新疆新源县巴音居里克一带下—中二叠统乌郎组火山岩特征及地质意义

尹得功，弓小平，韩琼，王红，宋相龙，凤骏

(1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第十一地质大队，新疆 昌吉 831100；2.新疆大学地质与矿业工程学院， 新疆乌鲁木齐 830049；3.河北省地矿局第十一地质大队，河北 邢台 054000)

新疆新源县巴音居里克一带下—中二叠统乌郎组火山岩特征及地质意义

尹得功1，弓小平2，韩琼2，王红3，宋相龙2，凤骏2

(1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第十一地质大队，新疆 昌吉 831100；2.新疆大学地质与矿业工程学院， 新疆乌鲁木齐 830049；3.河北省地矿局第十一地质大队，河北 邢台 054000)

新源县巴音居里克一带的下—中二叠统乌郎组陆相火山岩呈面状分布。乌郎组分为上段(P1w2)和下段(P1w1)，其中乌郎组上段(P1w2)为巴音居里克乌郎组主体火山岩建造，为一套基性火山岩→酸性火山岩的双峰式火山岩组合。对主量元素分析,表明该组火山岩为碱性系列。微量元素的分布特点呈“双隆”型式，表现为Ba、Th、Ta的强烈富集，但又有Ce、Hf、Zr、Sm的富集，与板内碱性玄武岩的地球化学型式基本一致。稀土元素配分曲线向右倾斜，轻稀土明显富集，重稀土在流纹岩中略有富集，而在玄武岩中相对亏损。地球化学图解也显示该组火山岩形成于板内构造环境。综合对比分析，表明巴音居里克乌郎组火山岩的形成时代为早—中二叠世。

下—中二叠统乌郎组；地球化学；双峰式火山岩；巴音居里克一带

西天山造山带是中亚巨型复合造山带的重要组成部分(夏林圻等，2002)，是西伯利亚板块、塔里木板块、古亚洲洋在演化过程中伴随的多陆块拼合增生、俯冲、碰撞的产物(潘明臣等，2011)，是世界上最复杂的造山带之一。对于中亚造山带二叠纪不同类型的火山岩形成的构造背景，主要存在2种不同的认识。大多数地质学家认为二叠纪火山岩是在造山后加厚山根的垮塌引起的伸展作用下(Zhou et al.,2006；王式洸等，1994；夏祖春等，2005；Han et al.，1997；Jahn，2004)，导致幔源玄武岩喷发和侵入形成。另外一种观点认为：这一时期的岩浆活动是二叠纪塔里木地幔柱作用(Zhou et al.，2004，2009；Zhang et al.，2008，2009；Borisenko et al.，2006；Mao et al.，2008；Polyakov et al.，2008；Tian et al.，2010)，塔里木盆地及中亚造山带已成为一个整体，发育形成了大火山岩省。笔者在对新源县巴音居里克一带早—中二叠世乌郎组火山岩进行宏观地质调查的基础上，较为系统开展了岩石学、地球化学方面的研究，分析了乌郎组火山岩的成岩机理和构造背景，为阿吾拉勒一带晚古生代火山岩的研究提供新的资料。

1 区域地质背景

新源县晚古生代二叠纪乌郎组火山岩主要分布于吾拉斯台雨塔斯套、清源和巴音居里克一带。大地构造上位于哈萨克斯坦-准噶尔板块(Ⅰ级)伊犁-伊塞克湖微板块(Ⅱ级)阿吾拉勒晚古生代裂谷系(Ⅲ级)中，为一套陆相火山岩和碎屑岩组合(新疆维吾尔自治区地质矿产局，1993；董连慧等，2008)。地层区划隶属塔里木-南疆地层大区，中南天山-北天山地层区，中天山-马鬃山地层分区的伊宁地层小区(潘明臣等，2011)。晚古生代是天山造山带形成演化史上一个关键的时期，完成了从大洋向大陆的转化，经历了晚古生代初期古生代洋盆的消减、闭合以及早古生代洋盆闭合后的大规模石炭—二叠纪裂谷拉伸事件。二叠纪，伊犁盆地处于后造山拉张期，形成面状分布的早—中二叠世陆相火山岩，为碱性火山岩，火山喷发中心集中在阿吾拉勒山和乌孙山一带，在伊犁盆地南北缘以溢流相熔岩为主，总体上具有双峰式火山岩的特征(图1)。

2 乌郎组火山岩地质特征

乌郎组火山岩主体为一套由基性火山岩、酸性火山岩构成的双峰式火山岩，偶夹少量中酸性火山岩。乌郎组与下伏石炭系伊什基里克组为角度不整合。在研究区西段，乌郎组下段与下伏石炭系伊什基里克组火山岩虽然交角较小，但具底砾岩。向东至二者有明显交角，Ⅰ—Ⅰ′实测剖面，乌郎组下段产状为185°∠60°，伊什基里克组产状350°∠36°。再向东到Ⅱ—Ⅱ′剖面一带，各处均有底砾岩发育。成分与下伏石炭系火山岩一致(图2)。

研究区乌郎组分为上(P1w2)、下(P1w1)2段。乌郎组下段(P1w1)为陆相沉积，底部发育底砾岩，向上为湖相粗碎屑岩。总体厚度不大。受古地形控制而分布不均，在研究区西部相对较厚，中部较薄，东部基本缺失，整体上为紫色-紫灰色含砾粗砂岩与中厚层状粗砂岩互层产出，发育韵律型基本层序。乌郎组上段(P1w2)为乌郎组主体建造，主要由基性火山岩-酸性火山岩组成，偶夹少量中酸性火山岩，具双峰式火山岩组合特征。下部为灰紫色、紫色橄榄玄武岩→杏仁状玄武岩→紫红色玄武岩→灰色蚀变粗玄岩→灰紫色安山质玄武岩，约占整个火山岩类的2/3，具斑状结构，块状构造。斑晶主要为基性斜长石。上部为灰色橄榄玄武岩→粉红色流纹岩，约占整个火山岩类的1/3，斑状结构，块状构造。流纹岩中流纹构造较发育，浅色矿物含量为85%～90%，暗色矿物含量约10%，为黑云母，呈集合体分布。局部有紫红色安山岩出露，呈紫红色，具斑状结构，块状构造。岩石中气孔较发育，气孔形状多为次圆形和多边形，气孔直径1～5 mm，充填矿物主要为石英。代表性的岩石有灰色橄榄玄武岩、灰紫色杏仁状安山岩、灰紫色英安岩、灰紫色钠长斑岩、紫红色流纹质火山角砾岩等(图3)。

A.地质简图；B.构造略图;1.第四系；2.上二叠统铁木里克组；3.下—中二叠统乌郎组上段；4.下—中二叠统乌郎组下段；5.下石炭统大哈拉军山组下段；6.上石炭统伊什基里克组；7.浅肉红色细粒二长花岗岩；8.断层;9.接触带;①依连哈比尔尕-阿齐克库都克断裂；②长阿吾子-乌瓦门断裂图1 新源县巴音居里克一带下-中二叠纪乌郎组火山岩分布简图Fig.1 Volcanic distribution diagram of lower-middle permian Wulang formation in Bayinjulike,Xinyuan county

1.暗紫色橄榄粗安岩；2.褐红色凝灰岩；3.紫红色橄榄粗安岩；4.灰紫色杏仁状安山岩；5.褐紫色玄武岩；6.黑紫色杏仁状玄武岩；7.粉红色流纹岩；8.紫红色凝灰岩；9.灰紫色杏仁状玄武岩；10.紫红色玄武岩；11.灰色微带绿色蚀变粗玄岩；12.灰紫色橄榄玄武岩；13.灰紫色安山质玄武岩；14.紫色橄榄玄武岩15.灰色橄榄玄武岩图2 新源县巴音居里克二叠系实测地质剖面简图Fig.2 Measured geological section sketch of Bayinjulike,Xinyuan County

1.乌郎组杏仁状安山岩结构；2.乌郎组中的火山弹；3.乌郎组底部成层性砾石；4.地层特征图3 乌郎组野外宏观特征图Fig.3 Field research study area photos of Wulang Formation

3 乌郎组火山岩地球化学特征

3.1 样品采集及分析方法

本次研究样品采自乌郎组火山岩，共7套，岩性分别为英安岩、钠长斑岩、杏仁状玄武岩、斜安山岩、安山岩、橄榄玄武岩和安山质玄武岩。主量元素测试在新疆地矿局中心实验室用X射线荧光光谱(XRF)法测试完成，微量元素在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室采用Thermo-X7电感耦合等离子质谱仪进行测定。

3.2 主量元素特征

本次研究主量元素数据和岩石地球化学参数见表1。依据表1，下—中二叠统乌郎组火山岩SiO2的含量为45.04%～68.5%，平均为55.65%；Al2O3含量高，且变化大，为13.86%～15.67%，平均为14.93%；全碱含量(K2O+Na2O)为4.73%～9.52%，平均为7.33%，其含量较高；TiO2的含量为0.82%～1.72%，平均为1.36%，其含量相对较低；MgO的含量为0.16%～6.73%，平均为3.55%。总体上从基性到酸性均有，SiO2、Al2O3和全碱的含量由低到高，MnO、MgO、Fe2O3的含量表现为由高到低的变化趋势，反映了研究区火山活动各期次、各阶段岩石化学成分的演化特征。由于样品烧失量偏高，在进行岩石地球化学投图时，对测试数据扣除烧失量后作归一化处理，将处理后数据投在TAS图解(图4)中，样品全部落入碱性系列区域，与表1中火山岩里特曼指数(σ均大于3.3)显示的特征一致，其中1号及2号样品为流纹岩，3号为粗面岩，4、5号样品为玄武质粗面安山岩，6、7号样品为粗面玄武岩。其中本区基性岩多数样品的(Na2O-2.0)

图4 乌郎组火山岩TAS图解Fig.4 TAS diagram of Wulang formation volcanic rock

从表1可以看出，分异指数(DI)值明显分为2群。玄武岩类的DI值为36.42～52.33，而流纹岩类的DI值大于90。固结指数(SI)值也显示出两群特征，玄武岩类的SI值小于10，而流纹岩类的SI值大于20。玄武岩类的长英指数(FL)为35～52，而流纹岩类的长英指数为80～90。玄武岩类的镁铁指数(MF)为66～68，流纹岩类的镁铁指数多大于90。乌郎组火山岩的岩石地球化学参数(表1)及有关图解(图4)显示出2个投影密集区，具有类似双峰式火山岩的特征。

3.3 微量元素特征

乌郎组火山岩的微量元素分析数据见表2。在岩石微量元素地球化学模型图5中， 与典型的板内玄武岩的地球化学型式相似，微量元素的分布特点呈“双隆”型式，表现为Rb、Ba、Th的强烈富集，但又有Ce、Hf、Zr、Sm的富集。“双隆”型式与板内碱性玄武岩的地球化学型式基本一致。

表1 乌郎组火山岩主量元素(%)、岩石地球化学参数、CIPW参数表Tab.1 Major element(%), Geochemical parameters and CIPW parameters of Wulang formation volcanic rock

(Rb/Yb)N值介于6.7～33，这一分配型式明显区别于不相容元素强亏损(Rb/Yb)N<1的洋中脊玄武岩，而与板内玄武岩相似。所有样品的Ta/Hf值均>0.1，其值为0.16～0.30，平均为0.21。Th/Ta值远大于4，其值为14.30～25.11，平均为18.44。明显不同于E-MORB(平均为Th/Ta=1.64),而与板内初始裂谷玄武岩相近。尤其是Ce、Hf、Zr、Sm的富集和微量元素的 “双隆”型式均显示板内环境特征。

表2 乌郎组火山岩微量元素含量分析数据表(10-6)Tab.2 Trace elements analysis data table of Wulang formation volcanic rock(10-6)

3.4 稀土元素特征

乌郎组稀土元素含量、球粒陨石标准化值和主要特征参数值见表3。在稀土元素配分曲线分布图(图6)上表现为其配分曲线均为向右倾斜，轻稀土明显富集，重稀土在流纹岩中略有富集，而在玄武岩中相对亏损。稀土总量为95×10-6～219×10-6。轻稀土含量为67×10-6～220×10-6，重稀土18×10-6～43×10-6，LREE/HREE值为3.7～5.29，其比值较小，表示岩浆分异程度较强。(La/Yb)N值为3.08～5.17，平均为4.39，表明稀土配分曲线为右陡倾式。(La/Sm)N为1.61～2.72，平均为2.24，反映轻稀土之间分馏程度较好。(Gd/Yb)N值平均为1.38，其值较大，说明重稀土之间分馏不明显。δEu平均值为0.96，Eu略有负异常，说明岩浆具初步分异。δCe小于1，说明岩石氧逸度高，导致Ce3+变为Ce4+，Ce与其他稀土元素分离而出现亏损。

1.英安岩；2.钠长斑岩；3.杏仁状玄武岩；4.斜长安山岩；5.安山岩；6.橄榄玄武岩；7.安山质玄武岩图5 乌郎组火山岩微量元素蛛网图Fig.5 Spider diagram of Wulang formation volcanic rock

表3 乌郎组火山岩稀土元素含量分析数据及主要特征参数表(10-6)Tab.3 REE content analysis data and major parameters table of Wulang formation volcanic(10-6)

注：δSr=[CeN/(CeN+GdN)]1/2，δEu=[EuN/(EuN+GdN)]1/2。

4 年代学研究

4.1 区域岩性变化特征及岩石地层学对比

乌郎组上段在整个伊犁盆地分布较广泛，研究区以西的察布查尔县南昭苏一带的伊什基里克山也广泛出露该组沉积。在昭伊公路、红沟子、切金沟等地，乌郎组底界清楚，不整合于上石炭统伊什基里克组或下石炭统阿克沙克组之上，其上被上二叠统铁木里克组或侏罗纪地层不整合覆盖。岩性多为橄榄玄武岩、杏仁状安山岩、英安岩、流纹岩、霏细岩、火山角砾岩、熔凝灰岩和凝灰岩等，与本研究区相近，但厚度不等，较本研究区明显变薄，且出露不稳定，多数地段仅有少量底砾岩产出。

4.2 生物-年代地层学特征及其对比

1.英安岩；2.钠长斑岩；3.杏仁状玄武岩；4.斜长安山岩；5.安山岩；6.橄榄玄武岩；7.安山质玄武岩图6 乌郎组火山岩稀土配分图(球粒陨石(Boynton，1984)标准化值)Fig.6 REE diagram of Wulang formation volcanic rock

乌郎组以火山岩发育为特征，化石较为罕见。在1∶20万巩留幅区调工作中，在乌郎达坂东4 km乌郎组泥质砂岩夹层中采到植物化石Walchiasp.，Sphenophyllumsp.，在喀拉旱德萨依采到Noeggerathiopsissp.。新疆第九地质大队在塔尔得套一带采到植物Calamitessp.，Paracalamitessp.，Radicitessp.。上述植物化石时限较长，但在新疆却多见于二分的二叠纪早期，加之乌郎组之上铁木里克组含有晚二叠世双壳、植物等化石。因此，以往将乌郎组时代归入下二叠统。但目前从二叠系三分情况看，以往所划早二叠统上部应包含目前的中二叠统，但因二叠纪下界下移，是否包含下二叠统尚不十分清楚，至少新疆北部地区应无早二叠世早期，相当假希瓦格带时段的沉积。因此，从零星植物化石看，乌郎组的时代目前暂定为早二叠世晚期—中二叠世。

乌郎达坂一带，在乌郎组下部发现一套细碎屑岩沉积，因在背斜核部，未控制其底界。第一区调大队所采孢粉化石有：Leiotrietes，Puncatisporites，Cyclogranisporites，Striatoabieites，Protohaploxypinus，Hamiapollenites，Podocarpidites，Disaccites，Disaccitesstriatii。经鉴定，认为上述孢粉中有肋双气囊花、双束细肋粉、单东细肋粉、哈姆粉，在二叠纪最为繁盛，因此其时代应为二叠纪。上述孢粉成果虽未鉴定到世，但其产于乌郎组火山岩之下的碎屑岩中，也能说明乌郎组火山岩可能的时代为早二叠世晚期至中二叠世。

地质科研人员进行1∶20万地质调查时，在昭苏县北一带乌郎组火山岩中取获K-Ar法同位素年龄值为282.8 Ma，相当于目前三分早二叠世晚期。

通过综合对比分析，确定乌郎组时代为早—中二叠世。

5 构造环境分析

5.1 乌郎组玄武岩类构造环境图解

对玄武岩分别利用Pearce等岩石化学及微量元素地球化学进行构造环境图解，多数图解落入板内火山岩区(图7)。

图7 乌郎组玄武岩类构造环境图解Fig.7 Basalt tectonic setting diagrams of Wulang formation

5.2 乌郎组流纹岩类构造环境图解

对流纹岩类利用相关适合的图解进行判别，其结论与玄武岩类相关图解判别结论基本一致(图8)。

综合以上资料分析，乌郎组火山岩为一套碱性系列的粗面玄武岩-流纹岩组合，空间上具有双峰式火山岩特征，主元素、微量元素特征显示其不同于以碱性钠质粗面玄武岩为主的大洋板内玄武岩(即夏威夷型)，也不同于具有轻稀土元素亏损或平坦型REE分布特征的洋中脊玄武岩和以高场强元素强烈亏损为特征的与洋壳俯冲作用相关的弧火山岩，应形成于大陆裂谷环境。形成原因推测为天山晚石炭世造山运动结束后，进入新的构造松弛期，热的软流圈强烈上涌，伴随岩石圈的拉伸和减薄，部分喷出形成粗面玄武岩-流纹岩的双峰式火山岩组合。

IAG+CAG+CCG.大陆火山弧；RRG+CEIG.大陆裂谷；WPG.板内；VAG +Syn+COLG.大陆火山岩;ORG.洋脊火山岩；Syn+COLG.同碰撞； VAG.火山弧图8 乌郎组流纹岩类构造环境图解Fig.8 Rhyolite tectonic setting diagrams of Wulang formation

6 结论

(1)巴音居里克一带乌郎组火山岩为碱性系列，具有双峰式火山岩岩石组成特征。

(2)巴音居里克一带流纹质岩类和玄武质岩类具有相似的稀土配分曲线特征，为向右倾的单斜，微量元素蛛网图呈“双隆”式特征，形成于板内构造环境。

(3)巴音居里克一带乌郎组火山岩的形成时代为早—中二叠世。

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Geological Significance and Volcanic Features of Wulang Formation of Lower-Middle Permian in Bayinjulike Area, Xinyuan County, Xinjiang

YIN Degong1, GONG Xiaoping2, HAN Qiong2, WANG Hong3,SONG Xianglong2, FENG Jun2

(1.No.11 Geological Team, Xinjiang Geology and Mineral Resources Development Bureau, Changji 831100, Xingjiang,China; 2.Geology and Mineral Engineering College, Xinjiang University, Urumqi 830046, Xingjiang,China 3.Hebai Mineral Bureau XI Geological Team of Hebei Xingtai 054000, Hebei, China)

The continental volcanic rocks of Wulang formation of Lower-Middle Permian displayed a planar spatial distribution in the Bayinjulike area.Wulang formation is divided into upper unit (P1w2) and lower unit (P1w1), where the upper formation is a bimodal volcanic combination of basic volcanic rocks and acid volcanic rocks, constructed by the main body volcanic rocks of Wulang formation.The major elements show that the volcanic rocks of Wulang formation are alkaline series.Characterized by strong enrichment of Ba, Th, Ta, and other enrichment of Ce, Hf, Zr and Sm, the distribution feature of trace elements is double uplift, which is basically identical with geochemical pattern of within plate alkaline basalts.Rare earth elements distribution curve inclines to the right, the LREE concentrated obviously, while HREE slightly enriched in the rhyolite, and relatively depleted in the basalt.Discrimination diagrams in further clarifies that the group volcanic rock formed in the intraplate evolution environment.The comparative study on the formation inferred that volcanic rocks of Wulang formation in Bayinjulike area formed in the early-middle Permian.

Wulang Formation of Lower-Middle Permian; geochemistry; bimodal volcanic rock; Bayinjulike area

2014-10-20 ；

2014-12-03

新疆维吾尔自治区“1∶5万区域地质矿产调查”项目资助(XJQDW2003-07)

尹得功(1968-)，男，青海乐都人，高级工程师，主要从事区域地质调查、矿产勘查工作。E-mial:ydgchangji@163.com

P588.1

A

1009-6248(2015)01-0016-10