新疆烏魯木齊市冰草溝地區火山巖地質特征及構造環境

姚俊逸 周宏偉

(核工業二一六大隊)

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新疆烏魯木齊市冰草溝地區火山巖地質特征及構造環境

姚俊逸 周宏偉

(核工業二一六大隊)

對新疆烏魯木齊市冰草溝地區火山巖巖性、巖石地球化學成分及構造環境進行了分析，結果表明：①研究區晚古生代火山巖即玄武安山巖為玄武質巖向安山質巖過渡階段的巖性，屬鈣堿性巖石系列；②該區火山巖具有大陸板內玄武巖及島弧玄武巖的特征，主要形成于博格達晚古生代弧后裂陷盆地的拉張環境。

火山巖 火山巖型鈾礦 地質特征 巖石地球化學特征 構造環境

20世紀50年代，核工業519大隊在新疆達坂城周邊山區進行了較系統的普查找礦工作，在冰草溝地區發現了一處鈾礦床以及多處鈾礦點及礦化點，礦化類型為火山巖型鈾礦。前人將冰草溝地區出露的巖漿巖定性為淺成侵入安山玢巖，通過近年野外調查工作發現，該巖石定名存在偏差，后調整為玄武安山巖。正確了解巖漿巖巖性、成巖類型及構造環境對分析該區巖漿巖與鈾成礦的關系至關重要。本研究通過分析冰草溝地區火山巖地質特征、巖石地球化學特征，判別火山巖巖性，并對該區火山巖成巖類型及形成的大地構造環境進行探討。

1 區域地質背景

圖1 研究區大地構造特征

2 研究區地質特征

冰草溝地區出露地層簡單，主要為下二疊統塔什庫拉組、中亞組及上亞組(圖2)。中亞組為一套濱海相碎屑巖與沉積火山碎屑巖的沉積組合，主要巖性為凝灰質粉砂巖、凝灰質細砂巖、細粒長石巖屑砂巖等；上亞組為一套在濱海環境與局部潟湖環境下沉積的鈣質碎屑巖、長石碎屑砂巖及少量泥硅質巖組合，部分砂巖和粉砂巖中夾有砂質磷塊巖透鏡體或薄層，含磷砂巖出露處局部發育磷、鈾礦化。研究區出露的侵入巖主要為中性巖類的輝石閃長巖，位于冰草溝地區北部，侵入體展布方向為近EW向，與區域總體構造線方向基本一致，產出形態為巖墻、巖枝、不規則狀順地層走向切層侵入。冰草溝地區火山巖主要受EW向斷裂構造控制，出露巖性主要為下二疊統塔什庫拉組(P1t)玄武安山巖。玄武安山巖常噴出于塔什庫拉組、上亞組上部的細砂巖中，順砂巖走向呈脈狀展布，有時與巖層走向斜交，無論在平面上，還是在剖面上，均具有分枝復合現象。玄武安山巖巖石呈灰綠色或灰黑色，主要由基性斜長石、單斜輝石、玄武玻璃組成。通常為間粒-間隱結構、交織-間隱結構、間隱結構、斑狀結構，珍珠、杏仁狀、枕狀構造。因受構造應力和熱變質作用，部分斜長石具輕微程度的絹云母化和碳酸鹽化。暗色礦物和玻璃質均不同程度地被方解石、綠泥石等礦物取代。

圖2 冰草溝地區地質特征

3 巖石化學特征

冰草溝地區出露的玄武安山巖化學成分特征見表1。由表1可知：測試樣品w(SiO2)55.54%～59.30%，平均58.07%，屬中性巖類；w(P2O5)偏高，為0.53%～0.76%，平均0.67%；w(Al2O3)偏低，且變化不大，為13.22%～14.83%；w(Fe2O3)偏低，為1.37%～2.32%，平均1.89%；w(TiO2) 1.47%～1.71%，平均1.57%；w(MgO) 1.50%～2.22%，平均1.91%；w(CaO) 1.50%～5.47%，個別樣品含量達到6.41%、7.75%，不排除受礦化蝕變的影響；w(K2O)1.37%～1.89%；w(Na2O) 3.73%～4.27%。

表1 冰草溝地區火山巖巖石化學成分 %

由哈克圖解(圖3)可知：大部分主量元素(Al2O3、MgO、TiO2、Na2O、K2O、FeO)含量與SiO2含量的線性關系為正相關，P2O5、CaO、Fe2O3含量與SiO2含量成負相關關系[2]。

圖3 冰草溝地區火山巖中主要氧化物的哈克圖解

由冰草溝地區巖石TAS圖解投影(圖4)可知：10件巖石樣品中，1件樣品落入玄武安山巖中，2件樣品落入粗面安山巖中，其余樣品落入安山巖區，與野外定名及鏡下鑒定成果基本一致，為玄武質巖向安山質巖過渡階段的巖性，為亞堿性系列。巖石里特曼組合指數(σ)為1.73～2.40，按里特曼堿度分類和樣品堿度率(AR)圖解(圖5)投影，屬鈣堿性系列；w(K2O)/w(Na2O)為0.35～0.49，屬鈉質火山巖系列；鋁過飽和系數(w(Al2O3)/w(Na2O+K2O+CaO))為1.01～1.33，巖石為過鋁飽和巖系列，投影w(Al2O3)-w(SiO2)變異圖解(圖6)，可知樣品均落入低鋁質區，可知研究區火山巖屬低鋁質含量飽和的玄武巖。

圖4 研究區巖石TAS圖解

Pc—苦橄玄武巖；B—玄武巖；O1—玄武安山巖；O2—安山巖；O3—英安巖；R—流紋巖；S1—粗面玄武巖；S2—玄武質粗面安山巖；S3—粗面安山巖；T—粗面巖、粗面英安巖；F—副長石巖；U1—堿玄巖、碧玄巖；U2—響巖質堿玄巖；U3—堿玄質響巖；Ph—響巖；Ir—Irvine分界線，上方為堿性，下方為亞堿性

圖5 堿度率圖解

4 稀土元素特征

冰草溝地區玄武安山巖稀土元素含量分析結果見表2，球粒隕石標準化分布型式見圖7。由表2、圖7可知：w(ΣREE)變化較大，為(92.06～213.07)×10-6，w(LREE)/w(HREE)為3.63～6.00，具有稀土元素整體富集的特征；(La/Yb)N為2.55～5.43，分配曲線整體向右傾；(Ce/Yb)N為2.27～4.05，具輕稀土富集、重稀土虧損的特征，輕重稀土分餾明顯；δEu為0.67～0.77，銪具負異常，為銪虧損型，分配曲線在銪處呈明顯的下凹狀通過，谷的凹下較低，銪負異常明顯，銪輕度虧損，巖漿分異程度中等；w(Ce)/w(Ce*)為0.89～0.97，整體為鈰虧損型，具鈰負異常；(La/Sm)N為1.69～3.88，輕稀土元素之間分餾程度中等偏低；(Gd/Yb)N為0.98～1.11，平均1.04，重稀土元素分餾程度較低，輕度虧損。冰草溝地區玄武安山巖稀土分配型式為輕稀土富集型，具有稀土總量偏高、輕度銪負異常的特征，其特征與各類大陸玄武巖的稀土元素配分型式圖解中的裂谷拉斑玄武巖基本一致，顯示該玄武安山巖形成于低度部分熔融。

圖6 w(Al2O3)-w(SiO2)圖解

表2 冰草溝地區玄武安山巖稀土元素分析結果 %

圖7 稀土元素球粒隕石標準化分布型式

5 微量元素特征

冰草溝地區玄武安山巖微量元素含量分析結果

見表3，微量元素原始地幔標準化蛛網圖見圖8。由表3、圖8可知：各元素標準化比值均大于1，微量元素整體富集；強不相容元素Rb、Ba、Th、U等相對較富集，中等不相容元素Sr、Nb、Zr、Hf具相對富集的特征，整體具不相容元素富集型的特征；w(Rb)(22.4～111.00)×10-6，w(Sr)(154.60～612.80)×10-6，屬于低銣高鍶類型；(Rb/Yb)N為2.41～23.87，強不相容元素富集交代地幔源，熔融程度低，為分離結晶程度強的熔體[3]；玄武安山巖/原始地幔標準化蛛網圖整體右傾，規律相似，總體協調，表明是同源巖漿演化的產物，隨著元素不相容程度的增加，元素含量也不斷增加。

6 巖漿成因類型及構造環境

冰草溝地區玄武安山巖不相容元素及輕稀土元素相對富集，顯示熔融程度低，具有交代富集型地幔巖與初始裂谷火山巖的特征；w(Rb)/w(Sr)為0.10～0.64，具富集地幔類型的特征；w(Th)/w(Ta)為9.40～15.00，表明區內玄武安山巖屬大陸環境；原始地幔w(Th)/w(Ta)為2.05，較區內玄武安山巖w(Th)/w(Ta)值小，說明具大陸板內及島弧玄武巖特征，但w(Ta)/w(Hf)為0.052～0.075，平均值為0.065(<0.1)，表明區內玄武安山巖具島弧玄武巖的特征。在構造環境判別圖(圖9)中，投點基本落入大陸板內玄武巖區。在里特曼-弋蒂里指數圖解(圖10)中，樣品落入非造山帶地區火山巖與造山帶地區火山巖的界線部位，具有非典型的造山環境。玄武巖構造環境判別w(Th)/w(Hf)-w(Ta)/w(Hf)圖解(圖11)顯示，該區玄武安山巖形成于板塊匯聚邊緣，位于陸緣島弧及陸緣火山弧玄武巖區邊緣，接近大洋島弧玄武巖區。

表3 冰草溝地區玄武安山巖微量元素組成×10-6

圖8 微量元素原始地幔標準蛛網

圖9 玄武巖構造環境判別

冰草溝地區火山巖的巖石化學、地球化學特征保留有多種成因信息，如初始裂谷火山巖、大陸板內玄武巖、島弧玄武巖等，由于區內未見典型的雙峰式火山巖，故不具裂谷環境特征。冰草溝地區玄武安山巖形成于板塊匯聚邊緣，位于陸緣島弧及陸緣火山弧玄武巖區邊緣，接近大洋島弧玄武巖區，為陸緣島弧和大洋島弧帶之間的弧后盆地，后期經歷了短暫的板內發展階段，主要為弧后盆地的強烈裂解及中—基性巖漿侵位后緩慢抬升并趨于穩定[4]。可見，冰草溝地區的玄武安山巖主要形成于博格達晚古生代弧后裂陷盆地的拉張環境。

圖10 里特曼-弋蒂里指數(logτ-logσ)圖解

圖11 玄武巖構造環境判別w(Th)/w(Hf)-w(Ta)/w(Hf)圖解

7 結 論

(1)冰草溝地區玄武安山巖為玄武質巖向安山質巖過渡階段的巖性，屬鈣堿性系列，為低鋁質含量飽和玄武巖，巖石主量元素(Al2O3、MgO 、TiO2、Na2O、K2O、FeO)含量與SiO2含量的線性關系為正相關。

(2)冰草溝地區玄武安山巖的稀土分配型式為輕稀土富集型，具有稀土總量偏高、輕度銪負異常的特征，顯示玄武安山巖形成于低度部分熔融；微量元素特征顯示玄武安山巖強不相容元素富集，交代地幔源，熔融程度低，為分離結晶程度強的熔體，是同源巖漿演化的產物，隨著元素不相容程度的增加，元素含量也不斷增加。

(3)玄武安山巖具有大陸板內玄武巖及島弧玄武巖的特征，主要形成于博格達晚古生代弧后裂陷盆地的拉張環境。

[1] 姚俊逸，楊文學.新疆烏魯木齊市黑溝—達拉地布拉克地區鈾礦資源調查評價2015年報告[R].烏魯木齊：核工業二一六大隊，2015.

[2] 劉學良，弓小平，韓 瓊，等.式可布臺鐵礦床稀土和微量元素地球化學特征[J].新疆地質，2013，31(3)：206-212.

[3] 靳劉圓，張 濟，朱志新，等.哈爾里克山古生代火山巖地質特征及構造意義[J].新疆地質，2013，31(3)：173-189.

[4] 周宏偉，姚俊逸.新疆北天山冰草溝地區鈾礦控礦規律研究[R].烏魯木齊：核工業二一六大隊，2015．

Geological Characteristics and Tectonic Environment of the Volcanic Rock in Bingcaogou Area in Urumqi City,Xinjiang

Yao Junyi Zhou Hongwei

(No.216 Geological Party,China National Nuclear Corporation)

The analysis of the lithology,geochemical composition and tectonic environment of the volcanic rock in Bingcaogou area in Urumqi city,Xinjiang are conducted,the analysis results show that:①the lithology of basaltic andesite is excessive one from basaltic rock to andesitic rock,the basaltic andesite is belongs to the calc-alkalic rock series;②the volcanic rock in Bingcaogou area has the characteristics of continental intraplate basalts and island arc basalts,the volcanic rock in Bingcaogou area is formed in the tension environment of the back-arc crack basin of Bogurda late paleozoic.

Volcanic rock, Volcanic-type uranium deposit, Geological characteristics, Geochemical characteristics of rocks, Tectonic environment

2016-06-02)

姚俊逸(1987—)，男，助理工程師，830011 新疆維吾爾自治區烏魯木齊市北京南路467號。