西昆仑库孜一带长城纪火山岩地球化学特征及地质意义

颜丙鹏

(山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261021)

前人对西昆仑造山带的构造演化做了细致全面的研究[1-4]，任纪舜等[5]认为西昆仑造山带的基底是属于塔里木板块的一部分；郭坤一等[6-9]通过对西昆仑阿卡孜达坂一带长城纪火山岩研究，认为西昆仑长城系是古塔里木板块在古元古代末形成的统一陆块基础上裂解的产物，然而对西昆仑库孜一带长城纪岩石及构造演化却很少涉及。库孜一带长城纪火山岩主要发育于赛图拉岩群中，受区域性断裂构造影响，其分布多呈断块状[注]①山东省第四地质矿产勘查院，新疆西昆仑1∶5万J43E014017，J43E015017，J43E016017，J43E017017四幅区域地质调查，2014年。。该文对库孜一带长城纪火山岩岩石学、岩石化学特征进行了分析，对了解西昆仑库孜一带长城纪火山活动及构造活动历史具有一定的指导意义。

1 区域地质概况

西昆仑库兹一带大地构造位置跨塔里木板块、

华南板块2个Ⅰ级构造单元，Ⅱ级构造单元分属昆仑微板块、羌塘微板块；以柯岗结合带为界将北部昆仑微板块划分为西昆仑中间地块及西昆仑北缘古生代复合弧盆带2个Ⅲ级构造单元；羌塘微板块划分为塔什库尔干地块、皮勒-康西瓦古生代陆缘盆地2个Ⅲ级构造单元(图1)[10]。

1.1 地层

区域地层发育较全，发育古元古界、长城系、中元古界、下志留统、下石炭统及第四系[11]。前人对该区地层进行了细致研究和系统的划分，建立了完整的地层系统[注]王世炎等，1∶25万克克吐鲁克幅(J43C003002)、塔什库尔干塔吉克自治县幅(J43C003003)区域地质调查报告，河南省地质调查院，2004年。。长城纪火山岩产于赛图拉岩群中，划分为2个火山旋回。其中第一火山旋回为赛图拉岩群第二岩组内火山岩，位于柯岗断裂南侧，其西北部受到近SN向断裂控制，并向SE延伸出区外，总体呈315°方向带状展布，其在区内分布面积

较大；第二火山旋回为赛图拉岩群第四岩组内火山岩，该旋回火山岩北部总体呈315°方向带状展布，南部多呈不规则包体状产于奥陶纪花岗岩内，包体总体5°～30°方向展布，其在区内分布面积较小(图2)。

1—断裂及编号；2—蛇绿岩位置；3—调查区位置；4—国界；5—省界。Ⅰ—塔里木地块(华北板块)；Ⅰ1—塔里木板块南缘隆起；喀什-叶城新生代坳陷；塔木-卡兰古生代凹陷；铁克里克陆缘地块；Ⅰ2—西昆仑弧盆系；西昆仑北缘古生代复合沟弧带；西昆仑北缘古生代裂谷；恰尔隆前寒武纪隆起；西昆仑中间地块及显生宙岩浆弧带；Ⅱ—羌塘地块(华南板块)；Ⅱ1—阿伟河-木孜塔格古生代陆缘活动带；阿其库勒晚古生代陆缘盆地；巴颜喀喇早古生代陆缘盆地；Ⅱ—阿克赛钦-林济堂陆缘活动带；阿克赛钦中间地块；林济堂中生代陆缘盆地图1 研究区大地构造位置图(据新疆地矿局，新疆大地构造单元划分及其地质特征，2005年修改)

1—第四系；2—新元古代柯岗岩组；3—中元古代赛图拉岩群第四岩组；4—中元古代赛图拉岩群第三岩组；5—中元古代赛图拉岩群第二岩组；6—中元古代赛图拉岩群第一岩组；7—二叠纪二长花岗岩；8—晚奥陶世酸性侵入岩；9—早奥陶世酸性侵入岩；10—新元古代基性侵入岩；11—新元古代中酸性侵入岩；12—中元古代超基性侵入岩；13—区域性断裂；14—一般断裂；15—张性断裂及产状；16—压性断裂及产状；17—性质不明断裂图2 新疆西昆仑库孜一带区域地质略图

1.2 构造

区内褶皱、断裂、韧性变形构造比较发育。NW向断裂形成时代最早，被NE向、NWW向及近SN向断裂所截切。断层主要形成于燕山期、喜马拉雅期。褶皱可分为盖层褶皱和基底褶皱。盖层褶皱主要赋存于古生界地层中，以表、浅构相为主，基底岩系中的褶皱多见于露头尺度，为中、深构相塑性流变为主的褶皱。韧性变形构造除形成基底褶皱外，前寒武纪变质岩石及侵入岩普遍经受了韧性变形作用改造，多为右行走滑性质。

1.3 侵入岩

区内侵入岩较发育，主要侵入期为晋宁期、加里东及华力西期，其中加里东期最强，华力西期次之，晋宁期最弱[12]。岩性从超基性至酸性均有发育。侵入岩众多岩体长轴方向基本与区域NW向构造线方向一致，说明诸岩体的形成与构造密切相关。

2 长城纪火山岩岩相、喷发旋回划分

2.1 长城纪火山岩岩相

根据长城纪火山岩组合特征、产出形态及形成条件等，将区内火山岩分为爆发相、喷溢相、爆发沉积相、沉积相[13]。

2.2 长城纪火山岩喷发旋回

岩石为一套浅灰绿色、灰色、灰黑色的海相岩石组合，火山喷发韵律明显，为间歇式喷发。根据火山活动特点及物质成分、喷发方式及强度的周期性变化，区内长城纪火山岩划分为2个火山喷发旋回。

2.2.1 第一火山旋回

第一火山旋回由7个韵律组成，从早期至晚期各韵律中火山喷溢作用所占比例小于爆发作用，晚期韵律间沉积岩厚度增大，说明火山活动渐弱。该旋回岩相总体表现为爆发—喷溢—沉积—爆发—沉积—爆发的特点[14]，总体该旋回爆发指数为41.70%，喷溢指数为25.71%(表1)。

2.2.2 第二火山旋回

第二火山旋回共4个韵律，从早期至晚期各韵律中火山活动主要为爆发作用，中期韵律间沉积岩厚度较大，说明在中期存在一火山间歇期。该旋回岩相总体表现为爆发—沉积—爆发—沉积—爆发的特点，总体该旋回爆发指数为46.67%，喷溢指数为18.15%(表2)。

3 长城纪火山岩岩石学特征

赛图拉岩群火山旋回为一套火山岩、火山碎屑岩、沉积岩建造，火山岩岩性主要为变安山质岩屑晶屑凝灰岩、变安山质含岩屑晶屑熔结凝灰岩、变安山质晶屑凝灰岩、变英安质含岩屑晶屑凝灰岩、变英安质熔结凝灰岩、变英安质晶屑凝灰岩、变玄武岩、变安山岩等，2个旋回中岩性无明显区别，主要岩石学特征描述如下：

(1)变安山质岩屑晶屑凝灰岩：岩石呈灰、灰绿色，粒状鳞片变晶结构—变余凝灰结构、片状构造。岩石均有不同程度的糜棱岩化、碳酸盐化。岩石由岩屑(20%)、晶屑(30%)、火山尘(50%)组成。岩屑具黑云母化现象，部分蚀变为绢云母、绿泥石；晶屑主要由斜长石组成。矿物成分为绢云母(55%)、碳酸盐(10%)、绿泥石(10%)、斜长石(15%)。岩石的粒状矿物和片状矿物均匀分布，片状矿物定向性强，片理发育。

(2)变英安质岩屑晶屑凝灰岩：岩石呈灰、灰绿色，粒状鳞片变晶结构—变余凝灰结构、片状构造。岩石由岩屑(20%)、晶屑(25%)、火山尘(55%)组成；岩屑多具黑云母化现象，部分蚀变为绢云母、绿泥石；晶屑主要由石英、斜长石组成；火山尘已蚀变为绢云母。

(3)变玄武岩：呈柱状粒状变晶结构，片状构造，主要矿物成分为角闪石(60%)、绿帘石(25%)、斜长石(15%)、微量榍石。角闪石为柱状粒状变晶，大体平行定向排列；绿帘石为粒状变晶，斜长石具绢云母和绿帘石化。角闪石大体定向排列。

(4)变安山岩：呈斑状结构，片状构造，由斑晶(20%)、基质(80%)组成。主要矿物成分为斜长石(60%)、黑云母(20%)，次要矿物为绿泥石(5%)、绿帘石(13%)、石英(2%)，微量榍石、磷灰石、磁铁矿。斜长石斑晶为粒状和板柱状，有聚片双晶，实测An=35，具有片理化现象；基质中斜长石为粒状，普遍被绢云母和碳酸盐化，黑云母和绿泥石均定向排列，斑晶斜长石略有定向性，个别见有压力影响。

(5)变安山质沉凝灰岩：岩石呈浅灰色，粒状鳞片变晶结构，片状及变余纹层状构造。由沉积层与凝灰物质相间分布形成纹层状构造。主要矿物成分为绢云母(60%)、斜长石(15%)、石英(10%)、方解石(10%)、绿泥石(5%)，次要矿物为绿帘石、黑云母、电气石、微量石墨。

表1 长城纪赛图拉岩群第一火山旋回喷发韵律

表2 长城纪赛图拉岩群第二火山旋回喷发韵律

4 岩石化学特征

4.1 主量元素特征

在长城纪火山岩中采集化学样品，其化学成分分析及计算结果见表3、表4。

(1)第一火山旋回

化学成分演化规律：区内火山岩总体随着SiO2含量的增高，TiO2含量降低，Al2O3，Fe2O3+FeO含量也有所减低，岩石化学参数DI，A.R.增高，而SI降低。随着SiO2含量的增高，岩石的分异指数明显增高。

表3 赛图拉岩群火山岩化学成分

注：样品中带*为赛图拉岩群第二火山旋回，其他样品为第一火山旋回；岩石化学全分析由山东省第四地质矿产勘查院实验测试中心测试，氧化物含量为10-2。

表4 赛图拉岩群火山岩参数 10-2

注：样品中带*为赛图拉岩群第二火山旋回；其他样品为第一火山旋回。

碱度类型：据表2可知，里特曼指数σ值为1.3～6.38，属于钙碱性—碱性。在火山岩硅—碱图解中(图3)[15]，4件样品落入碱性区，2件样品落入亚碱性区。

Pc—苦橄玄武岩；B—玄武岩；O1—玄武安山岩；O2—安山岩；O3—英安岩；R—流纹岩；S1—粗面玄武岩；S2—玄武质粗面安山岩；S3—粗面安山岩；T—粗面岩、粗面英安岩；F—副长石岩；U1—碱玄岩、碧玄岩；U2—响岩质碱玄岩；U3—碱玄质响岩；Ph—响岩；Ir—Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性图3 赛图拉岩群火山岩硅—碱图解(据Le Maitre，1989)

(2)第二火山旋回

火山岩中SiO244.29%～44.58%，Al2O321.59%～21.95%，MgO 8.7%～9.0%，K2O 3.27%～4.63%，TiO21.20%～1.27%。分异指数46.05～51.82，碱度A.R.1.70～1.94。岩石里特曼指数σ值为13.45～18.61，属于碱性。在火山岩硅—碱图解中(图3)[15]，2件样品全部落入碱性区。

4.2 微量元素特征

长城纪火山岩第一、第二火山旋回岩石微量元素含量见表5。

第一火山旋回中Rb(22.8～198)×10-6，Sr(45～255)×10-6，Zr(74～1078)×10-6，与黎彤的陆壳、洋壳、上地幔值相对比可以看出，大离子亲石元素Rb大于陆壳、洋壳指数，Sr小于陆壳、洋壳指数，大部分大于上地幔指数。在原始地幔标准化蛛网图(图4)[16]，显示Rb，Ba，K，Zr，La，Ce富集；Sr，Ti，Y，Yb，Lu相当。

第二火山旋回中，Rb(137.5～186.1)×10-6，Sr(118×10～148)×10-6，Zr(200～212)×10-6与黎彤的陆壳，洋壳、上地幔值相对比可以看出，大离子亲石元素Rb大于分陆壳、洋壳指数，Sr小于陆壳、洋壳指数，与上地幔指数相当。在原始地幔标准化蛛网图(图4)，显示Rb，Ba，K，Zr，La，Ce富集;Sr，Ti，Y，Yb，Lu相当。第一、第二火山旋回组成相似的曲线簇。

表5 长城纪赛图拉岩群微量元素 10-6

注：样品中带*为赛图拉岩群第二火山旋回，其他样品为第一火山旋回。微量元素由山东省第四地质矿产勘查院实验测试中心测试。

表6 长城纪赛图拉岩群火山岩稀土元素含量 10-6

注：样品中带*为赛图拉岩群第二火山旋回，其他样品为第一火山旋回。稀土元素由山东省第四地质矿产勘查院实验测试中心测试。

4.3 稀土元素特征

赛图拉岩群火山旋回岩石稀土元素含量见表6、表7，稀土元素球粒陨石标准化分布型式图见图5[17]。第一火山旋回岩石稀土元素特征值如下：稀土总量(ΣREE)(61.82～359.36)×10-6，平均值为169.13×10-6，略高于黎彤陆壳指数；轻重稀土值比值LREE/HREE=3.28～20.47，平均值为9.31，显示明显的轻稀土富集型特征；δEu 0.43～1.19，平均值为0.76，总体为中等负铕异常；(La/Yb)N 2.46～57.29；La，Sm，Dy，Y接近陆壳指数，Gd，Tb，Ho接近洋壳指数。

第二火山旋回岩石稀土元素特征值如下：稀土总量(∑REE)(216.44～162.54)×10-6，平均值为239.49×10-6，高于黎彤陆壳指数；轻重稀土值比值LREE/HREE=7.49～8.41，平均值为7.95，显示明显的轻稀土富集型特征；δEu 0.53～0.59，平均值为0.56，总体为中等负铕异常；(La/Yb)N7.64～9.51，平均值为8.58；Ho接近陆壳指数,其他元素多高于陆壳、洋壳指数。

在球粒陨石标准化分布型式图上为向右缓倾斜的轻稀土富集型。

表7 长城纪赛图拉岩群火山岩稀土元素参数(10-6)

注：样品中带*为赛图拉岩群第二火山旋回；其他样品为第一火山旋回。

图4 赛图拉岩群火山岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(据wood，1979)

图5 赛图拉岩群火山岩稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(据Boynton，1984)

5 构造环境及时代

在Zr-Ti/100-Y×3构造环境判别图解中[18-20]，第一旋回2个样点及第二旋回全部样点落入火山弧玄武岩区，第一旋回的3个样点落入洋底玄武岩区(图6)。岩石中呈灰绿色，说明当时的沉积环境为还原环境。从上述投影结果及分析中反映出，该旋回火山岩形成环境应为活动大陆边缘。

图6 大洋火山岩和大陆火山岩判别图(据Pearce J A and Cann J R.，1973)

根据该旋回火山岩岩石学特征、岩石化学特征、微量元素、稀土元素、图解投影及组合特征，赛图拉岩群中的变质玄武岩具有低钾富铁镁的洋脊玄武岩的特征，形成于半深海—深海沉积环境，洋脊玄武岩的出现应代表了古塔里木陆块初始裂解的岩浆事件，古陆裂解形成古洋盆，并接受了来自古陆块的碎屑沉积，形成了赛图拉岩群陆源碎屑岩夹火山岩及碳酸盐岩的沉积建造。赛图拉岩群中下部层位与上部层位存在二套火山岩层，说明古塔里木陆块的裂解是断续地、间隙性进行的，同时火山活动也是断续、间歇性的。

在赛图拉岩群上部的糜棱岩化变英安质含角砾晶屑凝灰岩中采集锆石U-Pb同位素年龄样品，获得了(1608±49)Ma年龄值，其形成年龄应为中元古代。

6 结论

(1)西昆仑库孜一带长城纪赛图拉岩群火山岩划分为2个火山旋回，为一套火山熔岩、火山碎屑岩、沉积岩建造，岩性主要为变凝灰岩、变英安岩、变凝灰粉砂质泥岩、大理岩、石英岩、变砂岩等，2个旋回中岩性无明显区别。

(2)根据岩石学、岩石化学特征判断，长城纪火山岩形成于半深海—深海沉积环境，反映了古塔里木陆块初始裂解形成古洋盆，并接受了来自古陆块的碎屑沉积，古塔里木陆块的裂解断续地、间隙性进行，同时火山活动也是断续、间歇性的。

(3)在赛图拉岩群上部的糜棱岩化变英安质含角砾晶屑凝灰岩中的锆石U-Pb同位素年龄值为(1608±49)Ma，其形成时代应为中元古代。