新疆青河县老山口一带中泥盆统北塔山组基性－超基性火山岩形成环境探讨

贺永康 彭素霞

(中国地质调查局西安地质调查中心西安710054）

新疆青河县老山口一带中泥盆统北塔山组基性－超基性火山岩形成环境探讨

贺永康 彭素霞

(中国地质调查局西安地质调查中心西安710054）

新疆青河县老山口一带中泥盆统北塔山组基性－超基性火山岩岩石化学特征既有碱性系列,也有拉斑玄武岩系列和钙碱性玄武岩系列,与板内火山岩存在明显的区别,微量元素Nb和Ta的负异常、Ti的低度负异常以及P和Sm的低度正异常,均显示出典型的岛弧岩浆的特点,而苦橄岩密度较大,在深部容易发生分离结晶作用形成密度较低的演化岩浆,板块边缘岛弧只有在局部拉张环境下才有可能直达地表。

老山口基性－超基性熔岩板块边缘拉张环境

中泥盆统北塔山组广泛分布于东准噶尔地区和西准噶尔的北部，区域上为一套海相中－基性火山－沉积岩建造及蛇绿混杂岩建造［1］。2003～2005年,新疆地矿局第四地质大队在卡拉先格尔一带开展1∶5万区域地质矿产调查①，在老山口一带于北塔山组地层中发现有苦橄岩、苦橄质玄武岩断续分布。本文以该组地层中玄武岩、橄榄玄武岩、苦橄岩等基性－超基性火山岩为研究对象,根据火山岩的岩石化学特征,对岩石形成环境进行探讨,为进一步研究喀拉通克晚古生代岛弧带的发展演化提供资料。

1 地质特征概况

研究区处于哈萨克斯坦－准噶尔板块北缘的喀拉通克晚古生代岛弧带内,北部靠近西伯利亚板块的哈龙－可可托海古生代岩浆弧带［2－3］。区内中泥盆统北塔山组分布在玛因鄂博深大断裂(图1中F1)南侧,岩性组合以玄武岩、橄榄玄武岩、辉斑玄武岩、玄武安山岩以及苦橄岩和玄武质、玄武安山质凝灰岩、角砾凝灰岩为主,局部见有灰岩、凝灰质砂岩断续出露。玄武岩、苦橄岩等基性－超基性熔岩主要分布在卡拉先格尔－接勒的卡拉他乌断裂(F2)与卡依尔特－二台断裂之间(F3),其中斑状结构和气孔状、杏仁状构造发育。区内北塔山组地层延伸较为稳定,矿化蚀变较为发育,哈腊苏、玉勒肯哈腊苏、卡拉先格尔等斑岩铜矿床(图1中1－3号矿床)及老山口火山沉积－岩浆热液改造型铁铜金矿床均产于该组地层靠近与下石炭统姜巴斯套组断层接触部位①。

图1 老山口一带地质略图

2 岩石化学特征

在北塔山组基性－超基性火山岩中,TiO2的含量均较低(表1),除辉斑玄武岩＞1%,最高为1.2%外,其余均＜1%; Al2O3、Na2O、K2O也以辉斑玄武岩最高,橄榄玄武岩次之,苦橄岩最低,多数样品含量不及辉斑玄武岩的二分之一。

表1 北塔山组基性-超基性火山岩主量与微量元素含量表10-6

2.1 碱度及系列

在碱－二氧化硅图解上(图2),辉斑玄武岩落在碱性岩区,苦橄岩和橄榄玄武岩落在亚碱性岩区,而玄武岩则落在二者的分界线上。亚碱性岩在进一步区分钙碱性系列与拉斑系列的AFM图解上,苦橄岩和橄榄玄武岩落在拉斑系列岩区,而玄武岩则落在钙碱性系列区。

2.2 稀土元素特征

北塔山组基性－超基性火山岩中稀土元素含量较低(表1),ΣREE为26.29×10－6～68.86×10－6,且由苦橄岩－橄榄玄武岩－辉斑玄武岩(玄武岩)呈现出明显的递增趋势;轻稀土略富集,轻、重稀土比值L/H为1.99～4.86; δEu值大多为1左右,表明岩浆的分异程度较低。在稀土元素配分型式图(图3)上,所有岩石的配分曲线均为较平缓的右倾型,无明显的铕异常,相同岩性的配分曲线基本一致。

图3 北塔山组基性-超基性火山岩稀土元素配分型式图

2.3 微量元素特征

北塔山组基性－超基性火山岩微量元素中Cr、Ni、Co等相容元素从超基性岩－基性岩含量明显降低,Rb、Sr、Ba等大离子亲石元素则呈相对增高趋势。特征参数K*[2Kn/(Tan+Lan)]＝1.14～31.58,均＞1,属钾富集型; Rbn／Ybn＝1.52～14.27,均＞1,属强不相容元素富集型,而Nb*[2Nbn/(Kn+Lan)]＝0.01～0.55,均＜1,属铌亏损型.在微量元素比值蛛网图上(图4),Rb、Ba、Th、U等大离子亲石元素及多数样品中的Sr均相对于MORB较富集,而高场强元素与其相当或略亏损.所有岩石中均具有不同程度的Nb负异常和较弱的P正异常、Y负异常。

图4 北塔山组基性-超基性火山岩微量元素比值蛛网图

3 形成环境探讨

3.1 形成时间

准噶尔北缘北塔山组辉石玄武岩LA－ICP－MS锆石U－Pb年龄测定结果为380.5±2.2 Ma［4］,且在火山岩中零星出露的凝灰质粉砂岩中见有以中泥盆世最为常见的Pachyfavosites sp.(厚巢珊瑚)、Crassialveolites sp.(厚槽珊瑚)、Keriophyllum sp.(角珊瑚)、Prismato⁃phyllum sp.(多角珊瑚)Fimbrispirifer sp.(花边石燕)、Phacops sp．（镜眼虫）等动物化石①,以上特征均表明北塔山组火山岩形成于中泥盆世。

3.2 形成环境

北塔山组基性－超基性火山岩既有碱性系列,也有拉斑玄武岩系列和钙碱性玄武岩系列,暗示了其构造背景为板块边缘,而非板内环境.较低的TiO2含量（＜1.2%）、高Al2O3含量、低稀土含量、稀土元素曲线具有平缓型到轻稀土低度富集的特点,以及微量元素MORB标准化图解上很强的Nb和Ta的负异常、Ti的低度负异常以及P和Sm的低度正异常,均显示出典型岛弧岩浆的特点。

在大洋火山岩与大陆火山岩的判别图解上(图5)，该组基性-超基性火山岩样品全部落在岛弧造山带玄武岩、安山岩区,与火山岩地球化学特征反映的信息完

图5 大洋火山岩和大陆火山岩的判别图解

全一致,进一步说明其形成于岛弧环境。

由于苦橄岩的密度较大,通常情况下不易直接上升到地表,而在深部就会发生分离结晶作用,形成密度较低的演化岩浆［4］。只有在相对拉张的环境中,才有可能使其没有阻碍直接达到地表。由此判断,北塔山组火山岩形成于板块边缘的岛弧局部拉张环境。

[1]新疆地质矿产局.新疆维吾尔自治区区域地质志［M］.北京:地质出版社,1993:418-427.

[2]李锦铁,何国琦,徐新,等.新疆北部及邻区地壳构造格架及其形成过程的初步探讨［J］.地质学报,2006,80(3):304－322.

[3]张湘炳，等.阿尔泰地区大地构造演化体制及其形成机理,见涂光炽主编:新疆北部固体地球科学新进展［J］.科学出版社,1993, 173-184.

[4]张招崇,闫升好,陈柏林,等.阿尔泰造山带南缘中泥盆世苦橄岩及其大地构造和岩石学意义［J］.地球科学,2005,30(3):289－297.

[5]新疆地矿局第四地质大队.新疆青河县阿拉图拜幅、哈依尔很幅1∶5万区域地质矿产调查报告,2006.

收稿：2014-04-08

项目资助：阿尔泰-准噶尔北缘成矿带矿产资源调查（12120113041900）