新疆柯坪喀孜马地区早三叠世基性杂岩体地球化学特征及大地构造意义

郑飞，李咸阳，尚明亮，刘勇，冯琛伟(新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830011)



新疆柯坪喀孜马地区早三叠世基性杂岩体地球化学特征及大地构造意义

郑飞，李咸阳，尚明亮，刘勇，冯琛伟
(新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830011)

摘要：柯坪喀孜马研究区位于塔里木盆地西北缘，该地区古生代沉积地层极发育，岩浆作用相对较微弱，仅部分地区出露岩墙。通过对新疆柯坪县喀孜马地区基性杂岩体的产出地质背景、岩石学及地球化学特征分析，判别其构造环境、构造背景及大地构造意义。基性杂岩体表现出一致的LREE富集的右倾型分布型式,轻重稀土分布较明显。有Ba，Th，Ta，Nb元素隆起及弱Hf，Zr，Sm元素隆起，具“M”型双隆起特征，与板内碱性玄武岩微量元素的特征相似，具岩浆同源演化特点。地球化学特征表明，岩浆演化过程主要受分离结晶作用控制，可能未遭受明显的地壳混染作用或源区未遭受俯冲组分的强烈改造，侵位时间为早三叠世。认为柯坪县喀孜马地区出露的基性杂岩是塔里木巴楚大火成岩省岩浆作用的产物。记录了塔里木盆地晚石炭—早二叠世一次重要的伸展事件，为理解该区晚古生代地幔属性及深部构造背景提供了重要窗口。

关键词：基性杂岩体；岩浆作用；地球化学；早三叠世

新疆柯坪喀孜马地区位于塔里木盆地西北缘，该研究区内地质研究程度较低。前人在研究区相邻的巴楚小海子水库附近的麻扎尔塔格、柯坪印干村、沙井子、一间房等地开展了对火成岩的相关研究。据陈咪咪等的研究，塔里木西北柯坪地区开派兹雷克组中的玄武岩喷发最晚时限是二叠纪。巴楚麻扎尔塔格地区的辉绿岩、正长岩、石英正长岩与斑岩脉构成了连续的基性-中性-酸性岩浆演化系列，巴楚、一间房和塔北地区的晚期岩浆体积较小，属塔里木火成岩省晚期岩浆作用产物。基性侵入岩脉是由于地幔的玄武质岩浆及受分异作用或受地壳混染作用影响的岩浆充填张性空间而成，常被作为大洋和大陆伸展构造的标志。因此，基性侵入岩脉对于理解地幔源区性质及构造背景，特别是理解伸展背景下的地幔源区属性有重要意义。

柯坪喀孜马调查区位于塔里木盆地西北缘，该地区古生代沉积地层极发育，岩浆作用相对较微弱，仅有少量基性侵入岩脉。位于该区东南方向的巴楚邻区在晚古生代时岩浆作用较发育，该期岩浆活动主要以巴楚隆起区所出露的超基性、基性、酸性岩石组合为典型代表。超基性、基性、酸性岩石组合记录了塔里木盆地晚石炭—早二叠世一次重要的伸展事件，为理解该区晚古生代地幔属性及深部构造背景提供了重要窗口，也有助于加深对塔里木盆地晚古生代大地构造演化的理解。喀孜马地区与巴楚地区均处于塔里木盆地西北缘且在地理位置上紧邻，两地所产出的基性侵入岩脉的岩石学、岩石地球化学特征、构造环境及岩石成因是否存在一定关联值得思考。基于先前分析及上述疑问，本文拟通过重点论述研究区内基性侵入岩的产出地质背景、岩石学及地球化学特征，判别其构造环境，以期查明两者是否真存在一定联系，也可为理解塔里木盆地西北缘晚古生代岩浆活动总体特征及构造意义提供新的约束。

1　区域地质背景

研究区位于塔里木盆地西北缘，属塔里木微板块Ⅱ级构造单元。研究区位于柯坪前陆盆地Ⅲ级构造单元。区内山体众多，多以单面山形式产出，广泛分布有寒武—二叠系以及古近—新近系、第四系各套沉积地层（图1），普遍缺失中生界。区内岩石变质程度极低，岩浆岩不发育，仅局部有少量基性岩体和脉岩出露。笔者在萨尔干断裂中部东侧首次发现基性岩体，出露规模为0.84 km2。区内广泛发育新生代逆冲推覆断裂及晚古生代深大断裂，同时发育多个向斜褶皱及构造断块，从而构成研究区现今地貌格局。

图1　地质略图Fig.1 Geological Sketch1.第四系;2.新近系库车组、康村组;3.上石炭统康克林组;4.泥盆系克兹尔塔格组、依木干他乌组;5.志留系塔塔埃尔塔格组、柯坪塔格组; 6.中奥陶统其浪组、坎岭组;7.下奥陶统丘里塔格组;8.上寒武—下奥陶统阿瓦塔格组;9.辉长岩类:辉长岩、二长辉长岩、辉绿辉长岩、橄榄辉长玢岩;10.丘里塔格组白云岩灰岩;11.地质界线;12.角度不整合;13.平等不整合; 14.性质不明断层;15.推测断层

2　岩相学特征

基于研究对象必须在该地区具一定代表性的因素考虑，在本次研究对象的选取中，采集的9件样品源自喀孜马地区基性杂岩体不同部位。笔者通过岩石手标本及薄片镜下鉴定发现，喀孜马地区基性侵入岩的岩性为辉长岩。样品呈灰黑色，斑状结构，基质具辉长结构，块状构造。岩石由中拉长石、普通辉石、斜方辉石、黑云母、磁铁矿等组成。其镜下特征如下：

橄榄辉长玢岩岩石呈灰黑色，斑状结构，辉长结构，块状构造。岩石由斑晶和基质组成。斑晶（5%）由橄榄石组成。橄榄石（5%）：粒状，粒径1.0～ 2.8 mm，无色，裂纹发育。基质（95%）：斜长石(45%)：呈半自形板状，聚片双晶发育。普通辉石(35%)：粒状、柱状，具辉石式解理。黑云母(15%)：片状，杂乱分布。橄榄石(少量)：粒状，粒径0.1～0.5 mm，裂纹发育。磷灰石（微量）：柱、针状、粒状。磁铁矿（少量）：粒状。

二长辉长岩岩石呈灰黑色，辉长结构，块状构造。岩石由斜长石和暗色矿物组成。斜长石（45%～ 55%）：呈半自形板状，聚片双晶发育，部分呈放射状集合体分布。钾长石（10%～20%）：他形粒状，具条纹结构，为条纹长石，轻度泥化，分布于斜长石之间。辉石（30%）：粒状、柱状，淡红褐色，具辉石式解理，可见砂钟构造，为钛辉石。黑云母（2%）：片状，褐-棕红色，多色性显著。磁铁矿（少量～3%）：粒状。角闪石（0～5%）：柱状，具闪石式解理。磷灰石（少量）：柱状、针状、粒状。

图2　岩性结构镜下照片Fig.2 A picture of a lithologic structurea——橄榄辉长玢岩:斑状结构基质辉长结构，斑晶为橄榄石，基质由细粒斜长石、辉石，少量黑云母组成;b——二长辉长岩:辉长结构，岩石由细粒斜长石、淡紫色含钛普通辉石，少量钾长石、磁铁矿组成,局部见褐黄色角闪石呈辉石反应边;c——辉绿辉长岩:斑状基质辉长辉绿结构,正岩石由斜长石、淡紫色含钛普通辉石组成,显斑状结构

辉绿辉长岩岩石呈灰黑色，斑状结构，块状构造，基质具辉长辉绿结构。岩石斑晶由自形板状的斜方辉石构成（2%），斜方辉石表面多裂纹；半自形柱状的普通辉石（3%）；半自形板状的中拉长石（10%）。基质由细板条状拉长石（42%）杂乱分布；长石间有半自形柱状的含钛普通辉石（25%）分布；辉石间有片状黑云母（10%）分布；在含钛普通辉石间有半自形粒状的磁铁矿（8%）分布。

3　地球化学特征

3.1主量元素地球化学特征

从表1中可看出，SiO2含量变化范围为45.95% ～48.01%，属基性岩（去除灼失量经100%处理，下同），Na2O含量变化范围为3.91%～5.91%，K2O变化范围为2.76%～3.59%，碱质总量为（Na2O＋K2O）为6.39%～9.04%。各样品K2O/Na2O（0.49～0.69）均小于1，表明地壳成熟度较低。样品中MgO含量为2.84%～7.65%。FeOt变化范围为9.354%～11.776%，除个别样品外，样品的Fe2O3/FeO＜1，反映岩石形成于还原条件下。里特曼指数δ=2.09～3.92。分异指数（DI）在前期结构产物，辉长岩、二长辉长岩中为40.73～49.43，表明结晶程度有所增加；在后期结构产物橄榄辉长玢岩、辉长玢岩、辉绿辉长岩中为37.9～57.34，表现出有规律的增高，反映其分异结晶程度高。铝系数A/ NCK为0.532～0.713，均小于1。

表1　主量元素地球化学特征Table 1 Main factor in the study of the characteristics of the element of the main factor　　单位：%

在K2O-SiO2图解中（图3），样品均落于钾玄岩系列，说明在基性杂岩体形成过程中源区岩浆演化系列为钾质碱性玄武系列。

图3　K2O-SiO2图解Fig.3 K2O-SiO2Graphic

在主量元素、Sr，Ni与MgO散点图中（图4），基性杂岩体中的MgO与各氧化物间具一定的相关性，其中SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、P2O5和MgO负相关，FeOt（FeO+0.9Fe2O3）、TiO2、Ni、MnO、CaO/Al2O3与MgO呈正相关，CaO，Sr与其相关性不明显。表明岩浆在岩浆房和（或）侵位过程中存在着分离结晶作用，Al，Ca，Na等元素优先进入斜长石结晶相，少量的Mg，Fe则选择性的进入暗色矿物相。副矿物主要为磷灰石、钛铁矿，说明岩浆存在富含P，Ti的矿物相。MgO与Al2O3、Na2O、K2O、P2O5存在负相关性，说明在岩浆演化过程中可能存在辉石、长石等矿物的结晶分异作用。

图4　主量元素，Sr，Ni与MgO相关图解Fig.4 Main elements, Ni, MgO and Sr related diagrams

3.2微量元素地球化学特征

微量元素成分及参数特征见表2。在原始地幔标准化蛛网图解中（图5-a），样品有Ba，Th，Ta，Nb元素隆起及弱Hf，Zr，Sm元素隆起，具“M”型双隆起特征，与板内碱性玄武岩微量元素特征相似。有很弱的Rb，U，Nd负异常，显示出Nb，Ta轻微正异常，大离子亲石元素（LILE）相对富集，高场强元素（HFSE）无明显亏损特征，整体表现为右倾斜的平行分布曲线簇（图5），反映岩浆具同源演化特点。Nb，Ta的弱富集和弱的Sr负异常表明，岩浆演化过程中可能未遭受明显的地壳混染作用或源区未遭受俯冲组分的强烈改造。由于样品未显示出明显Eu异常，SiO2与Eu也未显示出明显的相关关系，表明岩浆演化过程中斜长石的分异结晶作用有限。稀土元素特征指示母岩浆中斜长石的结晶程度很低。弱的Sr负异常并非斜长石分离结晶造成，而是由于热液蚀变作用，因为Rb，Ba，K，Sr都是热液蚀变过程中的强活动性元素[6],这些元素在后期蚀变过程中会发生丢失。若不考虑热液蚀变作用影响，微量元素分布型式与未经地壳物质混染的大陆裂谷或洋岛玄武岩类似。

3.3稀土元素特征地球化学特征

稀土元素成分及特征参数值见表2，岩体样品稀土含量较高，∑REE变化范围为137.41×10- 6～ 193.21×10-6。在球粒陨石标准化图解上（图5-b），样品表现出LREE富集的右倾型分布型式,轻重稀土分布均较明显，反映其为同源产物。轻稀土与重稀土比值（L/H）＞1，5.24～10.28（T1-6为5.24），反映轻稀土富集，重稀土亏损的特点。（La/Yb）N＞1，为3.63～9.24（T1-6为3.63），亦反映轻稀土富集，重稀土亏损的特点。（La/Sm）N＞1，为4.32～6.74，反映轻稀土分馏程度较好，为右缓倾斜的曲线。样品δCe＞1，为1.24～1.97铕弱富集，δEu值仅T1-6号辉绿辉长岩小于1（0.83），为铕弱亏损外，其它各样品均大于1（1.00～1.04），为铕弱富集。

表2　岩体微量元素组成Table 2 Trace elements of rock mass　单位：×10-6

图5　微量元素原始地幔标准化蛛网图解（a）与稀土元素球粒陨石标准化图解（b）Fig.5 The primitive mantle normalized trace element spider diagrams (a) and Standard diagram of rare earth element(b)（据Sun and McDonald，1989）

4　基性岩墙侵位时限

岩体侵入下奥陶统丘里塔格组白云岩中，推断岩株侵入时代应在早奥陶世以后。本次对岩体（12TWS8-T1-6）进行LAICPMS锆石U-Pb测年（图1）。

LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年测试分析在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室完成，锆石定年分析所用仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。LA-MC-ICP-MS激光剥蚀采样采用单点剥蚀方式。数据分析前用锆石GJ-1进行调试仪器，使之达到最优状态。锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标，U，Th含量以锆石M127[36]为外标进行校正。测试过程中在每测定5～7个样品前后重复测定两个锆石GJ1对样品进行校正，并测量一个锆石Plesovice，观察仪器的状态以保证测试的精确度。数据处理采用ICPMSDataCal程序[35]，测量过程中绝大多数分析点206Pb/204Pb>1000,未进行普通铅校正，204Pb由离子计数器检测，204Pb含量异常高的分析点可能受包体等普通Pb的影响，对204Pb含量异常高的分析点在计算时剔除，锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得。

图6　基性杂岩体（12TWS8-T1-6）SHRIMP法U-Pb同位素年龄谐和图和直方图Fig.6 Mafic rock SHRIMP U-Pb isotope age harmonic map

辉绿辉长岩（12TWS8-T1-6）的测年结果见同位素年龄谐和图（图6），数值分析结果见（表3）。在CL图像及测点位置中可看出锆石有两类（图7）：第一类锆石呈较自形-他形-等轴状，粒度为0.1～0.3 mm,平均粒度0.2 mm，晶棱圆滑，核部重结晶锆石具明显的残留岩浆环带，为岩浆重结晶锆石；第二类锆石呈自形，柱状，粒径0.1～0.3 mm,平均粒度0.2 mm，有明显环带，无核，为岩浆锆石。在U-Pb谐和线上构成较一致的年龄组为（245±11）Ma（MSWD = 0.012）。

表3　新疆阿图什地区基性杂岩SHRIMP U-Pb测年分析结果表Table 3 Xinjiang Atushi area mafic rocks SHRIMP U-Pb dating results table

图7　基性杂岩体（12TWS8-T1-6）样品锆石的CL图像及测点位置Fig.7 CL images and the location of the measurement points of zircon from the base of the complex rock sample

5　早三叠世基性杂岩体形成构造背景及大地构造意义

侵入岩的产出都与构造背景相联系。由于火成岩中某些元素丰度场对构造背景的灵敏性和对成岩后构造变动的相对稳定性具一定影响，岩石化学成分可成为反映构造环境的一个重要标志。由其微量元素分布曲线可看出其分布型式与未经地壳物质混染的大陆裂谷或洋岛玄武岩类似。利用K2O-TiO2-P2O5，2Nb-(Zr/4)-Y，TiO2-Zr等岩石化学判别图解对其形成构造背景做进一步判别。判别图8-a中柯坪喀孜马地区杂岩体样品投影点无一例外的落在大陆环境玄武岩内，图8-b中柯坪喀孜马地区杂岩体样品均落在板内玄武岩区域内，图8-c中柯坪喀孜马地区杂岩体样品都落在板内碱性玄武岩区域内。

图8　岩株构造环境的KTP判别图(a)，构造环境的TiO2-Zr判别图(b)与构造环境的2Nb-(Zr/4)-Y判别图(c)Fig.8 KTP discrimination diagrams of tectonic setting of rock strains（a)，TiO2-Zrdiscrimination diagrams of tectonic setting (b) and 2Nb -(Zr/4) -Y discriminant diagram of the onstructed environment (c)（据Pearce T.H.，1975；据李昌年等，1992；据Meschede M.，1986）1.橄榄辉长玢岩2.二长辉长岩;3.辉长玢岩;4.辉绿辉长岩;5.辉长岩I——大洋环境玄武岩；II——大陆环境玄武岩WPB——板内玄武岩；VAB——火山岛弧玄武岩；MORB——洋中脊玄武岩AI和II——板内碱性玄武岩；II和C——板内拉斑玄武岩；B——P-MORB；D——N-MORB；C和D——火山岛弧玄武岩

塔里木盆早三叠世时，古特提斯洋向北的俯冲作用加剧，盆地西部地区、祁漫塔格地区隆起,盆地为其周缘隆起所围限，沉积局限于坳陷内，即现今盆地的中部和北部边缘。库车地区受冲断负荷作用而挠曲沉降，构造沉降幅度较大，出现了半深湖环境。盆地内部处于克拉通的中央，沉积相带呈近EW向展布，沉降中心与沉积中心略有偏离，呈EW向展布，反映出中部盆地除热冷却沉降机制外还可能受盆地边界的控制。该时期构成库车前陆盆地的新和前缘隆起可能沿轮台、雅克拉等断裂向南侧的盆地发生冲断，在断裂的南侧广泛发育了三角洲沉积体系。据此认为，处于新和前缘隆起之后的盆地内部，即“前陆盆地体系的隆后部位”，不但具热冷却沉降、隆后环境的均衡调整成因，且由于新和前缘隆起的冲断作用，发生了一定程度挠曲沉降[10-13]。因此，盆地中部具复合成因机制，由于前陆冲断隆起所分割，在柯坪地区形成柯坪隆起，及特殊的山间盆地地貌。笔者首次在萨尔干断裂中部阿特勒马塔格山断块西南侧发现基性杂岩体（图1）。早三叠纪基性杂岩体由辉长岩和少量辉绿岩组成，从稀土元素分布曲线图中可发现，喀孜马地区的辉长岩轻稀土元素分布曲线与重稀土元素分布曲线具相同的斜率，而不是像板块汇聚边缘玄武岩那样，轻稀土元素分布曲线普遍向右陡倾，而重稀土元素分布曲线相对平坦[33-34]。另外，研究区内沉积岩层中由构造活动产生的张性节理较发育。这些特征都说明，柯坪喀孜马地区基性杂岩体的形成处于板内（陆内）拉张环境。样品证实塔北地区有早三叠世的火山活动，巴楚未见早三叠世的火山岩，但在巴楚小海子见晚三叠世的辉绿岩（235 Ma）和玄武岩（205 Ma）［8］；塔北未见晚三叠世的火成活动。这意味着巴楚中二叠世的基性岩活动与塔北中—晚二叠世（可延续到早三叠世）的以酸性岩喷发为主的火山活动可能有不同的构造背景。塔北隆起晚期旋回的火山岩是南天山洋消减引起的俯冲造山作用在板内的反映。东段闭合较早，直接制约了塔西与塔北中二叠世的火山（成）活动，二者具不同的构造背景[16]。

柯坪县喀孜马地区与巴楚地区在地理位置上同处于塔里木盆地西北缘，紧邻中亚造山带，与巴楚基性辉绿岩脉地球化学特征有相似性。笔者认为柯坪县喀孜马地区出露的基性杂岩是塔里木巴楚大火成岩省岩浆作用的产物，喀孜马地区出露的基性杂岩体年代数据（245±11）Ma，为早三叠世。海西旋回末期—印支旋回早期，海西运动对塔里木台地边缘产生较大的作用。塔里木台地边缘发育NNW、NNE向等断裂，研究区外西边NNW向普昌断裂和研究区内NNE向萨尔干断裂此时开始形成雏形，大量超基性-基性岩体由上地幔下地壳沿深大断裂向上地壳侵入。研究区内灰黑色橄榄辉长玢岩体就是沿萨尔干深大断裂中部通道向上地壳侵入，地表出露较小规模的超基性-基性岩体。随着塔里木台地边缘进入燕山旋回，侏罗—白垩纪燕山运动使区内NNE向萨尔干断裂再次活化，加大了断裂规模，将研究区分割为以萨尔干为界的东西两块体，即研究区内现在的东部逆冲推覆系统和西部逆冲推覆系统。

6　讨论

（1）早三叠世基性杂岩体主体为辉长岩，在球粒陨石标准化图解上，样品表现出一致的LREE富集的右倾型分布型式,轻重稀土分布较明显，Eu异常不明显。原始地幔标准化蛛网图解中，具“M”型双隆起特征，与板内碱性玄武岩微量元素的特征相似。稀土元素整体表现右倾斜的平行分布曲线簇，反映岩浆具同源演化特点。地球化学特征表明岩浆演化过程主要受分离结晶作用控制且可能未遭受明显的地壳混染作用或源区未遭受俯冲组分的强烈改造。

（2）岩体侵入下奥陶统丘里塔格组白云岩中，推断岩株侵入时代应在早奥陶世后。经测年结果显示在U-Pb谐和线上构成较一致的年龄组为（245± 11）Ma（MSWD = 0.012），其侵位时间为早三叠世。

（3）从稀土元素分布曲线图中也可发现，如同其他地区板内玄武岩一样，喀孜马地区辉长岩轻稀土元素分布曲线与重稀土元素分布曲线具相同的斜率，而不是像板块汇聚边缘玄武岩，轻稀土元素分布曲线普遍向右陡倾，而重稀土元素分布曲线相对平坦。另外，研究区内沉积岩层中由构造活动产生的张性节理较发育，该特征表明柯坪喀孜马地区基性杂岩体的形成处于板内（陆内）拉张环境。

（4）笔者认为柯坪县喀孜马地区出露的基性杂岩是塔里木巴楚大火成岩省岩浆作用的产物，喀孜马地区出露的基性杂岩体为早三叠世（245±11）Ma。随着萨尔干断裂再次活化，加大了断裂规模，将研究区分割为以萨尔干为界线东西两块体，即研究区内现在的东部逆冲推覆系统和西部逆冲推覆系统。

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Xinjiang K eping K azima Early Triassic fold mafic complex geochemical characteristics and tectonic ignificance of rock mass

Zheng Fei, Li Xianyang, Liu Yong, Feng Chenwei
（Geological Research Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China）

Abstract:Kazima area is located in the northwest of Tarim basin,this area have widely developed Paleozoic sedimentary strata,the magmatism is relatively weak. according to analysis of the geological background、petrological and geochemical characteristics of the study area,discrimnate the tectonic environment, analyze its tectonic setting and geotectonic significance.Basic complex rock mass arecharacterized by LREE enrichment distribution patterns,REE distribution is more obvious, with the Ba,Ta,Nb elements rise and weak Th,Zr,Sm,Hf rise,which are characterized by "M",the features are similar with the trace elements of plate alkaline basalts,have the consangunity evalution.Geochemical characteristics show that the magma evolution process is controlled by the separation and crystallization,and may not be subjected to the obvious crustal contamination or the source area is not subjected to the intense reconstruction of the subduction component,and the invasion time is Early Triassic.The basic complex rock exposed in K azima area is a magmatism product of Bachu Large Igneous Province.Recording the important extensional event in Tarim Basin during the Late Carboniferous to the Early Permian,it provides an important window in understanding the mantle properties in Late Paleozoic and infrastructure background,emboldening the understanding of the tectonic evolution in Tarim Basin duringthe NeoPaleozoic.

Key words:Basic complex rock mass;Magmatism;Geochemistry;EarlyTriassic

作者简介:第一郑飞(1987-)，男，浙江永嘉人，工程师，2010年毕业于中国地质大学（北京）地质学专业，从事区域地质工作

收稿日期:2015-10-20;

修订日期:2015-12-04;作者E-mail:59857634@qq.com

中图分类号:P534.51

文献标识码:A

文章编号：1000-8845(2016)01-084-09

项目资助：中国地质调查局基础地质矿产调查评价专项（1212011140059）项目资助