新疆西昆仑温泉—独尖山一带中-下二叠统赛利亚克群火山岩地球化学特征及构造环境

程蓉蓉，张海芳，胡成林，隋玉成，李强

(1.山东省第三地质矿产勘查院，山东 烟台 264000;2.莱州市自然资源和规划局，山东 烟台 261400；3.聊城市地质矿产调查监测中心，山东 聊城 252000)

0 引言

西昆仑造山带位于青藏高原西北缘，其北邻塔里木板块(古亚洲构造域)，南与羌塘地块相接(特提斯构造域)，处在古亚洲构造域和特提斯构造域的结合部位[1-4]。西昆仑造山带因其特殊的大地构造位置经历了多期复杂的构造演化，从古元古代至古生代发育较为齐全，沉积岩、火山岩、变质岩岩石类型复杂多样，西昆仑造山带呈现多层次、多样式、多机制、多阶段的构造演化和变形特点，常以蛇绿混杂岩带或区域性剪切带构成地质构造单元的边界[5-6]，前人沿边界断裂由北向南将西昆仑造山带划分为昆北地块、昆中地块及昆南地块[7]。

本次研究的赛利亚克群火山岩，位于西昆仑造山带东段温泉—独尖山一带，是昆南地块的重要组成部分，对研究古特提斯洋的构造演化具有重要意义[4，6-8]。由于极端的自然条件所限，前人对温泉—独尖山一带的研究主要集中在苏巴什蛇绿混杂岩带内[8-9]，对蛇绿混杂岩带两侧的配套火山岩研究较少。随着近些年西昆仑基础地质工作的开展，获得了一些基础地质成果，本次研究依托“新疆西昆仑温泉—独尖山一带1∶5万四幅区域地质调查”项目，在野外地质调查的基础上，对西昆仑温泉—独尖山一带中-下二叠统赛利亚克群火山岩进行详细的岩石学、岩相学、岩石地球化学及年代学研究，探讨研究区二叠纪火山岩成因及其构造环境，为西昆仑造山带东段构造演化历史提供相关地质证据。

1 区域地质背景

研究区位于西昆仑东段，苏巴什蛇绿构造混杂岩带南侧，东西昆仑交界位置，在大地构造位置上属于昆南-羌北缝合系(图1a)。研究区北邻西昆仑地区在晚古生代原特提斯残留洋的基础上发生了一次非常明显的开与合，石炭纪古特提斯大洋发生伸展扩张，至早二叠世，研究区北部的苏巴什残留洋盆再次发生扩张，继承性的形成古特提斯洋；中二叠世，苏巴什洋向南北两侧扩张俯冲消减，在苏巴什南侧形成了卡拉勒塔什岩浆弧；中二叠世末期，苏巴什洋盆进一步缩小，残余的洋壳向陆壳碎块之下俯冲，使其具有岛弧性质[9-12]。根据《新疆维吾尔自治区岩石地层手册》(2012版)，赛利亚克群由原赛利亚克群[13]与“1∶25万于田县幅区调”下-中二叠统阿羌火山岩、“1∶25万伯力克幅区调”二叠纪卡拉勒塔什岩群合并而来，为一套紧邻苏巴什混杂岩带南侧分布的一套岛弧火山岩建造，岩性组合为杂色基、中、酸性火山岩夹少量陆源碎屑岩、灰岩、硅质岩，局部为杂色陆源碎屑岩、碳酸盐岩夹基性火山岩，与下伏上石炭统库尔量群整合接触，与上覆中-下侏罗统叶尔羌群不整合接触。

2 火山岩地质及岩石学特征

2.1 火山岩地质特征

温泉-独尖山一带的赛利亚克群，分布于研究区北部阿克苏卡子一带，呈条带状近EW向展布，出露总面积约78.38km2，厚度大于2616.5m，其中火山岩约占总厚度的22.9%。赛利亚克群北侧与苏巴什蛇绿构造混杂岩带呈断层接触，南侧与黄羊岭组呈断层接触(图1b)[12]。

研究区内赛里亚克群以火山熔岩、火山碎屑岩夹正常沉积碎屑岩为主，为一套典型岛弧火山岩建造。本次工作将该群进一步划分为3个岩组，分别为：

第一岩组：主要为一套正常碎屑岩与中性火山熔岩互层夹少量火山碎屑岩，主要岩性为灰绿色细中粒岩屑长石砂岩、碎裂蚀变安山岩、凝灰岩、凝灰质板岩，自下而上表现为颜色逐渐由深灰-灰绿色过渡为深灰-灰黑色。该段向下与苏巴什蛇绿混杂岩带呈断层接触，厚度>1156.6m。

第二岩组：主要为一套正常沉积碎屑岩夹基性火山熔岩、火山碎屑岩，主要岩性为灰绿、紫灰色杏仁玄武岩、玄武质火山角砾岩、细粒长石岩屑砂岩、颗粒玄武岩、凝灰质板岩，自下而上表现为火山岩夹层厚度增大，上部开始出现粉砂岩夹层，而砂岩厚度逐渐减小，表现为退积型组合特征。该段在研究区东部与黄羊岭组第四段呈断层接触，向下与第一岩组呈断层接触，厚度>1459.9m。

第三岩组：主要为一套正常沉积碎屑岩夹酸性火山熔岩、凝灰岩，主要岩性为浅紫灰色英安岩、绿灰色晶屑凝灰岩、深灰色细粒长石岩屑砂岩、泥质粉砂岩，该段在研究区内顶底出露不全，向上与黄羊岭组第四段呈断层接触，向下与第二岩组接触关系不明显。

赛里亚克群的火山碎屑岩、陆源碎屑岩夹层在研究区由西向东碎屑岩的数量相对减少。垂向上，从下往上，碎屑岩数量具有由少至多再减少的特点。火山岩相以溢流相为主，爆发相次之，爆发相仅占火山岩厚度的6.3%。岩石类型主要为杏仁状、气孔状玄武(玢)岩、安山岩，次为英安岩等。根据区内火山岩相在空间上总体呈带状相间展布特征分析，火山喷发型式主要为裂隙式喷发。

2.2 岩石学特征

赛里亚克群火山岩以杏仁状玄武岩、球颗玄武岩、安山岩为主，次为凝灰岩，其中玄武岩局部发育气孔、杏仁构造。

(1)杏仁玄武岩。岩石未见明显斑晶，具间粒结构。板条状斜长石微晶杂乱排列，在其架状空隙间充填若干个他形粒状辉石和少量磁铁矿等。斜长石具轻微程度黏土化。含量估计，斜长石为53%；辉石为44%；铁质为3%。杏仁体呈不规则状、次圆状，大小在1.3～0.5mm，其内充填方解石，杏仁体含量约18%(图2a、图2d)。

a：Ⅰ—塔里木陆块；Ⅱ—铁克里克断隆带；Ⅲ—北昆仑早古生代岩浆弧带；Ⅳ—中昆仑微陆块；Ⅴ—南昆仑晚古生代残弧带；Ⅵ—巴颜喀拉晚古生代-中生代边缘裂陷盆地；Ⅶ—甜水海-北羌塘陆块群；Ⅷ—喀拉昆仑-南羌塘陆块；Ⅸ—明铁盖地块；①—铁克里克北缘断裂；②—柯岗断裂；③—库地-其曼于特蛇绿构造混杂岩带；④—苏巴什-柳什塔格蛇绿构造混杂岩带；⑤—康西瓦-木孜塔格蛇绿构造混杂岩带；⑥—郭扎错-西金乌兰湖-金沙江结合带；⑦—龙木错-双湖结合带；⑧—塔阿西-岔路口构造混杂岩带。b：1—第四纪现代冰川；2—第四纪冲洪积堆积物；3—第四纪乌鲁克库勒组安山质、玄武质火山岩；4—古近纪阿尔塔什组砂岩、砂砾岩；5—二叠纪黄羊岭组四段粉砂岩、板岩；6—二叠纪黄羊岭组三段粉砂岩、砂质板岩；7—赛利亚克群第二组玄武岩、凝灰岩、岩屑砂岩；8—赛利亚克群第一组安山岩、凝灰岩、岩屑砂岩；9—奥陶纪玛列兹肯组砂岩；10—苏巴什蛇绿混杂岩；11—特殊地质体；12—板块俯冲带；13—逆断层；14—走滑断层；15—地质界线；16—地层产状；17—板理产状；18—倒转地层产状；σC—石炭纪橄榄岩岩片；ψC—石炭纪辉石岩岩片；νC—石炭纪辉长岩岩片；νP—二叠纪辉长岩岩片；βP—二叠纪玄武岩岩片；αP—二叠纪安山岩岩片；lsP—二叠纪灰岩岩片；siP—二叠纪硅质岩岩片；ζ—英安岩；tf—凝灰岩图1 新疆西昆仑温泉-独尖山一带赛利亚克群火山岩地质简图(据文献[12]修改)

a，d—气孔状玄武岩；b，e—球颗玄武岩；c，f—安山岩；Cc—方解石；Pl—斜长石；Dol—白云石；Q—石英图2 新疆西昆仑温泉—独尖山一带赛利亚克群火山岩野外及镜下鉴定照片

(2)安山岩。岩石由斑晶(1%)和基质(99%)组成。斑晶主要为蚀变暗色矿物，呈半自形柱状，0.7～0.5mm，已完全程度方解石化，残留轮廓，据晶形判断为辉石等，不均匀分布。基质主要为板条状斜长石微晶半定向排列，其间充填少量他形粒状磁铁矿(已赤铁矿化)、次生绿泥石等。绿泥石由暗色矿物蚀变而来，残留轮廓。含量估计：斜长石85%，磁铁矿3%，次生绿泥石12%。岩石后期受力，部分组分破碎，裂隙若干条，宽度2.5～0.02mm，其内充填破碎的原岩组分、铁质、方解石(Cc)等，碎基含量约占25%，具碎裂结构(图2c、图2f)。

(3)球颗玄武岩。暗紫色，球颗结构，块状构造，岩石由斑晶(2%)和基质(98%)组成。后期受力破碎，裂隙发育，切割岩石，岩石组分呈棱角状碎块，具碎裂结构。裂隙宽度1.3～0.05mm其内充填白云石(Dol)。斑晶为斜长石，半自形板状，1.3mm，受力破碎。基质主要为斜长石和辉石的玻璃—隐晶纤维呈束状集合体，构成隐束球颗结构(图2b、图2e)。

3 火山岩地球化学特征

本次研究所采取的样品均采自地质剖面和主干路线的代表性新鲜岩石，共计7件样品，岩性以安山岩和英安岩为主。样品主量、微量和稀土元素的测试工作由核工业新疆理化分析测试中心鉴定完成。分析结果见表1、表2。

表1 赛利亚克群火山岩主量元素(%)分析结果表

表2 赛利亚克群火山岩微量元素(×10-6)分析结果表

3.1 主量元素特征

经计算，安山岩样品SiO2为57.53%～76.85%，碱总量5.14%～6.03%，里特曼指数0.78～2.36；英安岩样品SiO2含量为64.45%～64.73%，里特曼指数为0.95～1.17，呈钙碱性岩。与中国同类火山岩的平均化学成分相比[14]，岩石化学成分多居于流纹岩与安山岩之间。样品碱度率AR从1.63～2.24，固结指数7.47～17.84，Na2O/K2O为0.93～116，平均值18.2，属钠质系列。铝质指数(A/CNK)为0.73～0.98，平均为0.85，属于偏铝质岩石。

在火山岩硅-碱TAS分类图(图3a)中，1件样品落在安山岩区，2件样品落在英安岩区，其余4件样品落在流纹岩区。在火成岩AFM图解中(图3b)，样品点主要落在钙碱性系列，而在AR-SiO2图(图3c)中，7件样品同样落入钙碱性区。综合样品主量元素特征，岩石属于偏铝质钙碱性系列火山岩。

a：1—苦橄玄武岩；2—玄武岩；3—玄武安山岩；4—安山岩；5—英安岩；6—流纹岩；7—石英岩；8—粗面玄武岩；9—玄武质粗面安山岩；10—粗面安山岩；11—粗面英安岩；12—粗面岩；13—碱玄岩；14—响质碱玄岩；15—碱玄质响岩；16—响岩；17—副长火山岩；18—霞石岩。b：A=Na2O+K2O；F=FeO+0.9Fe2O3；M=MgO。c：AR=[Al2O3+CaO+(Na2O+K2O)]/[Al2O3+CaO-(Na2O+K2O)]图3 新疆西昆仑温泉—独尖山一带赛利亚克群火山岩主量元素TAS图解(a)[15]、AFM图解(b)[16]及AR-SiO2图解(c)[16]

3.2 稀土和微量元素特征

从表2中可看出，赛里亚克群火山岩微量元素与中国大陆岩石圈化学元素丰度值相比[14]，B、K、Th、Ba、Nb、Zr、Hf、Ti、Li、Pb等元素含量较高，为弱富集，平均含量多为大陆岩石圈丰度值的1.0～2.0倍，Ba、Nb、Hf元素含量尤为富集，普遍为大陆岩石圈丰度值的2.0倍以上，其中大离子亲石元素Ba达到19倍以上。其余元素如F、Sr、Rb、U、Re、Ta、P、Ni、Cr、Be等贫化，显示亏损状态。

从微量元素原始地幔标准蛛网图(图4a)中可看出，标准化分布型式呈向右缓倾，右端几近平直，Th、U、La、Nd、Hf元素呈峰值，显示富集；K、Ba、Nb、Ce、P、Ti显示亏损，Nb呈槽及Th、Hf呈峰值，说明区内火山岩与陆壳有密切关系，其受地壳物质混染作用明显，总体显示出岛弧火山岩的微量元素特征。

图4 新疆西昆仑温泉—独尖山一带赛利亚克群火山岩微量元素原始地幔标准蛛网图(a)[17]和稀土元素配分曲线图(b)[17]

与中国大陆岩石圈化学元素丰度值相比[14]，研究区样品14种稀土元素均表现为富集(表3)。

表3 赛利亚克群火山岩稀土元素(×10-6)分析结果表

玄武岩稀土总量∑REE介于97.96×10-6～262.16×10-6，轻稀土总量∑LREE介于87.48×10-6～238.83×10-6，重稀土总量∑HREE介于10.17×10-6～23.33×10-6，LREE/HREE为7.62～10.24，(La/Yb)N值介于9.45～20.07，表明轻、重稀土元素分馏明显，球粒陨石标准化配分曲线呈右倾型(图4b)。(La/Sm)N=3.49～5.11，指示轻稀土元素内部发生了明显分馏，(Gd/Yb)N=1.35～3.93，说明重稀土元素内部分馏不明显。样品呈弱的负铕异常(δEu=0.70～1.02，平均0.81)。

样品轻稀土元素配分曲线向右陡倾(图4b)，重稀土配分曲线相对平坦，轻重稀土分异明显，与岛弧火山岩相似，弱负铕异常说明在岩浆演化过程中斜长石的分离结晶作用不明显。

4 构造环境探讨

赛里亚克群火山岩为一套火山熔岩、火山碎屑岩夹陆源碎屑岩建造。火山熔岩以安山岩、玄武岩、英安岩为主。

在Th-Hf/3-Ta构造环境判别图解(图5a)中，7件样品有6件落入D区(火山弧玄武岩)，1件落入B区(大洋玄武岩)；Th/Yb、Ta/Yb等微量元素对比值对分离结晶作用不敏感，在Th/Yb-Ta/Yb图解(图5b)中，火山岩样品大部分落入VAB(火山弧玄武岩)区域；在Lu-Eu-Sr图解(图5c)中，除1件样品外(D4013/1)，大部分样品点落在IAB区域(岛弧玄武岩)。这些图解说明赛里亚克群火山岩岩浆主要来源于地幔，但有地壳物质的明显加入，形成于大陆边缘的岛弧环境。

塞里亚克群紧邻其苏巴什蛇绿岩带南侧分布，又具典型岩浆弧火山岩特点。大量事实[18-21]证明苏巴什蛇绿岩所代表的晚古生代洋盆早二叠世开始向南俯冲消减，中二叠世末已完全消失，故认为该套地层时代应为早-中二叠世。

a：Th-Hf-Ta图解(据文献[22])，A—N型MORB；B—E型MORB；C—碱性板内玄武岩；D—火山弧玄武岩。b：Th/Yb-Ta/Yb图解(据文献[23])；VAB—火山弧玄武岩(IAT—岛弧拉斑玄武岩；CAB—钙碱性玄武岩；SHO—橄榄粗安岩)；MORB—洋中脊拉斑玄武岩；WPB—板内玄武岩(TH—拉斑玄武岩的，TR—过渡的，ALK—碱性的)。c：Eu-Lu-Sr图解(据文献[24])；MORB—洋中脊玄武岩；IAB—岛弧玄武岩；OIB—洋岛玄武岩图5 新疆西昆仑温泉—独尖山一带赛利亚克群火山岩构造环境判别图解

5 结论

(1)新疆西昆仑温泉—独尖山一带赛里亚克群以火山熔岩、火山碎屑岩夹正常沉积碎屑岩为主，为一套典型岛弧火山岩建造。

(2)岩石地球化学显示研究区火山岩属于偏铝质钙碱性系列火山岩，稀土元素表现为轻稀土富集、重稀土亏损，Eu异常不明显，富集Th、U、La、Nd、Hf等元素，亏损 K、Ba、Nb、Ce、P、Ti等，反映出岛弧火山岩的特点。

(3)塞里亚克群北侧与苏巴什蛇绿岩带相邻，岩石具典型岩浆弧火山岩特点。以苏巴什蛇绿岩为代表的晚古生代洋盆早二叠世开始向南俯冲消减，中二叠世末已完全消失，笔者认为塞里亚克群火山岩时代应为早-中二叠世。