口门子南地区中—下奥陶统恰干布拉克组火山岩地球化学特征及构造意义

黄剑,朱志新,,李平,靳刘圆,孙月园（.新疆大学，新疆乌鲁木齐830049;.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐8300）



口门子南地区中—下奥陶统恰干布拉克组火山岩地球化学特征及构造意义

黄剑1,朱志新1,2,李平2,靳刘圆2,孙月园1
（1.新疆大学，新疆乌鲁木齐830049;2.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830011）

摘要：新疆哈尔里克山口门子南地区中—下奥陶统恰干布拉克组主要发育一套海相中-基性火山岩建造，对该组中玄武岩进行岩石学、地球化学研究，结果表明恰干布拉克组玄武岩属钙碱性系列岩石，轻稀土元素较重稀土元素更富集（LREE/HREE=1.48～2.28），无明显Eu负异常（δEu=0.91～1.02），大离子亲石元素（Ba，Sr等）较富集，高场强元素（Nb，Ta）相对亏损，富Al高Ti。岩石地球化学特征表明早—中奥陶世恰干布拉克组玄武岩形成于火山岛弧环境。结合区域地质资料及前人研究成果，认为该区玄武岩的形成与康古尔洋盆由南向北的俯冲作用有关。

关键词：火山岩；岩石学特征；地球化学特征；古洋盆俯冲；口门子南地区

❶新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队，新疆哈密市口门子南一带1∶5万区域地质矿产调查报告，2006

哈尔里克山位于天山山脉的东段，口门子南地区位于哈尔里克山主脊西北段，大地构造属哈尔里克古生代岛弧（图1-a）。随着地质研究方法的不断进步，许多学者通过对该区域的研究提出许多新的认识。成守德等认为哈尔里克山与吐哈盆地南侧，大草滩-大南湖断裂北侧大南湖地区早古生代岛弧性质的地质体相连接[1]，但该岛弧带是卡拉麦里洋盆向南俯冲形成的[2-3]，还是康古尔洋盆向北俯冲形成的[4-5]，或有另外一条沿巴音沟-艾维尔沟-七角井一带的俯冲线[6]，至今无定论。本文以哈尔里克口门子南地区中—下奥陶统恰干布拉克组火山岩作为研究对象，通过对其岩石学及地球化学特征研究，对该区火山活动的大地构造背景进行探讨，可为区域构造属性判别提供一些佐证。

图1　哈尔里克大地构造位置图（a）和火山岩分布简图（b）Fig.1 Tectonic map(a) and distribution map of volcanics in Harlik area(b)(a图据成守德2012修改，b图据1∶20万、1∶5万地质图修改；图中同位素数据引用1∶5万地质调查报告) 1.第四系;2.下二叠统阿尔巴萨依组;3.下石炭统姜巴斯套组;4.下泥盆统大南湖组;5.上—中奥陶统塔水组; 6.上—中奥陶统赛尔万组;7.下—中奥陶统恰干布拉克组第三岩性段;8.下—中奥陶统恰干布拉克组第二岩性段;9.下—中奥陶统恰干布拉克组第一岩性段;10.基性岩;11.中性岩;12.酸性岩; 13.地质界线;14.断层;15.剖面位置及编号;16.取样位置I-1——准噶尔地块;I-2——依连哈比尔尕晚古生代裂陷槽;I-3——博格达晚古生代裂谷;I-4——哈尔里克古生代岛弧;I-5——大南湖古生代岛弧;I-6——吐哈地块;I-7——觉罗塔格裂陷槽

1　地质背景

区内出露地层由老到新主要有中—下奥陶统恰干布拉克组、上—中奥陶统赛尔万组、上—中奥陶统塔水组、下泥盆统大南湖组、下石炭统姜巴斯套组、下二叠统阿尔巴萨依组。恰干布拉克组主要为一套海相火山岩、火山碎屑岩及碎屑岩沉积，据岩石组合可进一步划分出3个岩性段：第一岩性段以正常碎屑岩为主夹有少量中性火山岩；第二岩性段为中基性、中酸性(以中性为主)火山岩、火山碎屑岩为主夹有火山碎屑沉积岩和正常碎屑岩；第三岩性段为火山岩与碎屑岩间互沉积。各岩性段间均为整合接触，与塔水组和大南湖组呈断层接触。由于侵入体的破坏，恰干布拉克组出露不完整。从构造形态上看，该组组成一中等开阔的复式向斜构造（图1-b）。此外在恰干布拉克组沉凝灰岩、钙质砂岩中发现大量腕足类化石Orthissp.,Orthis；oallatis dalmun;Hesperorthis sp.;Hesperorthis sinica su; Clyptorthis insculpta（Hall）；Rouschellasp.;海百合茎：Cyclocyclicussp.等，推测该地层时代应为早—中奥陶世❶新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队，新疆哈密市口门子南一带1∶5万区域地质矿产调查报告，2006。

区内侵入岩十分发育，主要出露在西部，因断裂破坏，呈不明显的NW向展布，可能为岩盆产出。区内火山活动较为强烈，火山岩较发育，主要由恰干布拉克组火山岩、赛尔万组火山岩、塔水组火山岩、大南湖组火山岩组成。其中，恰干布拉克组火山岩，塔水组火山岩和赛尔万组火山岩呈带状分布，分布较广。大南湖组火山岩呈零星分布，分布较局限。恰干布拉克组火山岩以喷溢相为主，岩石组合为玄武岩、安山岩、英安岩组合；爆发相岩石为火山角砾岩、凝灰岩、集块岩；火山碎屑沉积岩为凝灰质砂岩、沉凝灰岩，属中基性火山岩建造。

2　样品特征和分析方法

样品采自恰干布拉克组第三段岩性（图2），所选玄武岩样品粒度均匀，新鲜无蚀变，特征描述如下：岩石颜色为灰色，具无斑结构，基质具间粒-嵌晶含长结构，块状构造。岩石无斑晶，由斜长石（60%）、辉石（35%）、其它（5%）组成，其它主要是由玻璃质、杏仁构造、磁铁矿组成。斜长石呈自形-半自形板状，聚片双晶发育，粒径0.08 mm×0.04 mm～ 0.04 mm×0.4 mm，杂乱排列，其间充填辉石和少量脱玻蚀变的绿泥石。辉石呈半自形柱、粒状，粒径0.1～0.6 mm，少数内含斜长石晶体构成嵌晶含长结构，内有少量白钛石分布。杏仁构造呈圆状、不规则状，大小为0.2～0.9 mm，其内充填绿泥石。磁铁矿呈粒状，粒径0.08～0.1 mm。

全岩主量元素分析和微量分析均在湖北省地质实验研究所完成，主量元素分析采用样品粉末熔成玻璃饼后用X射线荧光光谱方法（XRF）测定，测试精度优于1%。微量元素分析采用两酸（HNO3+ HF）高压反应釜溶样方法对样品粉末进行溶解。采用等离子质谱仪（ICPMS；Agient 7500a）来测定元素含量。含量高于10×10-6元素的误差小于5%，低于10×10-6元素误差小于10%。

图2　恰干布拉克组第三段岩性实测地质剖面图Fig.2 The section of third lithologic from Qiaganbulake formation1.长石岩屑砂岩;2.钙质砂岩;3.凝灰质砂岩;4.角砾熔岩;5.石英安山岩;6.玄武岩；7.辉石安山岩;8.闪长玢岩;9.产状;10.取样位置;11.古生物化石

3　地球化学特征

3.1主量元素

恰干布拉克组火山岩SiO2含量为46.03%～ 49.02%，Al2O3含量为15.07%～17.97%，TiO2含量为0.86%～2.27%，表现出富Al高Ti的特点。MgO、FeOT、CaO含量分别为6.69%～7.38%、2.41%～3.56%和7.76%～9.32%。岩石Na2O含量（2.16%～3.37%）明显大于K2O含量（0.45%～1.18%），属钠质类型。FeO/Fe2O3均大于1说明岩石形成于还原环境。

在TAS图解中（图3-a），样品均落入玄武岩的范围内，在SiO2-TFe2O3/MgO图解中（图3-b），样品均落入钙碱性玄武岩系列。

图3　口门子南火山岩TAS图解(a)和SiO2-FeOt/MgO图解(b)Fig.3 TAS diagram of volcanic rocks of south Koumenzinan area in xinjiang (a) SiO2-FeOt/MgO diagram of volcanic rocks of south Koumenzinan area in xinjiang(b)（转引自徐夕生，1991）F——副长石岩;Ph——响岩;U1——碱玄岩;U2——响质碱玄岩;U3——碱玄质响岩;Pc——苦橄玄武岩;S1——粗面玄武岩;S2——玄武粗面安山岩;S3——粗面安山岩;T——粗面英安岩;B——玄武岩;O1——玄武安山岩;O2——安山岩;O3——英安岩;R——流纹岩

3.2稀土元素

稀土元素总量为71.26×10-6～202.09×10-6（表1），稀土元素总量浮动较大。稀土元素球粒陨石标准化分布图（图4-a）整体表现出明显右倾趋势，说明轻稀土元素较富集，重稀土元素相对亏损，ΣLREE/ ΣHREE为1.48～2.28，轻稀土内部间发生了轻微分馏作用（La/Sm）N=2.66～2.99，重稀土元素分馏作用较明显（Gd/Yb）N=1.65～2.52，δEu=0.91～1.02，无明显的Eu负异常，表明在岩浆结晶分异过程中有长石相的参与。

图4　微量元素原始地幔标准化蛛网图(a)和稀土元素球粒陨石标准化分布图(b)Fig.4 PM-normalized trace element patterns (a) and Chondrite-normalized REE patterns (b)（标准化数据Sun&McDonough,1989）

3.3微量元素

在微量元素原始地幔标准化蛛网图中（图4-b），火山岩微量元素曲线呈锯齿状，显示出大离子亲石元素较富集，主要表现在Ba和Sr的正异常。高场强元素亏损主要表现在Nb和Ta的负异常。此外，玄武岩的（La/Ta）N=36.67～65.58，（Th/Yb）N=0.35～ 0.70，（Th/Nb）N=0.15～0.75，（Hf/Th）N=1.20～4.06具火山弧型玄武岩岩石地球化学特征（La/Ta＞15、Th/Yb＞0.1、Th/Nb＞0.7、Hf/Th＞8），表明火山岩为碰撞型弧区钙碱性火山岩[7]。

表1　口门子南火山岩主量元素、微量元素含量及相关参数Table 1 Majorelements, trace elements of volcanic rocks in the Koumenzinan area, Xinjiang

4　讨论

4.1构造环境

由以上分析可知，哈尔里克口门子南地区中—下奥陶统恰干布拉克组火山岩主要为基性岩与中性岩组合，属中基性火山岩建造，玄武岩属钠质类型，钙碱性玄武岩系列。稀土元素特征表现为轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，无明显Eu负异常。微量元素特征表现为大离子亲石元素较富集，高场强元素亏损。依据Hf/3-Th-Ta图解（图5-a），玄武岩样品均投入到消亡边界玄武岩中。依据FeOT-MgOAl2O3图解（图5-b），玄武岩样品全部落入岛弧钙碱性玄武岩系列。微量和主量元素一致反映恰干布拉克组玄武岩产生于岛弧环境。

图5　口门子南火山岩Hf/3-Th-Ta图解(a)与FeOT-MgO-Al2O3图解(b)Fig.5 Hf/3-Th-Ta diagram of south Koumenzinan area in xinjiang (a) FeOT-MgO-Al2O3diagram of south Koumenzinan area in xinjiang (b)（转引自徐夕生，1991）A——正常洋中脊拉斑玄武岩;B——异常洋中脊拉斑或板内玄武岩;C——板内碱性玄武岩;D——消亡边界玄武岩1——扩张中心岛屿;2——岛弧钙碱性玄武岩;3——大洋中脊玄武岩;4——洋岛玄武岩;5——拉斑玄武岩

4.2地质意义

哈尔里克早古生代的岛弧带究竟是卡拉麦里洋盆向南俯冲形成的还是康古尔洋盆向北俯冲形成的，目前还未形成统一的认识。马瑞士等认为该岛弧带是卡拉麦里洋盆向南俯冲形成的[2]；周济元等认为该岛弧带是康古尔洋盆向北俯冲的产物[4]；李锦轶等认为在华力西早中期有一条沿巴音沟-艾维尔沟-七角井一带向南的俯冲线，形成了哈尔里克弧后盆地[6]。

在小热泉子-大南湖火山盆地和雅满苏火山盆地之间，地表残留的洋壳残片主要分布在色儿特能、恰特尕力、康南等地[8]，主要出露岩性是蛇纹岩、辉长岩、斜长花岗岩、玄武岩、红色放射虫硅质岩和复理石[9]，1989年周济元在大南湖火山盆地采集的奥陶纪恰干布拉克组化石[10]，认定口门子南地区在奥陶纪存在古洋盆。岩石学特征和地球化学特征一致说明哈尔里克口门子南地区中—下奥陶统恰干布拉克组玄武岩产生于岛弧环境。哈尔里克岛弧带位于卡拉麦里洋盆的南侧，而卡拉麦里洋盆南侧泥盆系和石炭系整合覆盖在志留系之上，具被动陆缘沉积岩特征[6]，此外，Han Baofu等证明卡拉麦里洋盆在晚石炭世就已完成[11]，赵同阳等通过对哈尔里克晚石炭世火山岩研究，证实该区域在晚石炭世为火山弧环境[5]。火山岩型加里东构造已越过卡拉麦里断裂，覆盖到哈尔里克-泥盆纪岛弧带，郭春华等通过奥陶系石英闪长岩SHRIMPU-Pb佐证其具加里东期岩浆岛弧特征[10]。说明卡拉麦里洋盆由南向北单向俯冲。此外，李锦轶等通过对吐哈盆地南缘古生代岩浆岩研究，认为弧岩浆前锋带具初步向南演化特点[12]。因此推断哈尔里克岛弧带是康古尔洋盆向北俯冲形成的，与卡拉麦里洋盆向南俯冲无关。

5　结论

（1）哈尔里克口门子南地区中—下奥陶统恰干布拉克组玄武岩为钠质类型，钙碱性玄武岩系列。岩石学特征和地球化学特征一致说明了其产生于岛弧环境。

（2）结合区域背景和前人研究，认为哈尔里克口门子南地区中—下奥陶统恰干布拉克组玄武岩的产生与康古尔洋盆由南向北俯冲有关。

参考文献

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Geochemical Features of Lower—Middle Ordovician Volcanic Rocks of Qiaganbulake Formation in the South K oumenzi Area,Xinjiang,and Its Tectonic Significances

Huang Jian1,Zhu Zhixin1,2,Li Ping2,Jin Liuyuan2,Sun Yueyuan1
(1.Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang,830046,China;2.Geological Survey Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830011,China)

Abstract:Qiaganbulake formation mainly development with a set of marine-facies basalts-andesites volcanic formation in the South of Koumenzi area,Xinjiang.Geochemical and petrographic analyses were used to the Qiaganbulake formation basalt.Study show that the basalt belongs to cal-alkaline series, which are richer in LILE than depletion of HREE and HFSE, and there is no negative Eu anomalies ( Eu=0.91～1.02).However there are large ions lithophile elements,high magnetic field elements relative loss and enrichment in Al, Ti in this area, where it illustrates performance for the volcanic arc environment.According to former scholar and some geological materials,the author supposes that the evolution of the Ordovician volcano activity may be associated with the K anggurtag basin.

K ey words:Volcanic rocks;Petrological characteristics;Geochemical characteristics;Evolution of the oceanic basin; Koumenzinan area

作者简介:第一黄剑（1993-），男，新疆乌苏人，新疆大学矿物学、岩石学、矿床学专业在读硕士

收稿日期:2015-08-16;

修订日期:2015-12-11;作者E-mail:997783479@qq.com

中图分类号:P534；P588.14

文献标识码:A

文章编号：1000-8845(2016)01-100-06

项目资助：十二五科技支撑计划重点项目(2011BAB06B04)资助