西昆侖庫孜一帶長城紀火山巖地球化學特征及地質意義

顏丙鵬

(山東省第四地質礦產勘查院，山東 濰坊 261021)

前人對西昆侖造山帶的構造演化做了細致全面的研究[1-4]，任紀舜等[5]認為西昆侖造山帶的基底是屬于塔里木板塊的一部分；郭坤一等[6-9]通過對西昆侖阿卡孜達坂一帶長城紀火山巖研究，認為西昆侖長城系是古塔里木板塊在古元古代末形成的統一陸塊基礎上裂解的產物，然而對西昆侖庫孜一帶長城紀巖石及構造演化卻很少涉及。庫孜一帶長城紀火山巖主要發育于賽圖拉巖群中，受區域性斷裂構造影響，其分布多呈斷塊狀[注]①山東省第四地質礦產勘查院，新疆西昆侖1∶5萬J43E014017，J43E015017，J43E016017，J43E017017四幅區域地質調查，2014年。。該文對庫孜一帶長城紀火山巖巖石學、巖石化學特征進行了分析，對了解西昆侖庫孜一帶長城紀火山活動及構造活動歷史具有一定的指導意義。

1 區域地質概況

西昆侖庫茲一帶大地構造位置跨塔里木板塊、

華南板塊2個Ⅰ級構造單元，Ⅱ級構造單元分屬昆侖微板塊、羌塘微板塊；以柯崗結合帶為界將北部昆侖微板塊劃分為西昆侖中間地塊及西昆侖北緣古生代復合弧盆帶2個Ⅲ級構造單元；羌塘微板塊劃分為塔什庫爾干地塊、皮勒-康西瓦古生代陸緣盆地2個Ⅲ級構造單元(圖1)[10]。

1.1 地層

區域地層發育較全，發育古元古界、長城系、中元古界、下志留統、下石炭統及第四系[11]。前人對該區地層進行了細致研究和系統的劃分，建立了完整的地層系統[注]王世炎等，1∶25萬克克吐魯克幅(J43C003002)、塔什庫爾干塔吉克自治縣幅(J43C003003)區域地質調查報告，河南省地質調查院，2004年。。長城紀火山巖產于賽圖拉巖群中，劃分為2個火山旋回。其中第一火山旋回為賽圖拉巖群第二巖組內火山巖，位于柯崗斷裂南側，其西北部受到近SN向斷裂控制，并向SE延伸出區外，總體呈315°方向帶狀展布，其在區內分布面積

較大；第二火山旋回為賽圖拉巖群第四巖組內火山巖，該旋回火山巖北部總體呈315°方向帶狀展布，南部多呈不規則包體狀產于奧陶紀花崗巖內，包體總體5°～30°方向展布，其在區內分布面積較小(圖2)。

1—斷裂及編號；2—蛇綠巖位置；3—調查區位置；4—國界；5—省界。Ⅰ—塔里木地塊(華北板塊)；Ⅰ1—塔里木板塊南緣隆起；喀什-葉城新生代坳陷；塔木-卡蘭古生代凹陷；鐵克里克陸緣地塊；Ⅰ2—西昆侖弧盆系；西昆侖北緣古生代復合溝弧帶；西昆侖北緣古生代裂谷；恰爾隆前寒武紀隆起；西昆侖中間地塊及顯生宙巖漿弧帶；Ⅱ—羌塘地塊(華南板塊)；Ⅱ1—阿偉河-木孜塔格古生代陸緣活動帶；阿其庫勒晚古生代陸緣盆地；巴顏喀喇早古生代陸緣盆地；Ⅱ—阿克賽欽-林濟堂陸緣活動帶；阿克賽欽中間地塊；林濟堂中生代陸緣盆地圖1 研究區大地構造位置圖(據新疆地礦局，新疆大地構造單元劃分及其地質特征，2005年修改)

1—第四系；2—新元古代柯崗巖組；3—中元古代賽圖拉巖群第四巖組；4—中元古代賽圖拉巖群第三巖組；5—中元古代賽圖拉巖群第二巖組；6—中元古代賽圖拉巖群第一巖組；7—二疊紀二長花崗巖；8—晚奧陶世酸性侵入巖；9—早奧陶世酸性侵入巖；10—新元古代基性侵入巖；11—新元古代中酸性侵入巖；12—中元古代超基性侵入巖；13—區域性斷裂；14—一般斷裂；15—張性斷裂及產狀；16—壓性斷裂及產狀；17—性質不明斷裂圖2 新疆西昆侖庫孜一帶區域地質略圖

1.2 構造

區內褶皺、斷裂、韌性變形構造比較發育。NW向斷裂形成時代最早，被NE向、NWW向及近SN向斷裂所截切。斷層主要形成于燕山期、喜馬拉雅期。褶皺可分為蓋層褶皺和基底褶皺。蓋層褶皺主要賦存于古生界地層中，以表、淺構相為主，基底巖系中的褶皺多見于露頭尺度，為中、深構相塑性流變為主的褶皺。韌性變形構造除形成基底褶皺外，前寒武紀變質巖石及侵入巖普遍經受了韌性變形作用改造，多為右行走滑性質。

1.3 侵入巖

區內侵入巖較發育，主要侵入期為晉寧期、加里東及華力西期，其中加里東期最強，華力西期次之，晉寧期最弱[12]。巖性從超基性至酸性均有發育。侵入巖眾多巖體長軸方向基本與區域NW向構造線方向一致，說明諸巖體的形成與構造密切相關。

2 長城紀火山巖巖相、噴發旋回劃分

2.1 長城紀火山巖巖相

根據長城紀火山巖組合特征、產出形態及形成條件等，將區內火山巖分為爆發相、噴溢相、爆發沉積相、沉積相[13]。

2.2 長城紀火山巖噴發旋回

巖石為一套淺灰綠色、灰色、灰黑色的海相巖石組合，火山噴發韻律明顯，為間歇式噴發。根據火山活動特點及物質成分、噴發方式及強度的周期性變化，區內長城紀火山巖劃分為2個火山噴發旋回。

2.2.1 第一火山旋回

第一火山旋回由7個韻律組成，從早期至晚期各韻律中火山噴溢作用所占比例小于爆發作用，晚期韻律間沉積巖厚度增大，說明火山活動漸弱。該旋回巖相總體表現為爆發—噴溢—沉積—爆發—沉積—爆發的特點[14]，總體該旋回爆發指數為41.70%，噴溢指數為25.71%(表1)。

2.2.2 第二火山旋回

第二火山旋回共4個韻律，從早期至晚期各韻律中火山活動主要為爆發作用，中期韻律間沉積巖厚度較大，說明在中期存在一火山間歇期。該旋回巖相總體表現為爆發—沉積—爆發—沉積—爆發的特點，總體該旋回爆發指數為46.67%，噴溢指數為18.15%(表2)。

3 長城紀火山巖巖石學特征

賽圖拉巖群火山旋回為一套火山巖、火山碎屑巖、沉積巖建造，火山巖巖性主要為變安山質巖屑晶屑凝灰巖、變安山質含巖屑晶屑熔結凝灰巖、變安山質晶屑凝灰巖、變英安質含巖屑晶屑凝灰巖、變英安質熔結凝灰巖、變英安質晶屑凝灰巖、變玄武巖、變安山巖等，2個旋回中巖性無明顯區別，主要巖石學特征描述如下：

(1)變安山質巖屑晶屑凝灰巖：巖石呈灰、灰綠色，粒狀鱗片變晶結構—變余凝灰結構、片狀構造。巖石均有不同程度的糜棱巖化、碳酸鹽化。巖石由巖屑(20%)、晶屑(30%)、火山塵(50%)組成。巖屑具黑云母化現象，部分蝕變為絹云母、綠泥石；晶屑主要由斜長石組成。礦物成分為絹云母(55%)、碳酸鹽(10%)、綠泥石(10%)、斜長石(15%)。巖石的粒狀礦物和片狀礦物均勻分布，片狀礦物定向性強，片理發育。

(2)變英安質巖屑晶屑凝灰巖：巖石呈灰、灰綠色，粒狀鱗片變晶結構—變余凝灰結構、片狀構造。巖石由巖屑(20%)、晶屑(25%)、火山塵(55%)組成；巖屑多具黑云母化現象，部分蝕變為絹云母、綠泥石；晶屑主要由石英、斜長石組成；火山塵已蝕變為絹云母。

(3)變玄武巖：呈柱狀粒狀變晶結構，片狀構造，主要礦物成分為角閃石(60%)、綠簾石(25%)、斜長石(15%)、微量榍石。角閃石為柱狀粒狀變晶，大體平行定向排列；綠簾石為粒狀變晶，斜長石具絹云母和綠簾石化。角閃石大體定向排列。

(4)變安山巖：呈斑狀結構，片狀構造，由斑晶(20%)、基質(80%)組成。主要礦物成分為斜長石(60%)、黑云母(20%)，次要礦物為綠泥石(5%)、綠簾石(13%)、石英(2%)，微量榍石、磷灰石、磁鐵礦。斜長石斑晶為粒狀和板柱狀，有聚片雙晶，實測An=35，具有片理化現象；基質中斜長石為粒狀，普遍被絹云母和碳酸鹽化，黑云母和綠泥石均定向排列，斑晶斜長石略有定向性，個別見有壓力影響。

(5)變安山質沉凝灰巖：巖石呈淺灰色，粒狀鱗片變晶結構，片狀及變余紋層狀構造。由沉積層與凝灰物質相間分布形成紋層狀構造。主要礦物成分為絹云母(60%)、斜長石(15%)、石英(10%)、方解石(10%)、綠泥石(5%)，次要礦物為綠簾石、黑云母、電氣石、微量石墨。

表1 長城紀賽圖拉巖群第一火山旋回噴發韻律

表2 長城紀賽圖拉巖群第二火山旋回噴發韻律

4 巖石化學特征

4.1 主量元素特征

在長城紀火山巖中采集化學樣品，其化學成分分析及計算結果見表3、表4。

(1)第一火山旋回

化學成分演化規律：區內火山巖總體隨著SiO2含量的增高，TiO2含量降低，Al2O3，Fe2O3+FeO含量也有所減低，巖石化學參數DI，A.R.增高，而SI降低。隨著SiO2含量的增高，巖石的分異指數明顯增高。

表3 賽圖拉巖群火山巖化學成分

注：樣品中帶*為賽圖拉巖群第二火山旋回，其他樣品為第一火山旋回；巖石化學全分析由山東省第四地質礦產勘查院實驗測試中心測試，氧化物含量為10-2。

表4 賽圖拉巖群火山巖參數 10-2

注：樣品中帶*為賽圖拉巖群第二火山旋回；其他樣品為第一火山旋回。

堿度類型：據表2可知，里特曼指數σ值為1.3～6.38，屬于鈣堿性—堿性。在火山巖硅—堿圖解中(圖3)[15]，4件樣品落入堿性區，2件樣品落入亞堿性區。

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3 賽圖拉巖群火山巖硅—堿圖解(據Le Maitre，1989)

(2)第二火山旋回

火山巖中SiO244.29%～44.58%，Al2O321.59%～21.95%，MgO 8.7%～9.0%，K2O 3.27%～4.63%，TiO21.20%～1.27%。分異指數46.05～51.82，堿度A.R.1.70～1.94。巖石里特曼指數σ值為13.45～18.61，屬于堿性。在火山巖硅—堿圖解中(圖3)[15]，2件樣品全部落入堿性區。

4.2 微量元素特征

長城紀火山巖第一、第二火山旋回巖石微量元素含量見表5。

第一火山旋回中Rb(22.8～198)×10-6，Sr(45～255)×10-6，Zr(74～1078)×10-6，與黎彤的陸殼、洋殼、上地幔值相對比可以看出，大離子親石元素Rb大于陸殼、洋殼指數，Sr小于陸殼、洋殼指數，大部分大于上地幔指數。在原始地幔標準化蛛網圖(圖4)[16]，顯示Rb，Ba，K，Zr，La，Ce富集；Sr，Ti，Y，Yb，Lu相當。

第二火山旋回中，Rb(137.5～186.1)×10-6，Sr(118×10～148)×10-6，Zr(200～212)×10-6與黎彤的陸殼，洋殼、上地幔值相對比可以看出，大離子親石元素Rb大于分陸殼、洋殼指數，Sr小于陸殼、洋殼指數，與上地幔指數相當。在原始地幔標準化蛛網圖(圖4)，顯示Rb，Ba，K，Zr，La，Ce富集;Sr，Ti，Y，Yb，Lu相當。第一、第二火山旋回組成相似的曲線簇。

表5 長城紀賽圖拉巖群微量元素 10-6

注：樣品中帶*為賽圖拉巖群第二火山旋回，其他樣品為第一火山旋回。微量元素由山東省第四地質礦產勘查院實驗測試中心測試。

表6 長城紀賽圖拉巖群火山巖稀土元素含量 10-6

注：樣品中帶*為賽圖拉巖群第二火山旋回，其他樣品為第一火山旋回。稀土元素由山東省第四地質礦產勘查院實驗測試中心測試。

4.3 稀土元素特征

賽圖拉巖群火山旋回巖石稀土元素含量見表6、表7，稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖見圖5[17]。第一火山旋回巖石稀土元素特征值如下：稀土總量(ΣREE)(61.82～359.36)×10-6，平均值為169.13×10-6，略高于黎彤陸殼指數；輕重稀土值比值LREE/HREE=3.28～20.47，平均值為9.31，顯示明顯的輕稀土富集型特征；δEu 0.43～1.19，平均值為0.76，總體為中等負銪異常；(La/Yb)N 2.46～57.29；La，Sm，Dy，Y接近陸殼指數，Gd，Tb，Ho接近洋殼指數。

第二火山旋回巖石稀土元素特征值如下：稀土總量(∑REE)(216.44～162.54)×10-6，平均值為239.49×10-6，高于黎彤陸殼指數；輕重稀土值比值LREE/HREE=7.49～8.41，平均值為7.95，顯示明顯的輕稀土富集型特征；δEu 0.53～0.59，平均值為0.56，總體為中等負銪異常；(La/Yb)N7.64～9.51，平均值為8.58；Ho接近陸殼指數,其他元素多高于陸殼、洋殼指數。

在球粒隕石標準化分布型式圖上為向右緩傾斜的輕稀土富集型。

表7 長城紀賽圖拉巖群火山巖稀土元素參數(10-6)

注：樣品中帶*為賽圖拉巖群第二火山旋回；其他樣品為第一火山旋回。

圖4 賽圖拉巖群火山巖微量元素原始地幔標準化蛛網圖(據wood，1979)

圖5 賽圖拉巖群火山巖稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖(據Boynton，1984)

5 構造環境及時代

在Zr-Ti/100-Y×3構造環境判別圖解中[18-20]，第一旋回2個樣點及第二旋回全部樣點落入火山弧玄武巖區，第一旋回的3個樣點落入洋底玄武巖區(圖6)。巖石中呈灰綠色，說明當時的沉積環境為還原環境。從上述投影結果及分析中反映出，該旋回火山巖形成環境應為活動大陸邊緣。

圖6 大洋火山巖和大陸火山巖判別圖(據Pearce J A and Cann J R.，1973)

根據該旋回火山巖巖石學特征、巖石化學特征、微量元素、稀土元素、圖解投影及組合特征，賽圖拉巖群中的變質玄武巖具有低鉀富鐵鎂的洋脊玄武巖的特征，形成于半深?！詈３练e環境，洋脊玄武巖的出現應代表了古塔里木陸塊初始裂解的巖漿事件，古陸裂解形成古洋盆，并接受了來自古陸塊的碎屑沉積，形成了賽圖拉巖群陸源碎屑巖夾火山巖及碳酸鹽巖的沉積建造。賽圖拉巖群中下部層位與上部層位存在二套火山巖層，說明古塔里木陸塊的裂解是斷續地、間隙性進行的，同時火山活動也是斷續、間歇性的。

在賽圖拉巖群上部的糜棱巖化變英安質含角礫晶屑凝灰巖中采集鋯石U-Pb同位素年齡樣品，獲得了(1608±49)Ma年齡值，其形成年齡應為中元古代。

6 結論

(1)西昆侖庫孜一帶長城紀賽圖拉巖群火山巖劃分為2個火山旋回，為一套火山熔巖、火山碎屑巖、沉積巖建造，巖性主要為變凝灰巖、變英安巖、變凝灰粉砂質泥巖、大理巖、石英巖、變砂巖等，2個旋回中巖性無明顯區別。

(2)根據巖石學、巖石化學特征判斷，長城紀火山巖形成于半深?！詈３练e環境，反映了古塔里木陸塊初始裂解形成古洋盆，并接受了來自古陸塊的碎屑沉積，古塔里木陸塊的裂解斷續地、間隙性進行，同時火山活動也是斷續、間歇性的。

(3)在賽圖拉巖群上部的糜棱巖化變英安質含角礫晶屑凝灰巖中的鋯石U-Pb同位素年齡值為(1608±49)Ma，其形成時代應為中元古代。