新疆大南湖地区恰干布拉克组火山岩地球化学特征与构造环境研究

刘海生，田 轲，陈红旗，刘延伟

(甘肃省地矿局 第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730000)

新疆大南湖地区恰干布拉克组火山岩地球化学特征与构造环境研究

刘海生，田 轲，陈红旗，刘延伟

(甘肃省地矿局 第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730000)

中下奥陶统恰干布拉克组火山岩大南湖—沙尔湖一带广泛地分布，是东天山地区重要的铜、金多金属矿的赋矿地层。通过对该地区中下奥陶统恰干布拉克组的岩石学特征、岩石化学、地球化学特征的分析，进而对构造环境进行研究，对以后的工作具有十分重要参考意义。

恰干布拉克组；火山岩；地球化学特征；构造环境

中下奥陶统恰干布拉克组火山岩大南湖—沙尔湖一带广泛地分布，是东天山地区重要的铜、金多金属矿的赋矿地层。大南湖地区的中下奥陶统的恰干布拉克组大面积的分布。通过典型剖面的测制，系统采集标本、薄片及地球化学样品，从岩石学特征、岩石化学、地球化学特征方面进行研究，从而对新疆哈密市大南湖地区较大面积分布的中下奥陶统恰干布拉克组火山岩有了几点粗浅的认识[1-3]。

1 恰干布拉克组火山岩岩石学特征

该组总体上为一套火山碎屑岩、中基性火山熔岩为主夹火山碎屑沉积岩。火山碎屑岩主要为灰绿色、灰黑色晶屑凝灰岩、灰绿色安山质凝灰岩、灰绿色凝灰岩；火山熔岩为红褐色、灰黑色凝灰质安山岩、辉石安山岩、玄武质安山岩；火山碎屑沉积岩主要为灰绿色层凝灰岩。在剖面上火山碎屑岩、火山熔岩、火山碎屑沉积岩所占比例分别为50%、48%、2%。

该组主体构成爆发—溢流、溢流—爆发韵律，个别为爆发—沉积韵律，共11个韵律旋回，喷发指数97.37%，其中爆发相占42.35%，溢流相占58.65%。

通过剖面测制分析，由南向北32(°)有如下特征和规律。

1)由南至北爆发相系数逐渐降低，溢流相系数逐渐增加，表明南部远离火山喷发中心，而北部则接近火山喷发中心。

2)喷发韵律南部以溢流—爆发韵律为主，中部则以间歇性溢流或间歇性喷发为主，向北则演变为爆发—溢流韵律为主，反映火山作用不是连续喷发的，而是喷发—间歇周而复始的活动过程。

总体来说恰干布拉克组海相火山—沉积体系比较活跃，火山活动较强烈。

2 恰干布拉克组火山岩岩石化学特征

对中下奥陶统恰干布拉克组火山岩采集3件样品。火山岩的岩石化学分析数据具体如下：样品SiO2含量为47.48%～53.87%，平均50.22%，显示为基性，接近于MORB中的SiO2含量(49.80%)。TiO2含量(1.09%～1.19%)中等，平均1.14%，低于MORB平均值(1.5%)、洋岛碱性玄武岩(TiO2=2.63%)高于，高于岛弧拉斑玄武岩(TiO2=0.8%)相对更接近大陆溢流玄武岩(TiO2=1%)；Al2O3含量较高，为12.85%～17.80%，平均16.15%；其中Al2O3含量高于板内大陆玄武岩(Al2O3=14.30%)，接近岛弧拉斑玄武岩(Al2O3=16.00%)和大陆溢流玄武岩(Al2O3=17.08%)；MgO含量较低，为2.92%～3.53%，平均3.21%，CaO含量7.97%～8.26%，平均8.27%，均不同于板内大陆玄武岩(MgO=5.90%，CaO=9.70%)。样品的全碱含量(Na2O+K2O为2.91%～4.13%)低，K2O含量为0.15%～0.56%，平均为0.33%；Na2O的含量为2.32%～3.91%，平均值为3.35%，氧化物突出的特征是贫碱。Na2O/K2O均大于2，具有相对富Na的特征；里特曼指数除1个样品外，其余样品均小于3，为钙碱性。

样品烧失量较高(3.25%～11.55%)，必然影响岩石化学成分分类，为正确做出岩石分类判别，不使用TAS岩石分类图，而采用抗蚀变元素的Zr/TiO2×0.0001-Nb/Y判别图(见图1)，所有样品落入安山岩/玄武岩区。利用AFM图进一步判别(见图2)，一个样品落入拉班玄武岩区，其他样品均属钙碱性系列岩石。

图1 Nb/Y-Zr/TiO2*0.0001

图2 球粒陨石标准化稀土元素(REE)配分曲线图

3 恰干布拉克组火山岩地球化学特征

在球粒陨石标准化稀土元素(REE)配分曲线图上(图2)，恰干布拉克组(O1-2q)组火山岩具有轻稀土元素富集而重稀土相对亏损的右倾型特征，轻重稀土含量依次降低，该组火山岩具有较高的稀土元素总量(∑REE=95.64×10-6～112.9×10-6)，轻稀土总量(∑LREE=58.56×10-6～77.39×10-6)较高，重稀土总量(∑HREE=32.12×10-6～44.30×10-6)相对偏低，轻、重稀土元素含量比值 ∑LREE/∑HREE=1.55～2.41，(La/Yb)N介于2.87～5.46之间，表明稀土元素较明显分异，平均值为3.74，与岛弧钙碱性火山岩的(La/Yb)N值相似。岩石未发生明显的重稀土分馏((Gd/Yb)N=1.34～1.70)，样品均显示出略微的Eu负异常(δEu=0.93～1.01)，表明原始岩浆演化过程中可能经历了斜长石的分离结晶作用，轻稀土的富集与重稀土的亏损亦反映了中基性火山岩分离结晶较好。

在微量元素中样品大部分表现出强烈亏损Nb(0.49×10-6～7.71×10-6)、Ta(0.025×10-6～0.27×10-6)、Hf(0.33×10-6～3.48×10-6)等高场强元素(HFSE)和相对富集Ba(107.3×10-6～796.3×10-6)、Rb(2×10-6～34.74×10-6)、K等大离子亲石元素(LILE)的地球化学性质，具有典型岛弧火山岩的地球化学特征。样品中Nb/Ta比值均集中在(14.65～20.68)，Zr/Hf比值(32～49.31)均不同于原始地慢值(Nb/Ta=17，Zr/Hf=36)，而Nb的平均含量为2.70×10-6，Ta平均含量为0.155×10-6，接近N-MORB(Nb=2.33×10-6和Ta=0.132×10-6)，高场强元素(HFSE)显示出一定富集地幔的特征。

4 O1-2q火山岩构造环境

恰干布拉克组火山岩明显富集LILE和亏损HFSE，与洋壳俯冲导致地幔楔形区发生部分熔融形成的岛弧玄武岩特征一致。K、Rb、Ba、Th的显著富集是在俯冲条件下，地幔岩石在富水环境中发生部分熔融时，它们作为不相容元素首先进入长英质熔体相的结果。而Nb、Ta、Hf、Ti、Y的亏损则与此相反，表明它们在地幔岩石发生部分熔融时，作为相容元素残留在了地幔源区。

火山岩样品中La/Nb值(1.88～2.86)均大于1.4，表现出火山岛弧火山岩的特征。同时TiO2含量(1.10%～1.20%)较低，平均为1.19%，在Nb×2-Zr/4-Y及Hf/3-Th-Ta图(见图3)中大部落入火山弧火山岩区，一个样品落入E-MORB和板内拉斑玄武岩。利用2*Nb-Zr/4-Y图解(见图4)进一步区分大洋岛弧及陆缘弧，除1个样品外，其余全部样品落入大洋岛弧区域。综合以上信息，中下奥陶统恰干布拉克组火山岩具有岛弧亲缘性。

图3 Hf/3-Th-Ta图解(据Wood，1980)

A N-MORB；B E-MORB和板内拉斑玄武岩；C 板内碱性玄武岩；D 火山弧玄武岩；A1 板内碱性玄武岩；A2 板内碱性玄武岩、板内拉斑玄武岩

图42*Nb-Zr/4-Y图解(据Meschede，1986)

5 结 论

一般认为，火山弧岩浆主要由受洋壳及其沉积物在俯冲过程中形成的流体或熔体交代过的上覆地幔楔发生部分熔融形成。Th丰度较低(1.05×10-6～1.45×10-6)，Ce/Th(18.75～23.86)和Ba/Th(71.11～200.35)比值总体高于消减沉积物的熔体(Ce/Th≈8，Ba/Th≈111)，且无明显铈异常，表明岩浆源区基本没有消减沉积物的加入，其影响可以忽略。

应当注意的是，大陆的横向增生主要通过板块汇聚边缘的岩浆活动和岛弧碰撞来进行，使得火山弧岩浆和大陆地壳物质具有相似的地球化学特征，因此经历陆壳混染的板内岩浆也会具有与火山弧岩浆类似的特征。但该组火山岩Th/La比值(0.09～0.12)较低，平均为0.11，接近原始地幔和球粒陨石值(Th/La≈0.12)，与陆壳(Th/La≈0.3)的特征明显不同，表明火山岩源区未受到古老大陆地壳物质的混染，不是陆壳混染的板内岩浆产物，而是典型的岛弧火山岩。陆壳混染多造成不相容元素(ICE)Gd、Tb、Dy、Ho、Yb、Lu丰度的升高，推断恰干布拉克组火山岩Nb、Ta相对亏损和Zr、Hf轻微富集与陆壳混染作用无关，而是由加入了消减组分所致。因此恰干布拉克组火山岩所具有的弧火山岩特征是由俯冲带流体交代岩石圈地幔参与了岩浆的形成过程所致，该区火山岩形成于与弧有关的环境。

[1] 龙灵利，王京彬，王玉往，等. 新疆东天山卡拉塔格矿集区赋矿火山岩地层形成时代探讨[J]. 地质学报, 2015(b10): 168-169.

[2] 李亚萍，李嵩龄，李文铅. 东准噶尔原塔黑尔巴斯套组下部中基性火山岩建造归属[J]. 新疆地质, 1999, 17(4): 393-398.

[3] 付超，李俊建，唐文龙，等. 中蒙边界中西段地层划分与对比[J]. 地质通报, 2016, 35(4): 503-518.

GeochemicalCharacteristicsandTectonicSettingofVolcanicRocksfromBraqueFormationinSouthLakeAreaofXinjiang

LIU Haisheng, TIAN Ke, CHEN Hongqi, LIU Yanwei

(TheSecondInstituteofGeologyandMineralResources,GansuBureauofGeologyandMineralresources,Lanzhou,Gansu730000,China)

Lower Ordovician volcano rock group Braque in dry Dananhu-schallsee area is widely distributed, as is an important ore bearing strata with copper gold polymetallic deposited in East Tianshan area. Through an analysis of lower middle Ordovician in dry petrology, we have known Braque group of rock geochemistry in tectonic environment, as is of very important reference significance for future work.

Braque formation; Volcanic rocks; Geochemical characteristics; Tectonic setting

2017-08-18

刘海生(1988-)，山东梁山人，研究方向：矿物学、岩石学、矿床学，手机：15117034956，E-mail：429726769@qq.com.

P588

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.007