新疆西昆侖溫泉—獨尖山一帶中-下二疊統(tǒng)賽利亞克群火山巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境

程蓉蓉，張海芳，胡成林，隋玉成，李強

(1.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺 264000;2.萊州市自然資源和規(guī)劃局，山東 煙臺 261400；3.聊城市地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查監(jiān)測中心，山東 聊城 252000)

0 引言

西昆侖造山帶位于青藏高原西北緣，其北鄰塔里木板塊(古亞洲構(gòu)造域)，南與羌塘地塊相接(特提斯構(gòu)造域)，處在古亞洲構(gòu)造域和特提斯構(gòu)造域的結(jié)合部位[1-4]。西昆侖造山帶因其特殊的大地構(gòu)造位置經(jīng)歷了多期復(fù)雜的構(gòu)造演化，從古元古代至古生代發(fā)育較為齊全，沉積巖、火山巖、變質(zhì)巖巖石類型復(fù)雜多樣，西昆侖造山帶呈現(xiàn)多層次、多樣式、多機制、多階段的構(gòu)造演化和變形特點，常以蛇綠混雜巖帶或區(qū)域性剪切帶構(gòu)成地質(zhì)構(gòu)造單元的邊界[5-6]，前人沿邊界斷裂由北向南將西昆侖造山帶劃分為昆北地塊、昆中地塊及昆南地塊[7]。

本次研究的賽利亞克群火山巖，位于西昆侖造山帶東段溫泉—獨尖山一帶，是昆南地塊的重要組成部分，對研究古特提斯洋的構(gòu)造演化具有重要意義[4，6-8]。由于極端的自然條件所限，前人對溫泉—獨尖山一帶的研究主要集中在蘇巴什蛇綠混雜巖帶內(nèi)[8-9]，對蛇綠混雜巖帶兩側(cè)的配套火山巖研究較少。隨著近些年西昆侖基礎(chǔ)地質(zhì)工作的開展，獲得了一些基礎(chǔ)地質(zhì)成果，本次研究依托“新疆西昆侖溫泉—獨尖山一帶1∶5萬四幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”項目，在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對西昆侖溫泉—獨尖山一帶中-下二疊統(tǒng)賽利亞克群火山巖進行詳細的巖石學(xué)、巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)及年代學(xué)研究，探討研究區(qū)二疊紀(jì)火山巖成因及其構(gòu)造環(huán)境，為西昆侖造山帶東段構(gòu)造演化歷史提供相關(guān)地質(zhì)證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于西昆侖東段，蘇巴什蛇綠構(gòu)造混雜巖帶南側(cè)，東西昆侖交界位置，在大地構(gòu)造位置上屬于昆南-羌北縫合系(圖1a)。研究區(qū)北鄰西昆侖地區(qū)在晚古生代原特提斯殘留洋的基礎(chǔ)上發(fā)生了一次非常明顯的開與合，石炭紀(jì)古特提斯大洋發(fā)生伸展擴張，至早二疊世，研究區(qū)北部的蘇巴什殘留洋盆再次發(fā)生擴張，繼承性的形成古特提斯洋；中二疊世，蘇巴什洋向南北兩側(cè)擴張俯沖消減，在蘇巴什南側(cè)形成了卡拉勒塔什巖漿??；中二疊世末期，蘇巴什洋盆進一步縮小，殘余的洋殼向陸殼碎塊之下俯沖，使其具有島弧性質(zhì)[9-12]。根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層手冊》(2012版)，賽利亞克群由原賽利亞克群[13]與“1∶25萬于田縣幅區(qū)調(diào)”下-中二疊統(tǒng)阿羌火山巖、“1∶25萬伯力克幅區(qū)調(diào)”二疊紀(jì)卡拉勒塔什巖群合并而來，為一套緊鄰蘇巴什混雜巖帶南側(cè)分布的一套島弧火山巖建造，巖性組合為雜色基、中、酸性火山巖夾少量陸源碎屑巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖，局部為雜色陸源碎屑巖、碳酸鹽巖夾基性火山巖，與下伏上石炭統(tǒng)庫爾量群整合接觸，與上覆中-下侏羅統(tǒng)葉爾羌群不整合接觸。

2 火山巖地質(zhì)及巖石學(xué)特征

2.1 火山巖地質(zhì)特征

溫泉-獨尖山一帶的賽利亞克群，分布于研究區(qū)北部阿克蘇卡子一帶，呈條帶狀近EW向展布，出露總面積約78.38km2，厚度大于2616.5m，其中火山巖約占總厚度的22.9%。賽利亞克群北側(cè)與蘇巴什蛇綠構(gòu)造混雜巖帶呈斷層接觸，南側(cè)與黃羊嶺組呈斷層接觸(圖1b)[12]。

研究區(qū)內(nèi)賽里亞克群以火山熔巖、火山碎屑巖夾正常沉積碎屑巖為主，為一套典型島弧火山巖建造。本次工作將該群進一步劃分為3個巖組，分別為：

第一巖組：主要為一套正常碎屑巖與中性火山熔巖互層夾少量火山碎屑巖，主要巖性為灰綠色細中粒巖屑長石砂巖、碎裂蝕變安山巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)板巖，自下而上表現(xiàn)為顏色逐漸由深灰-灰綠色過渡為深灰-灰黑色。該段向下與蘇巴什蛇綠混雜巖帶呈斷層接觸，厚度>1156.6m。

第二巖組：主要為一套正常沉積碎屑巖夾基性火山熔巖、火山碎屑巖，主要巖性為灰綠、紫灰色杏仁玄武巖、玄武質(zhì)火山角礫巖、細粒長石巖屑砂巖、顆粒玄武巖、凝灰質(zhì)板巖，自下而上表現(xiàn)為火山巖夾層厚度增大，上部開始出現(xiàn)粉砂巖夾層，而砂巖厚度逐漸減小，表現(xiàn)為退積型組合特征。該段在研究區(qū)東部與黃羊嶺組第四段呈斷層接觸，向下與第一巖組呈斷層接觸，厚度>1459.9m。

第三巖組：主要為一套正常沉積碎屑巖夾酸性火山熔巖、凝灰?guī)r，主要巖性為淺紫灰色英安巖、綠灰色晶屑凝灰?guī)r、深灰色細粒長石巖屑砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，該段在研究區(qū)內(nèi)頂?shù)壮雎恫蝗蛏吓c黃羊嶺組第四段呈斷層接觸，向下與第二巖組接觸關(guān)系不明顯。

賽里亞克群的火山碎屑巖、陸源碎屑巖夾層在研究區(qū)由西向東碎屑巖的數(shù)量相對減少。垂向上，從下往上，碎屑巖數(shù)量具有由少至多再減少的特點?；鹕綆r相以溢流相為主，爆發(fā)相次之，爆發(fā)相僅占火山巖厚度的6.3%。巖石類型主要為杏仁狀、氣孔狀玄武(玢)巖、安山巖，次為英安巖等。根據(jù)區(qū)內(nèi)火山巖相在空間上總體呈帶狀相間展布特征分析，火山噴發(fā)型式主要為裂隙式噴發(fā)。

2.2 巖石學(xué)特征

賽里亞克群火山巖以杏仁狀玄武巖、球顆玄武巖、安山巖為主，次為凝灰?guī)r，其中玄武巖局部發(fā)育氣孔、杏仁構(gòu)造。

(1)杏仁玄武巖。巖石未見明顯斑晶，具間粒結(jié)構(gòu)。板條狀斜長石微晶雜亂排列，在其架狀空隙間充填若干個他形粒狀輝石和少量磁鐵礦等。斜長石具輕微程度黏土化。含量估計，斜長石為53%；輝石為44%；鐵質(zhì)為3%。杏仁體呈不規(guī)則狀、次圓狀，大小在1.3～0.5mm，其內(nèi)充填方解石，杏仁體含量約18%(圖2a、圖2d)。

a：Ⅰ—塔里木陸塊；Ⅱ—鐵克里克斷隆帶；Ⅲ—北昆侖早古生代巖漿弧帶；Ⅳ—中昆侖微陸塊；Ⅴ—南昆侖晚古生代殘弧帶；Ⅵ—巴顏喀拉晚古生代-中生代邊緣裂陷盆地；Ⅶ—甜水海-北羌塘陸塊群；Ⅷ—喀拉昆侖-南羌塘陸塊；Ⅸ—明鐵蓋地塊；①—鐵克里克北緣斷裂；②—柯崗斷裂；③—庫地-其曼于特蛇綠構(gòu)造混雜巖帶；④—蘇巴什-柳什塔格蛇綠構(gòu)造混雜巖帶；⑤—康西瓦-木孜塔格蛇綠構(gòu)造混雜巖帶；⑥—郭扎錯-西金烏蘭湖-金沙江結(jié)合帶；⑦—龍木錯-雙湖結(jié)合帶；⑧—塔阿西-岔路口構(gòu)造混雜巖帶。b：1—第四紀(jì)現(xiàn)代冰川；2—第四紀(jì)沖洪積堆積物；3—第四紀(jì)烏魯克庫勒組安山質(zhì)、玄武質(zhì)火山巖；4—古近紀(jì)阿爾塔什組砂巖、砂礫巖；5—二疊紀(jì)黃羊嶺組四段粉砂巖、板巖；6—二疊紀(jì)黃羊嶺組三段粉砂巖、砂質(zhì)板巖；7—賽利亞克群第二組玄武巖、凝灰?guī)r、巖屑砂巖；8—賽利亞克群第一組安山巖、凝灰?guī)r、巖屑砂巖；9—奧陶紀(jì)瑪列茲肯組砂巖；10—蘇巴什蛇綠混雜巖；11—特殊地質(zhì)體；12—板塊俯沖帶；13—逆斷層；14—走滑斷層；15—地質(zhì)界線；16—地層產(chǎn)狀；17—板理產(chǎn)狀；18—倒轉(zhuǎn)地層產(chǎn)狀；σC—石炭紀(jì)橄欖巖巖片；ψC—石炭紀(jì)輝石巖巖片；νC—石炭紀(jì)輝長巖巖片；νP—二疊紀(jì)輝長巖巖片；βP—二疊紀(jì)玄武巖巖片；αP—二疊紀(jì)安山巖巖片；lsP—二疊紀(jì)灰?guī)r巖片；siP—二疊紀(jì)硅質(zhì)巖巖片；ζ—英安巖；tf—凝灰?guī)r圖1 新疆西昆侖溫泉-獨尖山一帶賽利亞克群火山巖地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻[12]修改)

a，d—氣孔狀玄武巖；b，e—球顆玄武巖；c，f—安山巖；Cc—方解石；Pl—斜長石；Dol—白云石；Q—石英圖2 新疆西昆侖溫泉—獨尖山一帶賽利亞克群火山巖野外及鏡下鑒定照片

(2)安山巖。巖石由斑晶(1%)和基質(zhì)(99%)組成。斑晶主要為蝕變暗色礦物，呈半自形柱狀，0.7～0.5mm，已完全程度方解石化，殘留輪廓，據(jù)晶形判斷為輝石等，不均勻分布?；|(zhì)主要為板條狀斜長石微晶半定向排列，其間充填少量他形粒狀磁鐵礦(已赤鐵礦化)、次生綠泥石等。綠泥石由暗色礦物蝕變而來，殘留輪廓。含量估計：斜長石85%，磁鐵礦3%，次生綠泥石12%。巖石后期受力，部分組分破碎，裂隙若干條，寬度2.5～0.02mm，其內(nèi)充填破碎的原巖組分、鐵質(zhì)、方解石(Cc)等，碎基含量約占25%，具碎裂結(jié)構(gòu)(圖2c、圖2f)。

(3)球顆玄武巖。暗紫色，球顆結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石由斑晶(2%)和基質(zhì)(98%)組成。后期受力破碎，裂隙發(fā)育，切割巖石，巖石組分呈棱角狀碎塊，具碎裂結(jié)構(gòu)。裂隙寬度1.3～0.05mm其內(nèi)充填白云石(Dol)。斑晶為斜長石，半自形板狀，1.3mm，受力破碎?；|(zhì)主要為斜長石和輝石的玻璃—隱晶纖維呈束狀集合體，構(gòu)成隱束球顆結(jié)構(gòu)(圖2b、圖2e)。

3 火山巖地球化學(xué)特征

本次研究所采取的樣品均采自地質(zhì)剖面和主干路線的代表性新鮮巖石，共計7件樣品，巖性以安山巖和英安巖為主。樣品主量、微量和稀土元素的測試工作由核工業(yè)新疆理化分析測試中心鑒定完成。分析結(jié)果見表1、表2。

表1 賽利亞克群火山巖主量元素(%)分析結(jié)果表

表2 賽利亞克群火山巖微量元素(×10-6)分析結(jié)果表

3.1 主量元素特征

經(jīng)計算，安山巖樣品SiO2為57.53%～76.85%，堿總量5.14%～6.03%，里特曼指數(shù)0.78～2.36；英安巖樣品SiO2含量為64.45%～64.73%，里特曼指數(shù)為0.95～1.17，呈鈣堿性巖。與中國同類火山巖的平均化學(xué)成分相比[14]，巖石化學(xué)成分多居于流紋巖與安山巖之間。樣品堿度率AR從1.63～2.24，固結(jié)指數(shù)7.47～17.84，Na2O/K2O為0.93～116，平均值18.2，屬鈉質(zhì)系列。鋁質(zhì)指數(shù)(A/CNK)為0.73～0.98，平均為0.85，屬于偏鋁質(zhì)巖石。

在火山巖硅-堿TAS分類圖(圖3a)中，1件樣品落在安山巖區(qū)，2件樣品落在英安巖區(qū)，其余4件樣品落在流紋巖區(qū)。在火成巖AFM圖解中(圖3b)，樣品點主要落在鈣堿性系列，而在AR-SiO2圖(圖3c)中，7件樣品同樣落入鈣堿性區(qū)。綜合樣品主量元素特征，巖石屬于偏鋁質(zhì)鈣堿性系列火山巖。

a：1—苦橄玄武巖；2—玄武巖；3—玄武安山巖；4—安山巖；5—英安巖；6—流紋巖；7—石英巖；8—粗面玄武巖；9—玄武質(zhì)粗面安山巖；10—粗面安山巖；11—粗面英安巖；12—粗面巖；13—堿玄巖；14—響質(zhì)堿玄巖；15—堿玄質(zhì)響巖；16—響巖；17—副長火山巖；18—霞石巖。b：A=Na2O+K2O；F=FeO+0.9Fe2O3；M=MgO。c：AR=[Al2O3+CaO+(Na2O+K2O)]/[Al2O3+CaO-(Na2O+K2O)]圖3 新疆西昆侖溫泉—獨尖山一帶賽利亞克群火山巖主量元素TAS圖解(a)[15]、AFM圖解(b)[16]及AR-SiO2圖解(c)[16]

3.2 稀土和微量元素特征

從表2中可看出，賽里亞克群火山巖微量元素與中國大陸巖石圈化學(xué)元素豐度值相比[14]，B、K、Th、Ba、Nb、Zr、Hf、Ti、Li、Pb等元素含量較高，為弱富集，平均含量多為大陸巖石圈豐度值的1.0～2.0倍，Ba、Nb、Hf元素含量尤為富集，普遍為大陸巖石圈豐度值的2.0倍以上，其中大離子親石元素Ba達到19倍以上。其余元素如F、Sr、Rb、U、Re、Ta、P、Ni、Cr、Be等貧化，顯示虧損狀態(tài)。

從微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)蛛網(wǎng)圖(圖4a)中可看出，標(biāo)準(zhǔn)化分布型式呈向右緩傾，右端幾近平直，Th、U、La、Nd、Hf元素呈峰值，顯示富集；K、Ba、Nb、Ce、P、Ti顯示虧損，Nb呈槽及Th、Hf呈峰值，說明區(qū)內(nèi)火山巖與陸殼有密切關(guān)系，其受地殼物質(zhì)混染作用明顯，總體顯示出島弧火山巖的微量元素特征。

圖4 新疆西昆侖溫泉—獨尖山一帶賽利亞克群火山巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)蛛網(wǎng)圖(a)[17]和稀土元素配分曲線圖(b)[17]

與中國大陸巖石圈化學(xué)元素豐度值相比[14]，研究區(qū)樣品14種稀土元素均表現(xiàn)為富集(表3)。

表3 賽利亞克群火山巖稀土元素(×10-6)分析結(jié)果表

玄武巖稀土總量∑REE介于97.96×10-6～262.16×10-6，輕稀土總量∑LREE介于87.48×10-6～238.83×10-6，重稀土總量∑HREE介于10.17×10-6～23.33×10-6，LREE/HREE為7.62～10.24，(La/Yb)N值介于9.45～20.07，表明輕、重稀土元素分餾明顯，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線呈右傾型(圖4b)。(La/Sm)N=3.49～5.11，指示輕稀土元素內(nèi)部發(fā)生了明顯分餾，(Gd/Yb)N=1.35～3.93，說明重稀土元素內(nèi)部分餾不明顯。樣品呈弱的負(fù)銪異常(δEu=0.70～1.02，平均0.81)。

樣品輕稀土元素配分曲線向右陡傾(圖4b)，重稀土配分曲線相對平坦，輕重稀土分異明顯，與島弧火山巖相似，弱負(fù)銪異常說明在巖漿演化過程中斜長石的分離結(jié)晶作用不明顯。

4 構(gòu)造環(huán)境探討

賽里亞克群火山巖為一套火山熔巖、火山碎屑巖夾陸源碎屑巖建造?；鹕饺蹘r以安山巖、玄武巖、英安巖為主。

在Th-Hf/3-Ta構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖5a)中，7件樣品有6件落入D區(qū)(火山弧玄武巖)，1件落入B區(qū)(大洋玄武巖)；Th/Yb、Ta/Yb等微量元素對比值對分離結(jié)晶作用不敏感，在Th/Yb-Ta/Yb圖解(圖5b)中，火山巖樣品大部分落入VAB(火山弧玄武巖)區(qū)域；在Lu-Eu-Sr圖解(圖5c)中，除1件樣品外(D4013/1)，大部分樣品點落在IAB區(qū)域(島弧玄武巖)。這些圖解說明賽里亞克群火山巖巖漿主要來源于地幔，但有地殼物質(zhì)的明顯加入，形成于大陸邊緣的島弧環(huán)境。

塞里亞克群緊鄰其蘇巴什蛇綠巖帶南側(cè)分布，又具典型巖漿弧火山巖特點。大量事實[18-21]證明蘇巴什蛇綠巖所代表的晚古生代洋盆早二疊世開始向南俯沖消減，中二疊世末已完全消失，故認(rèn)為該套地層時代應(yīng)為早-中二疊世。

a：Th-Hf-Ta圖解(據(jù)文獻[22])，A—N型MORB；B—E型MORB；C—堿性板內(nèi)玄武巖；D—火山弧玄武巖。b：Th/Yb-Ta/Yb圖解(據(jù)文獻[23])；VAB—火山弧玄武巖(IAT—島弧拉斑玄武巖；CAB—鈣堿性玄武巖；SHO—橄欖粗安巖)；MORB—洋中脊拉斑玄武巖；WPB—板內(nèi)玄武巖(TH—拉斑玄武巖的，TR—過渡的，ALK—堿性的)。c：Eu-Lu-Sr圖解(據(jù)文獻[24])；MORB—洋中脊玄武巖；IAB—島弧玄武巖；OIB—洋島玄武巖圖5 新疆西昆侖溫泉—獨尖山一帶賽利亞克群火山巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解

5 結(jié)論

(1)新疆西昆侖溫泉—獨尖山一帶賽里亞克群以火山熔巖、火山碎屑巖夾正常沉積碎屑巖為主，為一套典型島弧火山巖建造。

(2)巖石地球化學(xué)顯示研究區(qū)火山巖屬于偏鋁質(zhì)鈣堿性系列火山巖，稀土元素表現(xiàn)為輕稀土富集、重稀土虧損，Eu異常不明顯，富集Th、U、La、Nd、Hf等元素，虧損 K、Ba、Nb、Ce、P、Ti等，反映出島弧火山巖的特點。

(3)塞里亞克群北側(cè)與蘇巴什蛇綠巖帶相鄰，巖石具典型巖漿弧火山巖特點。以蘇巴什蛇綠巖為代表的晚古生代洋盆早二疊世開始向南俯沖消減，中二疊世末已完全消失，筆者認(rèn)為塞里亞克群火山巖時代應(yīng)為早-中二疊世。