中二疊世卡拉崗組火山巖特征及構造環境分析

李明 鄧如軍 王博

摘要：中二疊世卡拉崗組火山旋回主要分布于新疆富蘊縣加撥薩爾一帶，總體呈北西、南東方向分布，該組巖性為一套陸相酸性熔巖夾中性熔巖、火山碎屑巖建造，結合該組火山巖巖相特征及巖石學特性分析，其從下向上為酸性夾中-基性火山熔巖，火山巖巖相為溢流相，整體火山活動較強。對該組火山巖化學特征分析可以確定其為鈣堿性系列鉀質類型巖石。火山巖形成時代為中二疊世，結合島弧及大陸裂谷環境火山巖的特征分析，該中二疊世火山巖大地構造環境為島弧造山與大陸裂谷環境過渡段。

關鍵詞：中二疊世卡拉崗組；火山巖；巖體特征；構造環境

1.火山巖巖相特征

該組整體劃作1個噴發次，為大面積溢流相中性、中酸性、酸性火山巖產出，該組火山活動較強，并發育古火山機構（見圖1）。該組為溢流相火山巖，為大面積溢流相產出，巖石組合為流紋巖、霏細巖-杏仁狀安山巖、杏仁狀玄武安山巖。從下向上，為酸性夾中-基性火山熔巖，噴發次厚度較大，熔巖含量較多，噴發指數為89.13%。總體反映火山活動較強。

（1）古火山機構：地形地貌特征為孤立的兩座相連的近圓形山包，與周圍地形呈突變關系，相對高差約40m～60m，直徑約150m～250m，面積約0.03km2，近圓狀。火山口中心為一不規則環形凹地，周圍為火山熔巖，以氣孔杏仁狀玄武安山巖及流紋巖為主。

（2）地質特征：裂隙式噴發熔巖不整合于下伏杏仁狀玄武巖之上，產狀水平或隨地形起伏緩傾，出露厚度>50m，巖性從外到內依次為流紋巖、流紋斑巖、弱高嶺土化球泡流紋巖、流紋質火山角礫巖及黑耀巖，巖石接觸界線不明顯，為漸變過渡關系，弱高嶺土化球泡流紋巖發育于中心地段兩座山包相連的鞍部，且發育黑耀巖、浮巖，面積約幾十平方米，球泡構造極為發育，散亂分布，為互相獨立的圓球狀，直徑在4cm～28cm，相互間充填物為高嶺土，球形流紋巖內部可見玉髓、瑪瑙等。以北于杏仁狀玄武安山巖接觸帶附近發育綠泥石化較強，杏仁體中大多可見綠泥石化蝕變，與流紋巖接觸界線清晰。

綜上所述，該段火山巖具以下特征：①火山巖巖相以溢流相為主，爆發相、沉積相較弱；②火山噴發次為溢流相，火山熔巖厚度遠大于火山碎屑巖及火山碎屑沉積巖厚度，火山噴發指數大，顯示火山活動以溢流為主；③火山活動從下向上，噴發持續時間較長，持續性較強，規模較大，總體反映出火山活動較強特征。

2.火山巖巖石學特征

組成中二疊統卡拉崗組火山巖巖石類型主要為酸性、中基性火山熔巖，巖石組合有流紋巖、霏細巖、杏仁狀安山巖、杏仁狀玄武安山巖等。各主要巖石類型特征描述如下：

流紋巖（PM11-b-44）：風化面為褐灰色，新鮮面為淺褐灰色，斑狀結構，塊狀構造，流紋構造，斑晶為石英及少量斜長石，石英呈粒狀，含量10%～30%，粒度為1mm～3mm，斜長石呈短柱狀，粒度為2mm～4mm，含量為5%，基質為隱晶質的長英質成分。巖石中暗色礦物含量較少，均蝕變為綠泥石及絹云母。

霏細巖（PM11-b-42）：霏細結構，含少量斑晶，塊狀構造，斑晶斜長石，蝕圓狀，d=0.15mm×0.7mm×1.1mm，少量分布，不足1%，石英斑晶d=0.15mm×0.5mm×0.75mm，含量1%，基質有粒度細小的霏細狀長英質礦物所構成，d= 0.003mm×0.02mm，常常難以分辨顆粒界線，其中嵌布細小大的長石顆粒。少數赤褐鐵礦，綠泥石等分布其中。

杏仁狀安山巖（PM11-b-11）：玻晶交織結構，含少量斑晶，杏仁狀構造，玻斑晶斜長石板條狀，d=0.07mm×0.02mm～ 0.55mm×0.9mm，約占1%～5%，暗色礦物斑晶d=0.2mm～0.8mm，被綠泥石、方解石替代，少量基質中斜長石微晶呈細針狀，d=0.002mm×0.01mm～0.005mm×0.05mm，少量達0.015mm×0.15mm，它們雜亂分布。微晶見為鐵染的玻璃所分布約占三分之一。褐鐵礦少量分布，杏仁體呈不規則狀粒度較小d=0.05mm×0.2mm，其中充填石英方解石，占面積15%～20%。

杏仁狀玄武安山巖（PM12-b-38）：斑狀結構，基質間隱結構，杏仁狀構造，斑晶斜長石板條狀，d=0.15mm×0.5mm～ 0.6mm×1.1mm，常呈聚斑狀，含量約5%，暗色礦物斑晶d= 0.1mm×0.5mm～0.3mm×0.55mm，全被綠泥石所替代，含量1%～5%。基質中斜長石微晶d=0.01mm×0.03mm～0.05mm×0.5mm，它們雜亂分布，含量40%～45%。石英呈它形粒狀分布斜長石之間，含量1%～5%。綠泥石、方解石、赤磁鐵礦，分布斜長石之間，部分顯示暗色礦物的形態。赤磁鐵礦占5%，杏仁體呈圓狀、不規則狀，d=0.1mm×1.5mm，其中充填方解石，少數石英，含量5%～10%。蝕變礦物綠泥石10%～15%，方解石20%～25%。

3.火山巖副礦物特征

中二疊世卡拉崗組流紋巖副礦物組合為褐鐵礦、鈦鐵礦、錳礦物型，以褐鐵礦物為絕大多數，石榴石、角閃石、黃鐵礦相對較為富集，褐簾石、電氣石、鋯石，獨居石、方鉛礦、金紅石、白鈦石、白鈦礦、綠簾石含量微。鋯石呈淺粉色，顏色單一。晶體呈半自形-自形短柱狀為主，近等軸粒狀少量，極少長柱狀。表面鐵染使透明度降低，顯弱金剛光澤，少數裂紋，晶內紅色固相包體發育，個別內部可見黑色固相包體，少數表面可見熔蝕凹坑，少數表面附有膠結物，晶粒細小，大小：0.03mm～ 0.08mm；延長系數：1.1～1.8為主，1.8～2.5次之，個別達3.0。

4.火山巖巖石化學及巖石地球化學特征

4.1火山巖巖石化學特征

對中二疊世火山巖巖石進行了化學分析，并對火山巖樣品進行了鐵校正，然后重新計算各氧化物含量且列于同一表中（表1）。

（1）火山巖巖石化學分類及其特征

中二疊世火山巖從其巖石化學成份與黎彤巖石化學平均值相比較來看，基性火山巖Al2O3、Na2O、K2O、MgO、相對較高，TiO2、MnO、P2O5、Na2O相對較低，其他成分相當，巖石化學分類為玄武巖、安山巖；酸性火山巖Fe2O3、Na2O相對較高，其他成分相當，巖石化學分類為流紋巖、英安巖。

中二疊世火山巖根據國際地科聯巖漿分類分委會推薦使用的TAS火山巖分類圖解（圖2）進行判別，投影點多數落入安山巖及流紋巖區，與巖礦鑒定名稱基本一致。經李氏火山巖分類圖解（圖3）進行投點，投影點也均落入安山巖、流紋巖巖區，與前述巖石名稱較吻合。

（2）火山巖系列的確定

根據硅-堿圖（圖4），中二疊世火山巖投影點多數落入亞堿性系列區；根據波爾德萬特提出的Ol′-Ne′-Q′，投影點也落入亞堿性系列區；結合用CIPW標準礦物劃分火山巖系列，根據A=Ab-2enhy-1.5fshy值法，標準是A′>0，為鈣堿性系列，經計算，早泥盆世火山巖A′= 38.88 > 0，其結果與以上投影圖一致：為鈣堿性系列火山巖。

為進一步確定是拉斑玄武巖系還是鈣堿性系列，根據FA-M圖（圖5）進行投影，投影點多數落入鈣堿性系列區，有3個樣落入拉斑玄武巖區。因此，可以認為晚泥盆世火山巖屬亞堿性巖系、鈣堿性系列。

火山巖根據鉀與鈉相對大小，可分為鉀質系列與鈉質系列。在前面已確定了火山巖系列的基礎上，以亞堿性巖Ab′-An-Or三角圖解投影發現，少部分投影點落入“普通”火山巖區，其余多數落入鉀質系列區。根據以上圖解投影判讀和地層劃分等因素，可以確定中二疊統卡拉崗組火山巖為鈣堿性系列鉀質類型巖石。

4.2火山巖微量元素特征

通過對中二疊世火山巖微量元素、微量元素標準化值及特征值分析可知：（1）強不相容元素Ba、Rb、Th、等相對富集，K、P相對虧損，中等不相容元素La、Sm、Zr、相對富集，Ce、Y、Yb相對虧損，弱不相容元素Ti具較明顯虧損特征。從而表明中二疊世火山巖具較明顯的同化混染作用，大體反映出地殼（近地幔）巖石類型。（2）微量元素比值蛛網圖形態變化表現出規律相似、總體協調的特點，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，元素Rb、Ba、Th、La、Sm富集和Ti虧損較明顯，上述特征與J.A.Pearce（1982）所作的島弧過度型玄武巖火山巖標準化曲線圖相似。

4.3稀土元素特征

對中二疊世火山巖稀土元素豐度值、稀土元素標準化值及中二疊世火山巖稀土元素分配曲線分析，該火山巖各巖類稀土總量平均值為200.98～460.49，輕重稀土比值為4.62～7.75，平均為6.52，CeN/YbN比值平均為4.48，表現出明顯的輕稀土富集型特征。La/Yb比值大于1來看，表明輕稀土較為富集。由輕重稀土比值可判別中二疊世火山巖為島弧火山巖。

從稀土元素配分曲線圖中可以反映出（圖6）：配分曲線均明顯向右傾斜，鋸齒狀表現明顯，輕、重稀土的富集與否及程度主要與巖石成因有關，輕稀土元素堿性較強，易在分異作用的晚期富集，局部熔融時輕稀土元素則優先進入熔體中。

δEu值為0.99～1.12，δEu值稍大于或小于1，分配曲線在銪處略呈“∧”形峰狀和平坦狀，銪具正異常。從稀土元素的分餾程度來看，中二疊世火山巖屬輕稀土分餾明顯、重稀土分餾不明顯的稀土型類型。

5.火山巖時代及大地構造環境分析

5.1火山巖時代確定

對該樣品中24粒鋯石的24個分析點進行LA-ICP-MS U-Pb同位素定年分析，除17、23、09、11、24諧和度較差予以剔除外，其余均為諧和年齡，且206Pb/238U表觀年齡變化范圍小。它們的206Pb/238U表觀年齡介于279Ma～280Ma之間，全部落在諧和線上，獲得206Pb/238U表面年齡加權平均值為280.4±0.62Ma（MSWD=16），這一年齡代表了該火山巖巖漿的結晶年齡，即該火山巖的形成時代為中二疊世。

5.2大地構造環境分析

中二疊世火山巖里特曼指數（δ）為1.94～2.76，為鈣堿性巖系（太平洋型）。根據里特曼、戈蒂尼指數對數值圖解進行投點，投影點均落入B區造山帶火山巖，結合大洋和大陸火山巖判別圖解進行投影，投影點投在島弧玄武巖、安山巖區及大陸裂谷玄武巖、安山巖區線附近。

從區域上看中二疊世火山巖所處的中二疊統卡拉崗組位于天山興蒙造山系（Ⅰ級）東北部，以薩爾布拉克斷裂為界，北東劃屬查爾斯克-喬夏哈拉縫合帶（Ⅱ級），南西主體劃屬準噶爾弧盆系（Ⅱ級）、北準噶爾晚古生代溝弧帶（Ⅲ級）、薩吾爾-二臺晚古生代島弧帶（Ⅳ級），為一套酸性火山巖夾中基性火山熔巖、火山碎屑巖的結構類型，火山活動較強烈。

6.結語

通過本次基礎地質調查工作查明，該組巖性為一套陸相酸性熔巖夾中性熔巖、火山碎屑巖建造，區域上卡拉崗組主要分布于西準噶爾烏倫古河一帶，奧什克山以東中蒙邊境也有零星出露，該套地層厚度變薄，火山碎屑巖增多，巖相具一定的變化，反應自西向東火山活動由弱變強，但是活動持續時間由長變短。本組火山巖巖性特征為色調雜、熔巖發育，原始噴發狀態保留完好，含植物化石，含珍珠巖等礦產，與新疆北部東西準噶爾廣泛分布的卡拉崗組火山巖特征完全一致，屬陸相火山巖。根據火山巖巖石化學及巖石地球化學特征分析，可以確定中二疊統卡拉崗組火山巖為鈣堿性系列鉀質類型巖石，并結合島弧及大陸裂谷環境火山巖的特征，判別該中二疊世火山巖大地構造環境為島弧造山與大陸裂谷環境過渡段。

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