西南天山東段基性火山巖地質(zhì)及地球化學(xué)特征

李建兵，郭小雙，李鎮(zhèn)宏，許　可

西南天山東段基性火山巖地質(zhì)及地球化學(xué)特征

李建兵1，2，郭小雙1，李鎮(zhèn)宏1，許可1

（1.四川省眾成礦業(yè)有限公司，成都 610047；2.四川省地勘局區(qū)調(diào)隊(duì)，成都 610213）

西南天山東段色日克牙依拉克一帶的基性火山巖主要為致密塊狀玄武巖、枕狀玄武巖，與硅質(zhì)巖、粉砂巖互層，沿走向火山巖不穩(wěn)定，常相變?yōu)楣栀|(zhì)巖、粉砂巖，其中枕狀玄武巖枕狀構(gòu)造發(fā)育。玄武巖主量元素、稀土及微量元素特征與N-MORB玄武巖相似，綜合判斷該玄武巖應(yīng)形成于N-MORB環(huán)境。根據(jù)放射蟲鑒定、枕狀玄武巖40Ar/39Ar同位素測年，結(jié)合前人在鄰區(qū)的研究成果，確定火山巖形成年代應(yīng)為早石炭世。據(jù)此可以確定南天山古洋在早石炭世仍存在并處于擴(kuò)張階段，晚古生代南天山洋盆最終閉合時限應(yīng)在早石炭世之后。

基性火山巖；地球化學(xué)；構(gòu)造環(huán)境；西南天山

天山造山帶是世界上最復(fù)雜的造山帶之一（夏林圻等［1］，2002），晚古生代西南天山的大地構(gòu)造演化是天山造山帶形成演化過程中最重要、最復(fù)雜的事件，目前對晚古生代南天山古洋盆的性質(zhì)、洋盆的開合演化、洋盆最終閉合時限及碰撞造山時限等關(guān)鍵地質(zhì)問題的認(rèn)識尚存在很大分歧。目前對晚古生代南天山洋盆最終閉合時限認(rèn)識主要有以下觀點(diǎn)：早—中泥盆世（王作勛［2］等，1990）、早石炭世末（何國琦［3］等，2001；夏林圻［1］等，2002；高俊［4］等，2006；）、晚石炭世（舒良樹［5］等，2007；王超［6］等，2007）、二疊紀(jì)末——三疊紀(jì)初（李曰俊［7］等，2005）。由于惡劣的自然條件和交通極差，不少地方很難到達(dá)，造成整個西南天山地質(zhì)研究空白區(qū)多。而現(xiàn)有的研究工作又往往集中在少數(shù)點(diǎn)上，加之不同學(xué)者所采取的研究方法、認(rèn)識角度及測試手段不盡相同，所以對關(guān)鍵地質(zhì)問題的認(rèn)識分歧很大也就在所難免。本文研究區(qū)位于西南天山東段的色日克牙依拉克一帶，地處天山山脈腹地，山高路遠(yuǎn)，人跡罕至。大地構(gòu)造位置為西南天山晚古生代蛇綠混雜巖帶南支（圖1）（龍靈利等［8］，1995）。研究該區(qū)的基性火山巖對認(rèn)識蛇綠混雜巖特征及西南天山晚古生代大地構(gòu)造演化具有重要意義。研究在大量細(xì)致的野外實(shí)地調(diào)查工作基礎(chǔ)上，通過對該火山巖的巖相學(xué)、地球化學(xué)、年代學(xué)進(jìn)行研究，探討其巖石成因、形成環(huán)境，為進(jìn)一步研究西南天山晚古生代的大地構(gòu)造演化提供新的資料。

圖1　西天山蛇綠巖分布圖（據(jù)龍靈利等，2006，改繪）

1　地質(zhì)特征

前人將西南天山東段色日克牙依拉克一帶的基性火山巖歸屬阿爾騰柯斯組（D1a），該火山巖近東西向條帶狀展布，向西經(jīng)獨(dú)庫公路，并在黑英山以北的阿爾騰柯斯河中上游有分布，向東在迪拿河上游一帶亦有分布。沿走向火山巖不穩(wěn)定，常相變?yōu)楣栀|(zhì)巖、粉砂巖。基性火山巖地表出露寬1 345m。基性火山巖與硅質(zhì)巖、粉砂巖互層分布（圖2）。這些宏觀特征說明，硅質(zhì)巖是與火山活動同期的海相沉積產(chǎn)物，而非外來巖塊，硅質(zhì)巖中的生物化石年代可以代表火山巖形成的地質(zhì)時代。

表1　火山巖常量元素及微量元素分析成果

該套基性火山巖巖性主要為致密塊狀玄武巖、枕狀玄武巖。枕狀玄武巖分布于致密塊狀玄武巖中部，地表出露寬度380m左右，沿走向其寬度逐漸變小并最終尖滅。巖石呈灰綠色，具典型的枕狀構(gòu)造，外形呈鈁錘狀、橢圓狀、長柱狀、圓狀及不規(guī)劃狀，長軸定向排列。單枕大小40cm×100cm～10cm ×20cm。巖性為杏仁狀玄武巖，杏仁體具定向排列，顯圈層構(gòu)造。枕體中部杏仁體細(xì)小且稀疏，由內(nèi)至外杏仁體逐漸稠密且直徑變大，枕體邊部則為熔渣狀的玄武質(zhì)火山灰。杏仁體充填物為綠簾石。在枕狀玄武巖內(nèi)局部可見樹枝狀的硅質(zhì)巖透鏡體，這些硅質(zhì)巖應(yīng)為火山噴發(fā)時的捕虜體。

圖2　色日克牙依拉克實(shí)測地質(zhì)剖面圖

2　巖相學(xué)特征

玄武巖具塊狀、枕狀構(gòu)造，為蝕變間粒結(jié)構(gòu)、蝕變間隱間粒結(jié)構(gòu)、蝕變球顆結(jié)構(gòu)，蝕變特征明顯。主要由基性斜長石（60%～70%）、單斜輝石（20%～30%）、綠簾石、綠泥石組成，另有微量的鈦鐵礦。基性斜長石呈長板條狀、格架狀、細(xì)長微板條狀雜亂分布，并具綠簾石、綠泥石化，外形輪廓較模糊。在斜長石之間分布他形微粒狀或柱狀單斜輝石及蝕變隱晶狀綠泥石、綠簾石（以綠簾石為主）。輝石邊部有綠簾石化、少量的綠泥石化，具輝石外形。綠簾石、綠泥石無固定外形，為玻璃質(zhì)的蝕變物。鈦鐵礦呈他形粒狀、板狀，具強(qiáng)白鈦石化特征。

3　巖石地球化學(xué)特征

3.1分析方法

主量元素、微量元素、稀土元素的測試分析均在南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心完成。主量元素用熔融法，采用X-射線熒光光譜（XRF）完成，使用儀器為ARL9800XP+型，燒失量通過在馬沸爐中980℃烘烤90ms獲得，分析精度優(yōu)于5%。微量、稀土元素在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所元素和同位素重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，采用Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000型電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）完成，稀土元素的分析精度優(yōu)于5%（2σ），微量元素中含量＞10 ppm 的分析精度優(yōu)于5%（2σ），＜10ppm元素的分析精度優(yōu)于10%（2 σ）。測定結(jié)果詳見表1。

3.2主量元素地球化學(xué)

由于DL2-12REE1樣品燒失量較高（6.94%），考慮到該樣品含有杏仁體，其CaO含量高達(dá)15.13%，故該樣品予以剔除。研究區(qū)基性巖蝕變較明顯，常量元素Si、K、Na等在變質(zhì)和交代過程中屬于活動組分，故本文采用穩(wěn)定元素進(jìn)行巖石分類，其中TiO2用去除燒失量后的校正含量值。在Zr/TiO2-Nb/Y圖解上，兩件樣品投點(diǎn)均投在亞堿性玄武巖區(qū)內(nèi)（圖3）。去除燒失量后，該區(qū)玄武巖SiO249.90%～50.47%，TiO21.76%～2.02%，Al2O312.74%～13.26%，MgO 6.64%～6.89%，MnO 0.21%，Na2O 3.00%～3.74%，K2O 0.33%～0.45%，P2O50.19%～0.21%。

3.3稀土和微量元素地球化學(xué)

稀土元素Σ REE為52.71×10-6～76.18×10-6，LREE/HREE=1.38～1.49，LaN/YbN=0.73～0.83。稀土總量較低，輕重稀土分餾較弱，總體顯示輕稀土虧損，重稀土富集。Eu為弱負(fù)異常，δEu=0.85～0.91。Ce異常不明顯。稀土元素特征與庫勒湖基性巖、獨(dú)庫公路965km基性巖相似。稀土分配曲線左傾（圖4），與N-MORB比較接近。

從巖石微量元素N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（圖5）來看，3件樣品圖形的一致性很好，說明為同源巖漿產(chǎn)物。如圖所示，強(qiáng)不相容元素Rb、Ba、Th為明顯的正異常，其余元素豐度值與N-MORB相當(dāng)。高場強(qiáng)元素Zr、Hf、Nb、Ta在蝕變過程中有很好的穩(wěn)定性，可以作為巖石成因和源區(qū)性質(zhì)的示蹤劑。巖石四種元素的豐度值分別為91.89×10-6、2.74× 10-6、5.17×10-6、0.32×10-6，與N-MORB值接近。多數(shù)微量元素豐度值介于庫勒湖基性巖、獨(dú)庫公路965km基性巖微量元素豐度值之間，強(qiáng)不相容元素Rb、Ba、Ta豐度值與庫勒湖基性巖十分接近。

圖3　火山巖Nb_Y-Zr_TiO2巖石化學(xué)命名圖

圖4　稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖

4　構(gòu)造環(huán)境分析

在宏觀巖石組成上，玄武巖與放射蟲硅質(zhì)巖呈韻律互層出現(xiàn)，具有水下噴發(fā)的枕狀構(gòu)造特征。其主量元素構(gòu)成顯示玄武巖屬鈣堿性玄武巖。巖石稀土總量較低，總體顯示輕稀土虧損，重稀土富集，稀土分配曲線右傾，與N-MORB比較接近。多數(shù)微量元素豐度值與N-MORB相當(dāng)，高場強(qiáng)元素Zr、Hf、Nb、Ta與N-MORB值接近。一些微量元素的比值能有效指示形成環(huán)境。巖石La/Nb平均值為1.007，與N-MORB值1.07（Rollinson HR，1993；Saunders AD et al.，1988；Weaver BL，1991）接近。原始地幔的Th/Ta=1.6，大陸板內(nèi)與島弧玄武巖的Th/Ta值＞1.6，而大洋中脊玄武巖的Th/Ta 比值則＜1.6（Taylor et al.， 1985）。研究區(qū)樣品Th/Ta=1.31～1.52，平均值1.41，Th/Ta值均＜1.6。巖石La/Nb值和Th/Ta值均顯示玄武巖應(yīng)形成于MORB環(huán)境。在Zr-Zr_Y判別圖（圖6）上，所在樣品均投在MORB區(qū)域，僅1件樣品投在MORB與IAB重疊的區(qū)域。綜上所述，研究區(qū)玄武巖應(yīng)形成于N-MORB環(huán)境。

圖5　微量元素N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

5　地質(zhì)年代學(xué)依據(jù)

地質(zhì)剖面上與玄武巖互層的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)大量的放射蟲，經(jīng)南京古生物研究所鑒定，有Trilonche和Stigmorphaerortylue二屬，這二屬主要分布時代為泥盆紀(jì)至早石炭世。在本次研究中，選取了1件枕狀玄武巖進(jìn)行40Ar/39Ar同位素年齡測試。樣品測試由北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室全時標(biāo)全自動高精度高靈敏度激光40Ar/39Ar定年系統(tǒng)完成。測試數(shù)據(jù)見表2，年齡值為340±40Ma。何國琦［3］等（2001）在獨(dú)庫公路965km處獲得角閃輝長巖斜長石單礦物40Ar/39Ar坪年齡333.15Ma。王學(xué)朝［9］等（1995）對庫勒湖混雜巖中輝長巖中的斜長石定年，獲40Ar/39Ar年齡值330～335 Ma。筆者在西南天山西段托什上游地區(qū)下石炭統(tǒng)圖尤克阿秀組基性火山巖中獲40Ar/39Ar年齡值332.4 Ma［10］（李建兵等，2010）。前人在鄰區(qū)研究獲得的年齡值與本研究項(xiàng)目獲得的年齡值基本一致。綜上，西南天山中段色日克牙依拉克一帶的基性火山巖形成年代應(yīng)為C1。

6　結(jié)論

1）西南天山東段色日克牙依拉克一帶的基性火山巖巖石組合特征、巖相特征、巖石地球化學(xué)特征表明其形成環(huán)境為N-MORB環(huán)境。

2）通過對賦存于硅質(zhì)巖中的放射蟲鑒定、枕狀玄武巖40Ar/39Ar同位素測年，結(jié)合前人在鄰區(qū)的測年成果，確定該套火山巖形成年代應(yīng)為早石炭世。

3）通過對色日克牙依拉克一帶的基性火山巖的研究，表明南天山古洋在早石炭世仍存在并處于擴(kuò)張階段，晚古生代南天山洋盆最終閉合時限應(yīng)在早石炭世之后。這一論斷為南天山古洋的演化、最終閉合及西南天山晚古生代大地構(gòu)造演化發(fā)展研究提供了新的重要信息。

圖6　玄武巖Zr-Zr/Y圖解

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Geological and Geochemical Characteristics of the Late Paleozoic Basic Volcanic Rocks in the Eastern Sector of the Southwestern Tianshan Mountains

LI Jian-bing1，2GUO Xiao-shuang1LI Zhen-hong1XU Ke1
（1-Sichuan Zhongcheng Mining Co.，Ltd.， Chengdu 610047； 2-Regional Geological Survey Party， Sichuan Bureau of Geological Exploration and Exploration of Mineral Resources， Chengdu 610213）

The basic volcanic rocks in Serikeyayilake， eastern sector of the Southwest Tianshan Mountains are mainly composed of compact massive basalt and pillow basalt interbedded with the silicalite and siltstone. They are usually transformed into silicalite and siltstone along the strike. Pillow structure was developed in the pillow basalt. REE and trace elements geochemistry of the basalt is similar to that of N-MORB basalt. This shows that the basalt was formed in the N-MORB environment. Volcanic rocks should be formed in the Early Carboniferous on the basis of the radiolaria，40Ar/39Ar dating for the pillow basalt and previous research in the adjacent regions. From this it is concluded that that old South Tianshan Ocean was in a spreading stage during the Early Carboniferous， and the final closing time of Late Paleozoic South Tianshan Ocean basin should be after the Early Carboniferous.

southwestern Tianshan Mountains； Late Paleozoic； basic volcanic rock； geochemical characteristics； tectonic environment

P632

A

1006-0995（2015）04-0609-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.031

2014-10-20

李建兵（1973-），男，四川仁壽人，高級工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查研究工作