新疆博格達地區晚石炭世柳樹溝組火山巖巖石地球化學特征

冉秋成 潘展超

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第一區域地質調查大隊 烏魯木齊 830013）

新疆博格達造山帶在晚石炭世早期構造環境爭議較大，主要集中在地殼伸展（裂陷）與板塊匯聚擠壓（島弧）的討論上：一是根據鈣堿性系列火山巖-火山碎屑巖建造判斷為火山島弧或弧后盆地；二是認為屬于晚古生代的裂谷系、陸間裂谷、裂陷槽或坳拉谷。本次工作在奇臺縣半截溝-達板河一帶的柳樹溝組中發現了晚石炭世早期雙峰式火山巖，同七角井地區柳樹溝組的物質組成類似，認為該地區在晚石炭世早期為大陸裂谷環境。

1 基本特征

博格達造山帶地處天山山脈中段北部博格達山-哈爾里克山一帶，位于烏魯木齊市以東，吐魯番-哈密盆地以北，準噶爾盆地以南，東止于中蒙邊境。晚石炭世柳樹溝組為一套海相火山熔巖-火山碎屑巖夾碎屑巖沉積。依據巖石組合、沉積建造等特征將其劃為兩個段：一段為海相碎屑巖夾火山碎屑巖建造；二段為海相火山巖夾碳酸鹽巖-碎屑巖建造。

2 巖石學特征

（1）玄武巖

多為灰綠、深灰、灰紫色，斑狀結構、間隱-間粒結構，塊狀構造，部分具杏仁狀構造。巖石由斑晶和基質組成。斑晶為斜長石（10%）及輝石（2%），斜長石為半自形板條狀，粒徑0.32×0.4～0.96×3.84mm，具輕微綠泥石化、輕微隱晶簾石化、輕-中度絹云母化；輝石為半自形短柱狀，粒徑0.05～0.26mm，無色，斜消光，為普通輝石，個別顆粒具輕微綠泥石化。基質（88%）具間隱-間粒結構，由斜長石、普通輝石、玻璃質組成組成：斜長石（48%）呈半自形細板條狀，粒徑0.01×0.05～0.02×0.16mm，具輕-中度絹云母化，互相交錯搭成格架分布，其間充填輝石、玻璃質，構成間隱-間粒結構；普通輝石（35%）多呈粒狀，部分呈束狀，粒徑0.01～0.03mm，具輕微隱晶簾石化；玻璃質（5%）都已脫玻蝕變為隱晶簾石集合體、鱗片狀綠泥石，并析出鐵質。杏仁石（4%）次圓-圓狀。

（2）石英斑巖

淺灰色、灰色，斑狀基質顯微球粒結構，塊狀構造。巖石由斑晶10%和基質90%組成，球粒發育。斑晶主要由斜長石、鉀長石、石英等組成，斜長石（1%）呈半自形板狀、粒狀，1～0.6mm，具雙晶，泥化中度；鉀長石（2%），0.87～0.5mm 半自形板粒狀，條紋構造發育，高嶺土化輕；石英（7%），0.7～3mm熔蝕粒狀。基質球粒結構發育，球粒均由纖維放射狀長英質組成，大小0.2～0.5mm，密集分布，內部包含了微量塵點狀鐵質，3%針柱狀雛晶暗色礦物，全被綠泥石、簾石取代。偶見氧化黃鐵礦星點狀分布，粒徑0.1～0.6mm粒狀。

3 巖石地球化學特征

晚石炭世柳樹溝組火山巖共采集21件巖石化學分析樣品，其中玄武巖11 件，玄武安山巖4 件，安山巖2 件，英安安山巖1 件，鈉長斑巖2 件，凝灰熔巖1件。

（1）主量元素特征

巖石中Al2O3＞K2O+Na2O+CaO，屬于鋁過飽和類型。Na2O、K2O 含量相對較高，且具有Na2O 或K2O 增加較快的特點。根據里特曼指數σ 值，大部分樣品均屬鈣堿性巖系，少數樣品屬堿性巖系的鈉質。玄武巖SI在15.62～30.57之間，中酸性巖大概在4.83～41.45，除凝灰熔巖和鈉長斑巖MF指數＞80外，其它在60.22～79.25 間，故而巖漿分離結晶作用相對良好。玄武巖、玄武安山巖的M/F 比值均在0.49～1.24，屬鐵質基性巖。

在Ol-Ne-Q 判別中大多數樣品投在亞堿性區，少量樣品投在堿性區。亞堿性樣品均屬于拉斑玄武巖系。中酸性火山巖屬鈣堿性玄武巖系。該系列巖石Na2O 為1.78～5.88、K2O 為0.43～3.03，Na2O＞K2O，為鈉質巖石，屬中鉀系列。總體上晚石炭世基性火山巖多數為拉斑質玄武巖系列，但也存在堿性玄武巖系列，而非堿性的中酸性火山巖則大多屬于鈣堿性系列，其共同的特點是均為中鉀。

（2）稀土、微量元素特征

所有樣品中（La/Yb）N＞1，為輕稀土富集型，分配曲線右傾。δEu 值在0.68～1.19 之間，多具負異常，呈虧損型，少量為正異常，反映巖漿分異結晶程度良好。δCe 值在0.81～1.01 之間，鈰呈虧損型，具負鈰異常，反映其形成條件為還原環境。

晚石炭世火山巖稀土元素總量較低，∑REE 為61.2～275.6，總體上隨SiO2增加而增加。稀土元素配曲線總體平坦，稀土分異程度差，[La/Yb]N為1.25～3.16，多數樣品輕稀土元素呈現不同程度的富集，呈現緩右傾的稀土元素配分型式，個別樣品重稀土含量明顯較高，可能是殼源物質混染了基性巖漿的結果。該系列巖石銪負異常較明顯，呈弱正銪或負銪異常，δEu 為0.87～1.12。與洋中脊玄武巖稀土元素特征相似，不同之處在于略為富集輕稀土元素，可能為高溫中基性巖漿在上升過程中與地殼混染導致的。

晚石炭世火山巖微量元素總體含量較低，總量略高于洋中脊玄武巖含量。富集K、Rb、Ba、U等大離子親石元素，高場強元素Nb、Ta、Zr、Hf等元素含量相對較低。（Rb/Yb）N值除2 號樣之外均大于1，反映巖漿源區可能來自于富集地幔源。Nb、P、Ti 大多數中等虧損，與島弧玄武巖明顯的Nb、Ti 負異常相區別，且具高（Th/Nb）N值，顯示玄武巖漿受到地殼或巖石圈物質的混染特點，其次Nb*大多數小于1，也說明巖漿具同化混染的特點。

4 構造環境

晚石炭世火山巖系列發育在晚石炭世柳樹溝組中，將玄武巖在Zr/Y-Zr 圖解進行投圖，該系列樣品大多投在板內玄武巖（WPB）區域；從巖石化學成分分析，玄武巖堿性相對較高，同時粗面巖及流紋巖類的KN 值分別為8.9和9左右，過堿成分明顯；其次因地殼混染Nb、P、Ti等元素相對虧損，但程度有別于其他環境下的產物，具大陸板內環境的特點；再者與本次調查區相鄰的博格達造山帶主體七角井天池等地區發現大量的雙峰式火山巖建造，且具有裂谷環境的巖石地球化學特征，結合上述火山巖主量元素、稀土微量元素特征及構造判別，本區晚石炭世火山巖應屬于大陸裂谷環境下的產物。