新疆东昆仑卡尔瓦西地区泥盆系布拉克巴什组下段火山岩地球化学特征及地质意义

刘 越，詹天宇

吉林省地质调查院，吉林 长春 130102

0 引言

研究区位于青藏高原北缘东昆仑西段高山区，属于华北地层大区，东昆仑—中秦岭地层分区[1-3]。研究区火山活动较弱，火山岩不发育，出露较少。测区内火山活动始于早古生代止于晚古生代，主要发育在晚古生代，属于海相喷发，为中基性火山岩，呈层状、薄层状、透镜状产出于晚古生代地层中，其时代跨度小，相对的表现为火山活动强弱不一，火山岩活动表现为从北至南火山活动时代逐渐变新。火山岩主要分布在测区内的泥盆系布拉克巴什组下段地层、二叠系马尔争组中段地层、以及二叠系树维门科组地层中。泥盆系布拉克巴什组下段地层中火山岩相对为较发育，次之为二叠系马尔争组中段地层中火山岩。另外，泥盆系布拉克巴什组上段地层中局部夹火山岩；奥陶—志留系哈拉巴依沟组地层中见有火山岩活动迹象(图1)。

1 研究区火山岩地质特征

测区内泥盆系布拉克巴什组下段火山岩较发育，岩石类型为岩屑凝灰岩、凝灰质板岩、晶屑岩屑凝灰岩、安山质晶屑岩屑凝灰岩、安山岩、辉绿玢岩、钙质胶结安山质砾岩、玄武岩。反映岩相组合为：爆发相—喷发沉积相—爆发相—溢流爆发相—溢流相—潜火山岩相—溢流沉积相—爆发相，以爆发相为主。纵向上近南北向，总体从下到上由不同相的火山岩和陆源碎屑岩构成多个火山喷发韵律(表1)，火山岩从酸性到基性，从火山碎屑岩到熔岩等，反映火山活动方式为多次脉动式喷发；横向上近东西向顺围岩层理以厚度不等的断续的夹层状陆续产出，呈薄层状和透镜状。火山岩均遭受不同程度蚀变，尤其中基性火山岩绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化作用强烈。

图1 新疆东昆仑卡尔瓦西地区地质简略图[4]

表1 中泥盆统布拉克巴什组下段火山岩喷发韵律表

2 地球化学特征

2.1 常量元素

岩石化学成分及CIPW标准矿物及参数特征见表2、3、4。PM015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)，SiO2质量分数为44.07%；PM017GS5-1(辉绿玢岩)SiO2质量分数为43.74%；上述岩石应为基性火山岩，其SiO2质量分数偏低(<45%)。PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)，SiO2质量分数78.28%，为硅质过饱和超酸性火山岩。PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)组合指数(σ)为0.17，为钙性,铝饱和指数(A/CNK)>1，岩石为铝过饱和类型，出现刚玉，标准矿物组合为Q+Or+Ab+An+C+Hy，表现为高K2O，低Na2O，贫CaO特征。PM015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)及PM017GS5-1(辉绿玢岩)组合指数(σ)为1.83、3.77，为钙碱性、碱钙性，铝饱和指数(A/CNK)<1，岩石为正常类型，标准矿物组合为Q+Or+Ab+An+Di+Hy、 Or+Ab+An+Di+Ne+Ol；其中PM017GS5-1(辉绿玢岩)出现SiO2不饱和标准矿物霞石、橄榄石等，说明岩石为碱性火山岩。

表2 中泥盆统布拉克巴什组下段火山岩常量元素及质量分数表

表3 中泥盆统布拉克巴什组下段火山岩CIPW标准矿物参数特征值表

表4 中泥盆统布拉克巴什组下段火山岩CIPW标准矿物及质量分数表

图2 火山岩全碱-硅(TAS)分类图

在火山岩化学分类TAS图解中(图2)，PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)、M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)投影落于亚碱性系列区，岩石化学定名分别为流纹岩、玄武岩。PM017GS5-1(辉绿玢岩)投影落于碱性系列区边缘，岩石化学定名为玄武岩。

在火山岩AFM图解中(图3)，PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)、M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)投影落在拉斑玄武岩系列区内；PM017GS5-1(辉绿玢岩)投影落在钙碱性岩系列区内。

图3 火山岩AFM图解

在火山岩K2O-Na2O图中(图4)，M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)投影落在高钾区，PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)投影落在钾质区，017GS5-1(辉绿玢岩)投影落在钠质区。

图4 火山岩K2O-Na2O图

在火山岩K2O-SiO2图中(图5)，岩石投影均落在钙碱系列区内，只是M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)投影落在高钾钙碱系列区边缘，PM017GS5-1(辉绿玢岩)投影落在低钾(拉斑)系列区边缘。(调整：去掉H2O+、 LOS后换算100%的数据)。

在火山岩SiO2-AR图中(图6)，PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)、M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)投影落于钙碱性区，PM017GS5-1(辉绿玢岩)投影落在碱性区。(调整：去掉H2O+、 LOS后换算100%的数据)。

2.2 稀土元素

岩石稀土元素及参数特征见表5、表6。

图5 火山岩K2O-SiO2图

图6 火山岩SiO2-AR图

表5 中泥盆统布拉克巴什组下段火山岩稀土元素及质量分数表

表6 稀土质量分数参数特征值表

PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)、M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)岩石ΣREE=(124.53～140.67)×10-6，PM017GS5-1(辉绿玢岩)岩石ΣREE=45.04×10-6明显偏低；岩石LREE/REE=2.26～6.89，(La/Yb)N=1.51～8.55；PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)、M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)、PM017GS5-1(辉绿玢岩)：δEu分别为0.67、0.98、1.06，δCe分别为0.82、1.00、0.99。上述稀土元素及参数特征和稀土元素球粒陨石标准化型式曲线表明，岩石轻稀土富集，曲线为右倾斜，岩石轻重稀土间分馏程度强。PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)Eu负异常，为Eu亏损型；Ce弱负异常，Ce为弱亏损型；M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)、PM017GS5-1(辉绿玢岩)属平坦型REE分布型式，Eu正常型，Ce正常型，稀土配分模式均为向右缓倾的轻稀土富集型曲线。

图7 泥盆纪布拉克巴什组下段火山岩稀土元素球粒陨石标准化型式

2.3 微量元素

岩石微量元素质量分数及N-MORB标准化配分型式蛛网图见表7、图8。可以看出，岩石曲线基本协调一致，说明岩石物源趋同，略有差异，说明成因 及构造环境等不一致。岩石中不相容的大半径离子的亲石元素K、Rb、Ba、Th、Ta明显富集；中等不相容元素Ce、P 、Zr等弱富集；弱不相容元素Sm、Ti 、Y、Yb等元素与大洋中脊玄武岩的标准值(N-MORB)近似，其数据所显示曲线平缓，分馏不明显；而Sr、Nb、Hf等弱不相容元素亏损，显示出与岛弧拉斑玄武岩相似的特点。PM017GS5-1(辉绿玢岩)显示不同为Sr、Ba元素曲线中局部上扬。

图8 泥盆纪布拉克巴什组下段火山岩微量元素N-MORB标准化蛛网图

表7 微量元素及质量分数表

2.4 构造环境判别与分析

在里特曼-戈蒂里图解中(图9)，样品投影点均落于C区，岩石为非造山带地区火山岩与造山带地区火山岩派生出碱性、富碱岩。在玄武岩F-A-M判别图中(图10)，PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)、M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)、PM017GS5-1(辉绿玢岩)投影相继落在大陆造山带区、扩张性中心岛区、大洋岛屿区，反映出构造环境的十分活跃，古大洋岛屿环境的继承，造山-弧后扩张拉伸漫延。在火山岩La/Yb-Th图中(图11)，PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)投影点旁落，M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)投影落入大陆边缘弧区，PM017GS5-1(辉绿玢岩)投影落入原始大洋弧区与演化的大洋弧区之间。在玄武岩TFeO/MgO-TiO2成因图解中(图12)，PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)投影落在板内洋岛玄武岩区，PM017GS5-1(辉绿玢岩)投影落在洋中脊玄武岩区。在玄武岩构造环境TiO2/10-MnO-P2O5判别图中(图13)，PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)、M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)、PM017GS5-1(辉绿玢岩)投影相继落在钙碱性(高铝)玄武岩区、洋岛碱性玄武岩区、岛弧拉斑玄武岩区。在玄武岩构造环境Hf/3-Th-Ta判别图中(图14)，PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)、M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)投影落在钙碱性(高铝)玄武岩区，PM017GS5-1(辉绿玢岩)投影落在亏损型洋中脊玄武岩(正常型)区。在玄武岩构造环境2Nb-Zr/4-Y判别图中(图15)，PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)、M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)投影落在板内碱性玄武岩区，PM017GS5-1(辉绿玢岩)投影落在板内拉斑玄武岩区；在玄武岩10*TiO2-AI2O3-10*K2O图解中(图16)，M015GS37-4(碳酸盐化岩屑凝灰岩)、PM017GS5-1(辉绿玢岩)投影落在岛弧、造山带玄武岩、安山岩区，PM017GS17-1(安山质晶屑岩屑凝灰岩)投影落在大陆玄武岩、安山岩区。

图9 火山岩里特曼-戈蒂里图

图10 火山岩F-A-M判别图

图11 火山岩La/Yb-Th图

图12 玄武岩TFeO/MgO-TiO2成因图解

图13 玄武岩构造环境TiO2/10-MnO-P2O5判别图

图14 玄武岩构造环境Hf/3-Th-Nb/16判别图

图15 玄武岩构造环境2Nb-Zr/4-Y判别图

图16 玄武岩10*TiO2-AI2O3-10*K2O图解

3 结论

(1)研究区泥盆纪布拉克巴什组下段火山岩为亚碱性玄武岩系列，多为拉斑玄武岩系类型，次为钙碱性系类型。

(2)研究区构造环境反映为洋盆的重新扩张、洋陆转换及陆内叠覆造山，火山岩形成于板块汇聚俯冲碰撞的岛弧环境，其岩浆的形成模式与消减的大洋壳中岩浆的形成模式相关。