損型，具負(fù)鈰異常；δEu=0.96，銪不具明顯異常，或反映出Eu弱虧損（表4）。(La/Sm)N=4.41＞1，表明輕稀土分餾程度較好。

9件流紋巖樣品稀土總量（∑REE）=（271.24～956.27）×10-6；L/H=3.44～13.01（La/Yb）N=2.31～13.54，顯示輕稀土富集；δCe除1件為1.24，另外8件為0.79～0.92，顯示鈰虧損型，具負(fù)鈰異常；δEu=0.08～0.81，銪具負(fù)異常，為銪虧損型（表4）。(La/Sm)N=（4.80～7.76）＞1，表明輕稀土分餾程度較好。

稀土元素經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化（Boynton W.V，1984.）后作稀土元素分配型式圖。玄武巖稀土元素分配型式為右傾式（圖3），輕稀土相對富集，重稀土相對虧損，曲線近于平坦，輕重稀土分餾不明顯，Eu未發(fā)生明顯異常。流紋巖稀土元素分配型式為右傾式（圖4），輕稀土相對富集，重稀土相對虧損，重稀土曲線近于平坦，輕重稀土分餾較明顯。

圖3 玄武巖稀土球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖

圖4 流紋巖稀土球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖

（3）微量元素特征

玄武巖樣品與維氏輝綠巖值相比，K、Th、Ta、Ce、Zr、Hf、Sm、Ti、Y和Yb元素含量相對高于維氏值，Sr、Rb、Nb和P元素相對低于維氏值（表5）。

流紋巖樣品與維氏花崗巖值相比，K、Th、Nb、Ce、Zr、Hf、Sm、Y和Yb元素含量相對高于維氏值，Sr、Rb、Ta、P和 Ti元素相對低于維氏值（表5）。

表5 貝義西組火山巖微量元素含量表

將微量元素樣品經(jīng)N-MORE（Sun&McDonough.，1989）標(biāo)準(zhǔn)化后，各元素的特征采用Pearce（1983）排序，根據(jù)元素豐度作出了微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖。玄武巖在N-MORE微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上（圖5），微量元素Rb/Yb比值總體＞1，為強(qiáng)不相容元素富集型，大離子親石元素K、Rb相對富集，相對于N-MORE高出了數(shù)十倍，與板內(nèi)玄武巖特征一致，Sr虧損十分明顯，可能與斜長石的結(jié)晶分異作用有關(guān)；高場強(qiáng)元素（HFSE）無明顯虧損，Nb僅表現(xiàn)為較弱的虧損，指示地殼物質(zhì)參與了巖漿過程。

流紋巖在N-MORE微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上（圖6），各樣品曲線近乎一致，反映出具有相同的構(gòu)造環(huán)境及物質(zhì)來源，微量元素Rb/Yb比值總體＞1，為強(qiáng)不相容元素富集型，大離子親石元素K、Rb相對富集；部分高場強(qiáng)元素（HFSE）P、Ti、Sr虧損明顯，P、Ti元素的虧損與磷灰石、鈦鐵礦的分離結(jié)晶有關(guān)，Sr虧損十分明顯，可能與斜長石的結(jié)晶分異作用有關(guān)。Nb則表現(xiàn)為較弱的虧損，指示地殼物質(zhì)參與了巖漿過程。

圖5 玄武巖微量元素N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

圖6 流紋巖微量元素N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

3 形成時代

對采集的3件新鮮的火山巖樣品進(jìn)行LA-ICP-MS法單顆粒鋯石微區(qū)U-Pb測年工作，前期制樣、挑選鋯石由廊坊市宇能巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成，天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成分析測試。

PM09TW21-1、PM12TW24-1、PM17TW26-1三件樣品均為（球粒）流紋巖，分析結(jié)果顯示LA-ICP-MS鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡分別為808±11Ma（MSWD=0.44）（圖7）、799±15Ma（MSWD=0.027）（圖8）、803.3±9.2Ma（MSWD=0.16）（圖9），代表了樣品的形成年齡，表明該流紋巖形成于青白口紀(jì)末。

圖7 PM12TW24-1樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb諧和圖及年齡分布圖

圖8 PM09TW21-1樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb諧和圖及年齡分布圖

圖9 PM17TW26-1樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb諧和圖及年齡分布圖

本次將貝義西組形成時代歸屬為南華紀(jì)，其中火山巖形成時間下限為799±15Ma，說明Rodinina超大陸在本區(qū)的裂解時間從青白口晚期已經(jīng)開始，可能一直持續(xù)到南華紀(jì)，形成了一套火山巖為主夾少量沉積巖的巖石組合。

4 巖石成因與構(gòu)造環(huán)境判別

研究區(qū)貝義西組火山巖由基性巖和中酸性巖組成，基性巖為玄武巖，為堿性系列，中酸性有安山巖和流紋巖等，為亞堿性火山巖，具雙峰式火山巖噴發(fā)的特征，反映裂谷帶火山噴發(fā)環(huán)境。在稀土配分模式圖上，基性火山巖與中酸性火山巖配分曲線不一致，反映了不同的巖漿來源。在微量元素蛛網(wǎng)圖上，基性火山巖Nb顯示Nb相對于Th表現(xiàn)為較弱的虧損，中酸性火山巖則顯示Nb相對明顯虧損的特點，指示可能有地殼物質(zhì)參與了巖漿過程。綜合認(rèn)為貝義西組火山巖主要源于部分地殼熔融，有幔源物質(zhì)的加入，為殼幔混合成因。

玄武巖微量元素蛛網(wǎng)圖顯示大離子親石元素K、Rb相對富集，相對于N-MORE高出了數(shù)十倍，與板內(nèi)玄武巖特征一致。中-酸性火山巖微量元素蛛網(wǎng)圖顯示大離子親石元素K、Rb相對富集，部分高場強(qiáng)元素（HFSE）P、Ti、Sr虧損明顯，顯示火山弧花崗巖特點。利用Pearce和Cann（1973）提出的用微量元素TiO2、Zr判別玄武巖構(gòu)造環(huán)境，將貝義西組玄武巖樣品投到不同構(gòu)造環(huán)境的TiO2-Zr判別圖解（圖10）中，投入板內(nèi)玄武巖區(qū)。利用Pearce等（1975）提出的用 TiO2、K2O、P2O5判別大洋或大陸拉斑玄武巖，將貝義西組玄武巖投到TiO2-K2O-P2O5圖解（圖11）中，投在CT區(qū)為大陸拉斑玄武巖。

根據(jù)Pearce 等（1984）Yb+Ta—Rb（圖12）和Y-Nb（圖13）構(gòu)造判別圖解，將貝義西組流紋巖投入板內(nèi)花崗巖（WPG）和火山弧花崗巖（VAG）區(qū)。構(gòu)造環(huán)境判別圖上部分樣品落入火山弧環(huán)境區(qū)且靠近板內(nèi)環(huán)境區(qū)界線，是因為酸性火山熔巖上升到地表過程中遭受了強(qiáng)烈的地殼混染，使Nb，Ta，Yb，Y 等含量降低，因此構(gòu)造環(huán)境判別圖上部分樣品落入火山弧環(huán)境，分析認(rèn)為貝義西組以流紋巖為代表的火山巖形成于板內(nèi)環(huán)境。

圖10 玄武巖Ti-Zr判別圖解

MORB.洋中脊玄武巖；IAB.島弧玄武巖；WPB.板內(nèi)玄武巖

圖11 玄武巖TiO2-K2O-P2O5圖解

CT.大陸拉斑玄武巖；OT.大洋拉斑玄武巖

通過以上圖解判別，結(jié)合巖石化學(xué)、地球化學(xué)特征分析認(rèn)為，貝義西組火山巖總體環(huán)境為大陸裂谷，是Rodinia超大陸在塔里木克拉通北緣裂解產(chǎn)物，裂解深度已達(dá)下地殼下部和上地幔之間。從區(qū)域上看，該裂谷繼續(xù)發(fā)展成古亞洲洋，因此南華紀(jì)貝義西組火山巖是古亞洲洋打開的標(biāo)志。

圖12 酸性火山巖Yb+Ta—Rb圖解

圖13 酸性火山巖Y-Nb判別圖解

5 結(jié)論

（1）貝義西組主要為一套海相火山巖，含少量沉積巖，火山巖可分為基性和中酸性兩類，以酸性火山巖為主，火山巖相可劃分為爆發(fā)相和溢流相，以溢流相為主，具雙峰式火山噴發(fā)的特點。

（2）貝義西組玄武巖為鈉質(zhì)堿性玄武巖，酸性火山巖為高鉀鈣堿性巖石；稀土元素從基性到酸性火山巖，稀土元素總量逐漸增加，輕稀土逐漸開始富集，重稀土元素相對平穩(wěn)，沒有發(fā)生顯著的變化，Eu負(fù)異常越來越顯著，甚至在稀土元素分配型式圖中呈現(xiàn)出深谷，可能與斜長石的結(jié)晶分異作用有關(guān)。流紋巖為強(qiáng)不相容元素富集型，大離子親石元素K、Rb相對富集；部分高場強(qiáng)元素（HFSE）P、Ti、Sr虧損明顯。

（3）通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年獲得的火山巖形成時間最新為799±15Ma，最早為808±11Ma，故將貝義西組形成時代歸屬到南華紀(jì)。

（4）貝義西組火山巖形成于大陸裂谷環(huán)境，是Rodinia超大陸在塔里木克拉通北緣裂解產(chǎn)物，裂解深度已達(dá)下地殼下部和上地幔之間。總體來看，Rodinina超大陸在本區(qū)的裂解時間從青白口晚期已經(jīng)開始，可能一直持續(xù)到南華紀(jì)。該裂谷繼續(xù)發(fā)展成古亞洲洋，因此南華紀(jì)貝義西組火山巖是古亞洲洋打開的標(biāo)志。

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Age and Tectonic Setting of Volcanic Rock of the Beiyixi Formation in the Huashishan Region,East Tianshan Mt.,Xinjiang

XI De-hua1YANG Tian-ji1XU Yong1DU Jin-gang2XU You-guang3

(1-The 281st Team, Sichuan Bureau of Uranium Geology, Xichang, Sichuan 615000; 2-Ttbet Jinhai Mineral Resources Development Co.,Ltd.（Tibetan Institute of Geological Survey）, Chengdu 610000; 3- The 283rd Team, Sichuan Bureau of Uranium Geology, Dazhou, Sichuan 635000)

The Beiyixi Formation in the Huashishan area, Eastern Tianshan Mountains, Xinjiang is mainly composed of a set of marine basic and intermediate-acid volcanic rocks in which acid volcanic rock is dominant. They may be divided into eruption and overflow phases with bimodal eruption. The overflow phase dominates over the eruption phase. The basic volcanic rock is Na-rich basalt which is characterized by enrichment in LREE, large ion lithophile elements such as K and Rb and depletion in Ce and Sr. The acid volcanic rock is K-rich calc-alkaline volcanic suite and characterized by enrichment in LREE, large ion lithophile elements such as K and Rb and depletion in Ce, Eu and Sr. Zircon U-Pb age values of the acidic volcanic rock range from 799 Ma to 808 Ma. In combination with geological background, the volcanic rock of the Beiyixi Formation can be considered as the product of continental rift resulted from Rodinia splitting.

Beiyixi Formation; age; geochemistry; tectonic setting; Eastern Tianshan Mountains, Xinjiang

P588.14

A

1006-0995（2022）03-0355-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.03.001

2020-09-30

葸得華（1987— ），男，甘肅永登縣人，工程師，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及礦產(chǎn)勘查工作