新疆吉木乃縣都拉特火山巖地球化學特征及其構造環境分析

劉興彪 周泳 江俊

(新疆有色地質勘查局七0六隊 阿勒泰 836500)

1 區域地質背景

新疆吉木乃縣都拉特區劃屬北疆-興安地層大區（I），北疆地層區（Ⅰ1），北準噶爾地層分區（Ⅰ12），薩吾爾山地層小區（Ⅰ12-2），大地構造位置位于哈薩克斯坦-準噶爾板塊（Ⅱ）準噶爾微板塊（Ⅱ1）薩吾爾-二臺晚古生代島弧帶（Ⅱ11）。

都拉特的火山活動為晚泥盆世-早石炭世，是組成區內上泥盆-下石炭統塔爾巴哈臺組（D3C1t）地層的主要巖石類型，在下石炭統黑山頭組（C1h）中也有小面積出露，火山巖出露總面積約13.42平方千米。區內火山巖不發育，出露規模較小，主要呈不規則似層狀分布，以中基性噴發的玄武安山巖和安山巖為主，局部出露有條帶狀玄武巖。巖性較單一，對測區不同巖石地層單位中火山巖的巖石學、巖石化學和地球化學特征及大地構造環境等進行初步的探討。

2 巖石學特征

都拉特火山巖不發育，呈似層狀產出于陸相碎屑巖地層中，橫向上延伸不穩定，主要分布在塔爾巴哈臺組第一巖性段，第二巖性段有少量火山巖、火山碎屑巖產出，面積13.12平方千米。主要巖石類型為蝕變玄武安山巖和安山質火山碎屑巖，敘述如下：

弱蝕變玄武安山巖：巖石呈灰-深灰色，斑狀結構，基質為交織結構，塊狀構造。主要礦物為：巖石主要由斑晶、基質組成。斑晶：約20%～25%，主要為輝石，呈柱狀，大小不一，粒徑約0.1～2.4mm，少數被綠泥石、綠簾石、方解石等交代，分布不均勻。基質：約75%～80%，主要為斜長石，呈細板條狀，粒徑多小于0.2 mm×0.05mm，定向排列，少數斜長石被綠泥石等交代。斜長石之間，不均勻分布有綠泥石、細小的輝石微晶、磁鐵礦、磷灰石等。磁鐵礦約5%～10%，粒狀，粒度大小不一，約0.01～1mm，分布不均勻。蝕變礦物：綠泥石約5%～10%，綠簾石約5%（圖1）。

圖1 蝕變玄武安山巖野外巖石特征及電子顯微照相

火山碎屑巖：主要產于塔爾巴哈臺組第三、第四段，以安山質巖屑晶屑凝灰巖為例描述；巖石呈灰綠色，塊狀構造，主要由玻屑、晶屑、巖屑等組成。玻屑：約55%～60%，可見弓狀、棒狀、雞骨狀、條帶狀、不規則狀等形態，粒徑多小于0.5mm，重結晶之后，被隱晶質的長英質礦物、絹云母、黝簾石、綠泥石、方解石等交代，不同程度的被褐鐵礦浸染，分布不均勻；晶屑：約20%～25%，多呈尖角狀、棒狀、階梯狀、不規則狀等形態，粒徑約0.05～2.4mm，主要為輝石、斜長石等，輝石多被綠泥石、綠簾石等交代，斜長石多被絹云母等交代；巖屑：約15%～20%，多呈極不規則狀、條帶狀，粒徑多小于0.8mm，主要為安山巖、霏細巖巖屑等，多被絹云母、綠泥石等交代，分布不均勻。部分巖屑之間、巖屑與玻屑之間成分相近，界線不明顯。磁鐵礦：約1%～5%，粒狀，粒徑約0.05～1.3mm，部分被褐鐵礦交代，分布不均勻。

3 火山噴發韻律簡述

火山在其活動過程中往往有物質成分、噴發方式及噴發強度的規律性變化。這種變化有的具周期性，有的則有方向性。一般說來，一次或多次火山噴發活動，造成成份與活動方式的周期性變化或噴發的間斷，就構成火山噴發韻律。按照火山噴發類型、火山物質搬運方式和定位環境與狀態分為爆發相、噴溢相、侵出相、噴發沉積相和潛火山相，根據野外地質剖面和地質路線中的巖性特征、巖石組合、空間位置、變質特征和上下接觸關系特點，將塔爾巴哈臺組分為3個巖性段，火山巖主要分布在第一巖性段，通過實測地質剖面控制，整體上看來，以噴溢相為主，其次為爆發相，各個剖面控制范圍內的噴發韻律特征如下：

火山巖近東西向呈條帶狀分布，出露厚度為835.08m，主要為噴溢相，其出露厚度為397.14m，占47%，主要的巖石類型有蝕變杏仁狀玄武安山巖、蝕變玄武等；爆發相出露厚度為273.08m，占33%，主要的巖石類型有蝕變火山角礫巖、蝕變角礫晶屑巖屑凝灰巖、蝕變晶屑玻屑凝灰巖等；沉積相出露厚度為164.86m，占20%，主要的巖石類型有凝灰質巖屑長石砂巖、凝灰質砂礫巖等（表1）。

表1 塔爾巴哈臺組火山韻律劃分表

分析認為塔爾巴哈臺組一段（D3C1t1）火山巖由3個噴發韻律組成，為爆發-噴溢-沉積相，噴發系數為47%。

4 巖石地球化學特征

4.1 常量元素

都拉特塔爾巴哈臺組火山巖SiO2含量為49.18%～52.90%，與中國同類火山巖平均值相對較高（安山巖48.28%）；Al2O3含量高，變化不大，為14.05%～15.81%；全堿含量低，Na2O+K2O為3.04%～7.34%，低于同類巖石的全堿含量值，其中Na2O含量2.7%～4.45%，K2O含量0.34%～2.89%，巖石中Na2O含量略大于K2O；TiO2含量較低，變化范圍小，為0.63%～0.78%；MgO含量相對本地區較高，為4.26%～4.65%。

固結指數（SI）較大，平均為23.18%，與同類型火山巖的固結指數對比（安山巖5～10）相對較高；分異指數（DI）較低，平均值46.68，說明巖漿分異程度較弱，爆發強度較強，爆發持續時間較長，爆發物較多，而噴溢相持續時間短，噴溢物不充足，造成該組火山巖厚度小，呈斷續帶狀分布，火山巖酸性程度偏低。堿度指數（AR）即堿度率，一般島弧和活動大陸邊緣火山巖堿度指數偏低，指數值的變化區間也較小。塔爾巴哈臺組火山巖堿度指數普遍偏低，變化范圍較小，平均1.26%～2.06%。

4.2 微量元素分析

微量元素蛛網（圖2）中可以看出相對巖石富集大離子親石元素（LILE）Rb、K，指示巖石為島弧火山巖，高場強元素（HFSE）Zr、Hf、Nb富集等，稀土元素（REE）La、Ce富集，弱不相容元素Sr、P、Ti元素虧損，指示為斜長石分離結晶后的殘余巖漿；強不相容元素（Rb、Th、K）高度富集的單峰隆起形態突出。

4.3 稀土元素分析

分析結果表明：稀土元素（∑REE）總量較低，說明巖性偏基性，LREE/HREE為2.64～8.28.，其比值較小，稀土元素（REE）分布模式為輕稀土（LREE）富集型；（La/Yb）N為1.68～8.04，樣品Eu呈負異常，δEu值為0.64～0.98，平均值為0.81，從中性到酸性，Eu負異常減弱，表明巖漿不存在明顯的斜長石的分離結晶作用，部分為斜長石分離結晶后剩下的殘余熔體。在稀土元素分布型式圖（圖3）上表現為向右傾斜的輕稀土明顯富集，重稀土較為虧損，表示巖漿輕重稀土元素分異程度較強。

5 構造環境分析

本次調查工作，經過薄片鑒定，其主要巖性有安山巖、玄武安山巖，其次為火山碎屑巖類，受后期動力變質作用的影響，巖石不同程度的發生片理化，通過巖石地球化學分析方法，運用火山巖巖石地球化學特征和構造圖解判別方法，結合地質特征，確定構造環境。

不相容元素Nb、Ta、Th、Yb、Y分別具有相似的地球化學行為，它們與相容元素在一起可以有效地區分火山巖形成的構造環境。Zr和Y是蝕變及變質作用過程中十分穩定的不活動痕量元素，在巖漿演化過程中保持一定的連續性，不容易受后期地質作用的干擾。因此，利用這些元素來判斷火山巖產出的大地構造背景是比較有效的方法。而Ta、Yb主要與地幔部分熔融及幔源性質有關，Th是不相容元素，他們均不易受后期蝕變作用和變質作用的影響，地幔富集事件對Ta和Th的影響程度相近，火山中Ta和Th的豐度與火山巖源區組成及火山巖的形成環境有十分密切的關系，因此，運用Th、Ta和Yb之間的比值關系對于區分火山巖的源區性質有重要的意義。運用以上元素的特征，進行構造環境的判別和源區的初步探討。

圖2 塔爾巴哈臺組火山巖微量元素蛛網圖

圖3 塔爾巴哈臺組火山巖稀土元素蛛網圖

圖4 塔爾巴哈臺組火山巖Zr-Zr/Y和Hf/3-Th-Ta構造環境判別圖解

在Zr-Zr/Y圖解中（圖4-左），所有樣品落在“WPB”的周圍，表明其形成為大陸島弧環境。在Hf/3-Th-Ta圖解中（圖4-右），所有樣品基本落在“CAB”，反映島弧火山巖的基本特征，上述分析分為，塔爾巴哈臺組火山巖形成的環境為島弧環境。

IAB-島弧玄武巖；IAT-島弧拉斑系列；ICA-島弧鈣堿系列；SHO-島弧橄欖玄粗巖系列；WPB-板內玄武巖；MORB-洋中脊玄武巖；TH-拉斑玄武巖；TR-過渡玄武巖；ALK-堿性玄武巖；

在Ta/Yb-Th/Yb圖解中，所有樣品落在“活動大陸邊緣（陸緣弧）”區內，反映其所處的環境為活動大陸邊緣。在里特曼-戈蒂里指數圖解中所有樣品落在“活動大陸邊緣”區內，亦反映塔爾巴哈臺組火山巖形成時的環境為活動大陸邊緣。

本地調查工作獲得塔爾巴哈臺組玄武安山巖（TW13-5-5）的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為384±12Ma（MSWD=4.5，N=21），其代表的安山巖的結晶年齡，說明塔爾巴哈臺組為上泥盆巖漿活動的產物。通過構造環境的分析，認為塔爾巴哈臺組火山巖形成與活動大陸邊緣的島弧環境，上述特征說明上泥盆統薩吾爾東段為俯沖的陸緣弧環境。