新疆東昆侖卡爾瓦西地區泥盆系布拉克巴什組下段火山巖地球化學特征及地質意義

2021-01-25 08:56:38詹天宇

吉林地質 2020年4期

劉越，詹天宇

吉林省地質調查院，吉林長春 130102

0 引言

研究區位于青藏高原北緣東昆侖西段高山區，屬于華北地層大區，東昆侖—中秦嶺地層分區[1-3]。研究區火山活動較弱，火山巖不發育，出露較少。測區內火山活動始于早古生代止于晚古生代，主要發育在晚古生代，屬于海相噴發，為中基性火山巖，呈層狀、薄層狀、透鏡狀產出于晚古生代地層中，其時代跨度小，相對的表現為火山活動強弱不一，火山巖活動表現為從北至南火山活動時代逐漸變新?；鹕綆r主要分布在測區內的泥盆系布拉克巴什組下段地層、二疊系馬爾爭組中段地層、以及二疊系樹維門科組地層中。泥盆系布拉克巴什組下段地層中火山巖相對為較發育，次之為二疊系馬爾爭組中段地層中火山巖。另外，泥盆系布拉克巴什組上段地層中局部夾火山巖；奧陶—志留系哈拉巴依溝組地層中見有火山巖活動跡象(圖1)。

1 研究區火山巖地質特征

測區內泥盆系布拉克巴什組下段火山巖較發育，巖石類型為巖屑凝灰巖、凝灰質板巖、晶屑巖屑凝灰巖、安山質晶屑巖屑凝灰巖、安山巖、輝綠玢巖、鈣質膠結安山質礫巖、玄武巖。反映巖相組合為：爆發相—噴發沉積相—爆發相—溢流爆發相—溢流相—潛火山巖相—溢流沉積相—爆發相，以爆發相為主?？v向上近南北向，總體從下到上由不同相的火山巖和陸源碎屑巖構成多個火山噴發韻律(表1)，火山巖從酸性到基性，從火山碎屑巖到熔巖等，反映火山活動方式為多次脈動式噴發；橫向上近東西向順圍巖層理以厚度不等的斷續的夾層狀陸續產出，呈薄層狀和透鏡狀。火山巖均遭受不同程度蝕變，尤其中基性火山巖綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化作用強烈。

圖1 新疆東昆侖卡爾瓦西地區地質簡略圖[4]

表1 中泥盆統布拉克巴什組下段火山巖噴發韻律表

2 地球化學特征

2.1 常量元素

巖石化學成分及CIPW標準礦物及參數特征見表2、3、4。PM015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)，SiO2質量分數為44.07%；PM017GS5-1(輝綠玢巖)SiO2質量分數為43.74%；上述巖石應為基性火山巖，其SiO2質量分數偏低(<45%)。PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)，SiO2質量分數78.28%，為硅質過飽和超酸性火山巖。PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)組合指數(σ)為0.17，為鈣性,鋁飽和指數(A/CNK)>1，巖石為鋁過飽和類型，出現剛玉，標準礦物組合為Q+Or+Ab+An+C+Hy，表現為高K2O，低Na2O，貧CaO特征。PM015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)及PM017GS5-1(輝綠玢巖)組合指數(σ)為1.83、3.77，為鈣堿性、堿鈣性，鋁飽和指數(A/CNK)<1，巖石為正常類型，標準礦物組合為Q+Or+Ab+An+Di+Hy、 Or+Ab+An+Di+Ne+Ol；其中PM017GS5-1(輝綠玢巖)出現SiO2不飽和標準礦物霞石、橄欖石等，說明巖石為堿性火山巖。

表2 中泥盆統布拉克巴什組下段火山巖常量元素及質量分數表

表3 中泥盆統布拉克巴什組下段火山巖CIPW標準礦物參數特征值表

表4 中泥盆統布拉克巴什組下段火山巖CIPW標準礦物及質量分數表

圖2 火山巖全堿-硅(TAS)分類圖

在火山巖化學分類TAS圖解中(圖2)，PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)投影落于亞堿性系列區，巖石化學定名分別為流紋巖、玄武巖。PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落于堿性系列區邊緣，巖石化學定名為玄武巖。

在火山巖AFM圖解中(圖3)，PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)投影落在拉斑玄武巖系列區內；PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在鈣堿性巖系列區內。

圖3 火山巖AFM圖解

在火山巖K2O-Na2O圖中(圖4)，M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)投影落在高鉀區，PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)投影落在鉀質區，017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在鈉質區。

圖4 火山巖K2O-Na2O圖

在火山巖K2O-SiO2圖中(圖5)，巖石投影均落在鈣堿系列區內，只是M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)投影落在高鉀鈣堿系列區邊緣，PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在低鉀(拉斑)系列區邊緣。(調整：去掉H2O+、 LOS后換算100%的數據)。

在火山巖SiO2-AR圖中(圖6)，PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)投影落于鈣堿性區，PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在堿性區。(調整：去掉H2O+、 LOS后換算100%的數據)。

2.2 稀土元素

巖石稀土元素及參數特征見表5、表6。

圖5 火山巖K2O-SiO2圖

圖6 火山巖SiO2-AR圖

表5 中泥盆統布拉克巴什組下段火山巖稀土元素及質量分數表

表6 稀土質量分數參數特征值表

PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)巖石ΣREE=(124.53～140.67)×10-6，PM017GS5-1(輝綠玢巖)巖石ΣREE=45.04×10-6明顯偏低；巖石LREE/REE=2.26～6.89，(La/Yb)N=1.51～8.55；PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)、PM017GS5-1(輝綠玢巖)：δEu分別為0.67、0.98、1.06，δCe分別為0.82、1.00、0.99。上述稀土元素及參數特征和稀土元素球粒隕石標準化型式曲線表明，巖石輕稀土富集，曲線為右傾斜，巖石輕重稀土間分餾程度強。PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)Eu負異常，為Eu虧損型；Ce弱負異常，Ce為弱虧損型；M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)、PM017GS5-1(輝綠玢巖)屬平坦型REE分布型式，Eu正常型，Ce正常型，稀土配分模式均為向右緩傾的輕稀土富集型曲線。

圖7 泥盆紀布拉克巴什組下段火山巖稀土元素球粒隕石標準化型式

2.3 微量元素

巖石微量元素質量分數及N-MORB標準化配分型式蛛網圖見表7、圖8?？梢钥闯?，巖石曲線基本協調一致，說明巖石物源趨同，略有差異，說明成因及構造環境等不一致。巖石中不相容的大半徑離子的親石元素K、Rb、Ba、Th、Ta明顯富集；中等不相容元素Ce、P 、Zr等弱富集；弱不相容元素Sm、Ti 、Y、Yb等元素與大洋中脊玄武巖的標準值(N-MORB)近似，其數據所顯示曲線平緩，分餾不明顯；而Sr、Nb、Hf等弱不相容元素虧損，顯示出與島弧拉斑玄武巖相似的特點。PM017GS5-1(輝綠玢巖)顯示不同為Sr、Ba元素曲線中局部上揚。

圖8 泥盆紀布拉克巴什組下段火山巖微量元素N-MORB標準化蛛網圖

表7 微量元素及質量分數表

2.4 構造環境判別與分析

在里特曼-戈蒂里圖解中(圖9)，樣品投影點均落于C區，巖石為非造山帶地區火山巖與造山帶地區火山巖派生出堿性、富堿巖。在玄武巖F-A-M判別圖中(圖10)，PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)、PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影相繼落在大陸造山帶區、擴張性中心島區、大洋島嶼區，反映出構造環境的十分活躍，古大洋島嶼環境的繼承，造山-弧后擴張拉伸漫延。在火山巖La/Yb-Th圖中(圖11)，PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)投影點旁落，M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)投影落入大陸邊緣弧區，PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落入原始大洋弧區與演化的大洋弧區之間。在玄武巖TFeO/MgO-TiO2成因圖解中(圖12)，PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)投影落在板內洋島玄武巖區，PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在洋中脊玄武巖區。在玄武巖構造環境TiO2/10-MnO-P2O5判別圖中(圖13)，PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)、PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影相繼落在鈣堿性(高鋁)玄武巖區、洋島堿性玄武巖區、島弧拉斑玄武巖區。在玄武巖構造環境Hf/3-Th-Ta判別圖中(圖14)，PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)投影落在鈣堿性(高鋁)玄武巖區，PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在虧損型洋中脊玄武巖(正常型)區。在玄武巖構造環境2Nb-Zr/4-Y判別圖中(圖15)，PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)、M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)投影落在板內堿性玄武巖區，PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在板內拉斑玄武巖區；在玄武巖10*TiO2-AI2O3-10*K2O圖解中(圖16)，M015GS37-4(碳酸鹽化巖屑凝灰巖)、PM017GS5-1(輝綠玢巖)投影落在島弧、造山帶玄武巖、安山巖區，PM017GS17-1(安山質晶屑巖屑凝灰巖)投影落在大陸玄武巖、安山巖區。