新疆库鲁克塔格地区新元古代南华纪—震旦纪火山岩地球化学特征研究意义

宫永吉，寇晓威

1.黑龙江陆玖矿业有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161100;2.吉林省第三地质调查所，吉林 四平 136000

0 引言

本次新厘定的元古界库鲁克塔格群八个组的含义及界线层型与《新疆岩石地层》[1]、高振家[2]等1984年《新疆前寒武纪地质》中的八个组吻合。本文按照第三届全国地层会议(2005年5月，北京，讨论通过的《中国地层指南及中国地层指南说明书》修订版)的地层划分方案，将库鲁克塔格群划分为早南华世贝义西组、照壁山组；晚南华世阿勒通沟组、特瑞爱肯组；早震旦世扎摩克提组、育肯沟组、水泉组；晚震旦世汉格尔乔克组。根据火山活动规律库鲁克塔格群划分为贝义西、阿勒通沟、扎摩克提、水泉四个喷发期[3]，按照四个火山岩喷发期的地球化学特征，确定新元古代沉积环境。

1 贝义西喷发期火山岩地球化学特征

库鲁克塔格群贝义西喷发期，在西水泉地区相对发育，出露厚度大于400 m，在兴地北剖面中火山熔岩及火山碎屑岩厚度共185.49 m，其中火山熔岩厚68.89 m。西山口地区出露厚度较薄。依据贝义西喷发期火山岩岩石化学样品、微量元素样品、稀土样品分析数据，对贝义西组火山岩地球化学特征讨论如下:

1.1 岩石化学特征

北京大学地球与空间科学项目组与第三地质大队兴地北(1)寇晓威，等.新疆尉犁县兴地北一带1∶5万区域地质矿产调查报告[R].乌鲁木齐：新疆地矿局，2006.、西水泉区调项目(2)包亚范，等.新疆尉犁县西水泉一带1∶5万区域地质矿产调查报告[R].乌鲁木齐：新疆地矿局，2005.组在西山口、兴地北、西水泉地区的贝义西组中采集地球化学样品10组，将岩石化学成分列入表1。

表1 南华纪贝义西组火山岩岩石化学成分一览表Table 1 Petrochemistry composition of volcanic rocks in the Beiyixi Formation of Nanhua %

通过岩石化学分析数据的整理和研究得出贝义西组火山岩其构造环境具双重性:其一与同板内裂谷带火山岩特点相似；其二与消减作用(或活动陆缘)的火山作用有关。

由SiO2质量分数可以看出其分布范围分别集中于两个区间(44～55)%、(63～73)%；SiO2质量分数在(55～63)%之间为空白区(图1)，具较明显的板内裂谷双峰式分布特征。

图1 贝义西组火山岩SiO2与TiO2、FeO变异图Fig.1 Variation of SiO2, TiO2 and FeO in volcanic rocks of Beiyixi Formation

TiO2及FeO*的质量分数分别在基性安山岩区和酸性岩区，随SiO2质量分数增加而呈增高趋势(图2)，SiO2质量分数(53～54)%的区间出现最高值，之后则随SiO2质量分数的增高而总体下降，属裂谷带拉斑玄武岩及基性安山岩的特点，造山带的安山岩FeO、TiO2的质量分数同SiO2质量分数为稳定负相关。岩石化学定名得出其岩石类型为玄武岩、碧玄岩、玄武粗面安山岩、玄武安山岩及英安岩，缺少安山岩，具双峰式火山岩特征。

图2 贝义西组火山岩SiO2-K2O分布直方图Fig.2 Distribution histogram of SiO2-K2O in volcanic rocks of Beiyixi Formation

部分岩石的化学成分显示为碱性系列。Na2O>K2O、FeO*>CaO表现为明显的裂谷带火山岩特点(Condie，1976)。TiO2<1.3%的样品占多数为裂谷带特征。

按σ值对比属太平洋型(钙碱性岩)的中—强岩系。

按Alk-SiO2(wB%)图和F-A-M图(Irvine等，1971)进行系列划分有3个样品属碱性系列，7个样品为亚碱性系列，亚碱性系列岩石有6个属钙碱性系列，只有一个属拉斑玄武岩系列。

K2O质量分数同SiO2质量分数正相关，并且见到斜率不同的几条SiO2-K2O相关线，在SiO2质量分数连续增高的区间K2O质量分数愈高则曲线的斜率愈大，为造山带安山质岩石的特点，不同的曲线斜率和不连续的相关线表示岩浆源区的不同，具消减带(活动陆缘)的特征。

据上述可以证明贝义西组火山岩的化学成分兼具消减带和裂谷带特征。

1.2 微量元素特征

微量元素质量分数(表2)和不同环境的玄武岩和安山岩的平均元素含量(王荃，1986)对比其亲铁元素Ni、Cr、Co值介于大陆裂谷拉斑玄武岩和岛弧安山岩之间；大离子亲石元素Rb、Cs、Sr、Ba、Th、Zr同高钾安山岩相当。

表2 南华纪贝义西组火山岩微量元素质量分数表Table 2 Mass fraction of trace elements in volcanic rocks of Beiyixi Formation of Nanhua ×10-6

微量元素特征值(异常值)RbN/YbN>1、K>1、Nb<1、P*<1、Zr*<1、Ti<1可以说明岩石与消减作用有关，火山岩具同化混染，属地壳岩石，岩浆源于亏损地幔或交代地幔且熔融程度低，强分异的残余融体；仅Sr<1显示与消减作用无关。

微量元素比值蛛网图(按汤氏图排列)显示了Nb、Sr、P、Ti的亏损，岩浆为来自地幔楔形区的玄武质岩浆。比值蛛网图同新西兰火山弧英安岩和流纹岩的微量元素比值蛛网图(Sivell，1988)相似(图3)，岩石的成因同陆缘活动相关。

图3 贝义西组火山岩微量元素比值蛛网图Fig.3 Spider diagram of trace element ratio of volcanic rocks in the Beiyixi Formation

2 南华纪、震旦纪火山岩总体地球化学特征

研究区内贝义西、阿勒通沟、扎摩克、水泉喷发期的代表性岩石分别进行了岩石化学(表3)和稀土(表4)分析。

表3 南华纪、震旦纪火山岩岩石化学成分一览表Table 3 Petrochemical composition of volcanic rocks of Nanhua and Sinian ×10-2

表4 南华纪、震旦纪火山岩稀土元素质量分数表Table 4 REE mass fraction of volcanic rocks in Nanhua and Sinian ×10-6

在TiO2—Zr判别图上(Pearce，1973)，有贝义西喷发期5个点、阿勒通沟喷发期和水泉喷发期3个点投在板内玄武岩区，而贝义西喷发期2个点、扎摩克提喷发期3个点落入火山弧玄武岩区(图4)，投影点均集中在二者的接触界线附近。

图4 不同构造环境玄武岩的TiO2-Zr判别图(据pearce,1973)Fig.4 TiO2-Zr discrimination diagram of basalts in different tectonic settings

四个火山岩喷发期的稀土曲线分配型式(图5)同Cullers(1984)的曲线模式对比相当于中钾安山岩和高钾安山岩，相对于Cullers的岛弧安山岩和大陆边缘安山岩则同前者相似，对比于Taylor(1976)的曲线模式同下地壳的稀土曲线分配型式相近。各个喷发期总体曲线模式相同。而稀土元素La、Ce、Sm、Eu、Gd、Tb、Yb则同大陆裂谷拉斑玄武岩和大陆裂谷碱性玄武岩相似。

图5 南华纪震旦纪火山岩稀土分配型式(据Henderson,1984)Fig.5 REE distribution pattern of Nanhua-Sinian volcanic rocks

3 结论

塔里木板块库鲁克塔格群贝义西喷发期底部火山岩SHRIMP206Pb/238U的年龄[4]测定为(755±15)Ma，这个年龄揭示板内裂解初始时间，暗示了南华纪沉积作用的底界年龄。

从(图4)不同构造环境玄武岩的TiO-Zr判别图和(图5)南华纪震旦纪火山岩稀土分配型式可以看出属于大陆裂谷拉斑玄武岩和大陆裂谷碱性玄武岩环境。总体由含SiO2在(55～65)%之间的双峰态玄武岩和英安岩-流纹岩组成。从(图2)贝义西组火山岩SiO2- K2O分布直方图贝义西组火山岩的化学成分兼具消减带和裂谷带特征。

贝义西喷发期表明陆壳已经裂解，开始进入大洋湾环境，说明热拱曲已结束而出现明显热衰减，大洋盆地已初具规模，并发育有照壁山组、阿勒通沟组、特瑞爱肯组、扎摩克提组、育肯沟组、水泉组、汉格尔乔克组潮上—浅海碎屑岩—浊积岩—冰碛岩沉积。

南华纪早期塔里木微板块处于伸展环境，由活动逐渐向稳定转化，裂谷初期形成的近东西向张裂带，形成了贝义西组的火山岩建造。裂谷大范围扩张，裂谷为陆相—滨海—浅海—半深海过渡环境，并延续至震旦纪末，汉格尔乔克组顶部钙质砂岩与白云岩之间出现白色流纹质凝灰岩代表震旦纪末期火山活动结束，裂谷初次闭合，局部隆起剥蚀。