新疆吉木乃县都拉特火山岩地球化学特征及其构造环境分析

刘兴彪 周泳 江俊

(新疆有色地质勘查局七0六队 阿勒泰 836500)

1 区域地质背景

新疆吉木乃县都拉特区划属北疆-兴安地层大区（I），北疆地层区（Ⅰ1），北准噶尔地层分区（Ⅰ12），萨吾尔山地层小区（Ⅰ12-2），大地构造位置位于哈萨克斯坦-准噶尔板块（Ⅱ）准噶尔微板块（Ⅱ1）萨吾尔-二台晚古生代岛弧带（Ⅱ11）。

都拉特的火山活动为晚泥盆世-早石炭世，是组成区内上泥盆-下石炭统塔尔巴哈台组（D3C1t）地层的主要岩石类型，在下石炭统黑山头组（C1h）中也有小面积出露，火山岩出露总面积约13.42平方千米。区内火山岩不发育，出露规模较小，主要呈不规则似层状分布，以中基性喷发的玄武安山岩和安山岩为主，局部出露有条带状玄武岩。岩性较单一，对测区不同岩石地层单位中火山岩的岩石学、岩石化学和地球化学特征及大地构造环境等进行初步的探讨。

2 岩石学特征

都拉特火山岩不发育，呈似层状产出于陆相碎屑岩地层中，横向上延伸不稳定，主要分布在塔尔巴哈台组第一岩性段，第二岩性段有少量火山岩、火山碎屑岩产出，面积13.12平方千米。主要岩石类型为蚀变玄武安山岩和安山质火山碎屑岩，叙述如下：

弱蚀变玄武安山岩：岩石呈灰-深灰色，斑状结构，基质为交织结构，块状构造。主要矿物为：岩石主要由斑晶、基质组成。斑晶：约20%～25%，主要为辉石，呈柱状，大小不一，粒径约0.1～2.4mm，少数被绿泥石、绿帘石、方解石等交代，分布不均匀。基质：约75%～80%，主要为斜长石，呈细板条状，粒径多小于0.2 mm×0.05mm，定向排列，少数斜长石被绿泥石等交代。斜长石之间，不均匀分布有绿泥石、细小的辉石微晶、磁铁矿、磷灰石等。磁铁矿约5%～10%，粒状，粒度大小不一，约0.01～1mm，分布不均匀。蚀变矿物：绿泥石约5%～10%，绿帘石约5%（图1）。

图1 蚀变玄武安山岩野外岩石特征及电子显微照相

火山碎屑岩：主要产于塔尔巴哈台组第三、第四段，以安山质岩屑晶屑凝灰岩为例描述；岩石呈灰绿色，块状构造，主要由玻屑、晶屑、岩屑等组成。玻屑：约55%～60%，可见弓状、棒状、鸡骨状、条带状、不规则状等形态，粒径多小于0.5mm，重结晶之后，被隐晶质的长英质矿物、绢云母、黝帘石、绿泥石、方解石等交代，不同程度的被褐铁矿浸染，分布不均匀；晶屑：约20%～25%，多呈尖角状、棒状、阶梯状、不规则状等形态，粒径约0.05～2.4mm，主要为辉石、斜长石等，辉石多被绿泥石、绿帘石等交代，斜长石多被绢云母等交代；岩屑：约15%～20%，多呈极不规则状、条带状，粒径多小于0.8mm，主要为安山岩、霏细岩岩屑等，多被绢云母、绿泥石等交代，分布不均匀。部分岩屑之间、岩屑与玻屑之间成分相近，界线不明显。磁铁矿：约1%～5%，粒状，粒径约0.05～1.3mm，部分被褐铁矿交代，分布不均匀。

3 火山喷发韵律简述

火山在其活动过程中往往有物质成分、喷发方式及喷发强度的规律性变化。这种变化有的具周期性，有的则有方向性。一般说来，一次或多次火山喷发活动，造成成份与活动方式的周期性变化或喷发的间断，就构成火山喷发韵律。按照火山喷发类型、火山物质搬运方式和定位环境与状态分为爆发相、喷溢相、侵出相、喷发沉积相和潜火山相，根据野外地质剖面和地质路线中的岩性特征、岩石组合、空间位置、变质特征和上下接触关系特点，将塔尔巴哈台组分为3个岩性段，火山岩主要分布在第一岩性段，通过实测地质剖面控制，整体上看来，以喷溢相为主，其次为爆发相，各个剖面控制范围内的喷发韵律特征如下：

火山岩近东西向呈条带状分布，出露厚度为835.08m，主要为喷溢相，其出露厚度为397.14m，占47%，主要的岩石类型有蚀变杏仁状玄武安山岩、蚀变玄武等；爆发相出露厚度为273.08m，占33%，主要的岩石类型有蚀变火山角砾岩、蚀变角砾晶屑岩屑凝灰岩、蚀变晶屑玻屑凝灰岩等；沉积相出露厚度为164.86m，占20%，主要的岩石类型有凝灰质岩屑长石砂岩、凝灰质砂砾岩等（表1）。

表1 塔尔巴哈台组火山韵律划分表

分析认为塔尔巴哈台组一段（D3C1t1）火山岩由3个喷发韵律组成，为爆发-喷溢-沉积相，喷发系数为47%。

4 岩石地球化学特征

4.1 常量元素

都拉特塔尔巴哈台组火山岩SiO2含量为49.18%～52.90%，与中国同类火山岩平均值相对较高（安山岩48.28%）；Al2O3含量高，变化不大，为14.05%～15.81%；全碱含量低，Na2O+K2O为3.04%～7.34%，低于同类岩石的全碱含量值，其中Na2O含量2.7%～4.45%，K2O含量0.34%～2.89%，岩石中Na2O含量略大于K2O；TiO2含量较低，变化范围小，为0.63%～0.78%；MgO含量相对本地区较高，为4.26%～4.65%。

固结指数（SI）较大，平均为23.18%，与同类型火山岩的固结指数对比（安山岩5～10）相对较高；分异指数（DI）较低，平均值46.68，说明岩浆分异程度较弱，爆发强度较强，爆发持续时间较长，爆发物较多，而喷溢相持续时间短，喷溢物不充足，造成该组火山岩厚度小，呈断续带状分布，火山岩酸性程度偏低。碱度指数（AR）即碱度率，一般岛弧和活动大陆边缘火山岩碱度指数偏低，指数值的变化区间也较小。塔尔巴哈台组火山岩碱度指数普遍偏低，变化范围较小，平均1.26%～2.06%。

4.2 微量元素分析

微量元素蛛网（图2）中可以看出相对岩石富集大离子亲石元素（LILE）Rb、K，指示岩石为岛弧火山岩，高场强元素（HFSE）Zr、Hf、Nb富集等，稀土元素（REE）La、Ce富集，弱不相容元素Sr、P、Ti元素亏损，指示为斜长石分离结晶后的残余岩浆；强不相容元素（Rb、Th、K）高度富集的单峰隆起形态突出。

4.3 稀土元素分析

分析结果表明：稀土元素（∑REE）总量较低，说明岩性偏基性，LREE/HREE为2.64～8.28.，其比值较小，稀土元素（REE）分布模式为轻稀土（LREE）富集型；（La/Yb）N为1.68～8.04，样品Eu呈负异常，δEu值为0.64～0.98，平均值为0.81，从中性到酸性，Eu负异常减弱，表明岩浆不存在明显的斜长石的分离结晶作用，部分为斜长石分离结晶后剩下的残余熔体。在稀土元素分布型式图（图3）上表现为向右倾斜的轻稀土明显富集，重稀土较为亏损，表示岩浆轻重稀土元素分异程度较强。

5 构造环境分析

本次调查工作，经过薄片鉴定，其主要岩性有安山岩、玄武安山岩，其次为火山碎屑岩类，受后期动力变质作用的影响，岩石不同程度的发生片理化，通过岩石地球化学分析方法，运用火山岩岩石地球化学特征和构造图解判别方法，结合地质特征，确定构造环境。

不相容元素Nb、Ta、Th、Yb、Y分别具有相似的地球化学行为，它们与相容元素在一起可以有效地区分火山岩形成的构造环境。Zr和Y是蚀变及变质作用过程中十分稳定的不活动痕量元素，在岩浆演化过程中保持一定的连续性，不容易受后期地质作用的干扰。因此，利用这些元素来判断火山岩产出的大地构造背景是比较有效的方法。而Ta、Yb主要与地幔部分熔融及幔源性质有关，Th是不相容元素，他们均不易受后期蚀变作用和变质作用的影响，地幔富集事件对Ta和Th的影响程度相近，火山中Ta和Th的丰度与火山岩源区组成及火山岩的形成环境有十分密切的关系，因此，运用Th、Ta和Yb之间的比值关系对于区分火山岩的源区性质有重要的意义。运用以上元素的特征，进行构造环境的判别和源区的初步探讨。

图2 塔尔巴哈台组火山岩微量元素蛛网图

图3 塔尔巴哈台组火山岩稀土元素蛛网图

图4 塔尔巴哈台组火山岩Zr-Zr/Y和Hf/3-Th-Ta构造环境判别图解

在Zr-Zr/Y图解中（图4-左），所有样品落在“WPB”的周围，表明其形成为大陆岛弧环境。在Hf/3-Th-Ta图解中（图4-右），所有样品基本落在“CAB”，反映岛弧火山岩的基本特征，上述分析分为，塔尔巴哈台组火山岩形成的环境为岛弧环境。

IAB-岛弧玄武岩；IAT-岛弧拉斑系列；ICA-岛弧钙碱系列；SHO-岛弧橄榄玄粗岩系列；WPB-板内玄武岩；MORB-洋中脊玄武岩；TH-拉斑玄武岩；TR-过渡玄武岩；ALK-碱性玄武岩；

在Ta/Yb-Th/Yb图解中，所有样品落在“活动大陆边缘（陆缘弧）”区内，反映其所处的环境为活动大陆边缘。在里特曼-戈蒂里指数图解中所有样品落在“活动大陆边缘”区内，亦反映塔尔巴哈台组火山岩形成时的环境为活动大陆边缘。

本地调查工作获得塔尔巴哈台组玄武安山岩（TW13-5-5）的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为384±12Ma（MSWD=4.5，N=21），其代表的安山岩的结晶年龄，说明塔尔巴哈台组为上泥盆岩浆活动的产物。通过构造环境的分析，认为塔尔巴哈台组火山岩形成与活动大陆边缘的岛弧环境，上述特征说明上泥盆统萨吾尔东段为俯冲的陆缘弧环境。