西南天山上石炭统喀拉治尔加组火山岩地球化学特征及地质意义

杨林春，郑清连，传 海，张映军，贾永翔

（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）

西南天山上石炭统喀拉治尔加组火山岩分布于南天山陆缘裂陷盆地之阔克萨勒晚古生代陆缘盆地内。1961年新疆地质局区调队于该区开展1∶20万哈拉峻幅地质调查基本查明本喀拉治尔加火山岩赋存地层为晚石炭世喀拉治尔加组，岩性主要为一套基性火山碎屑岩，火山熔岩，零星见有少许次火山岩[1]。笔者于2013年“新疆1∶5万阿克塔拉等五幅区域地质调查”项目中，开展了1∶5万大比例尺填图，获得了对上石炭统喀拉治尔加组火山岩的岩石地球化学资料，运用高精度等离子体质谱-激光探针法(LA-ICP-MS)精确定年数据，为进一步了解该火山岩特征、成因及形成地质环境提供依据。

1 地质概况

上喀拉治尔加组火山岩主要分布于西南天山迈丹他乌地区，火山岩赋存与晚石炭世喀拉治尔加组地层中，为一套基性—超基性火山碎屑岩，火山熔岩，零星见有少许次火山岩，岩石主要为蚀变杏仁状玄武岩、枕状玄武岩、玄武质火山角砾岩、致密状玄武岩。因遭受区域低温动力变质作用，岩石均已发生浅变质，但原岩组构基本保留。

2 岩石学特征

测区内火山岩岩石主要为蚀变杏仁状玄武岩、枕状玄武岩、玄武质火山角砾岩组成，典型薄片描述如下：

强蚀变杏仁状玄武岩：灰绿色，变余间隐结构，杏仁状构造。

岩石中辉石微晶粒状不均匀分布，粒径为（0.01～0.05mm）×0.3mm，少数呈放射状分布；斜长石板条状分布，粒径（0.01mm×0.03mm）～（0.03mm×0.15mm），少数被细小的绢云母黝帘石(10%)、黑云母(1%～5%)替代，呈不均匀分布。绿泥石、纤闪石不均匀分布，杏仁体、圆状、不规则状分布，粒径（0.15～1.2mm）×2.5mm，其中充填绿泥石、石英方解石等，占20%。

蚀变杏仁状玄武岩：少斑—基质似间粒结构，杏仁状构造。

岩石由斑晶、基质组成。斑晶由单斜辉石构成，粒度一般0.4～2.5mm；呈自形柱状，局部碳酸盐，可见环带构造。基质由单斜辉石、角闪石、斜长石构成，粒度一般小于0.2mm；单斜辉石呈柱、粒状，杂乱分布；角闪石呈自形柱状，褐棕色,杂乱分布；斜长石呈它形晶，填隙状分布于单斜辉石、角闪石间，碳酸盐化、绿泥石化等明显呈假像产出。岩内见碳酸盐、绿泥石、沸石等充填的不规则状、椭圆状杏仁体，杂乱分布，粒度一般0.3～2.0mm不等。

碎裂强蚀变玄武质火山角砾岩：变余火山角砾结构，角砾状斑杂构造。岩石由于应力作用明显的破碎呈块状，角砾状并被不规则分布的方解石做胶结，方解石胶结物占30%～40%，部分绿泥石分布方解石胶结物中心。岩石由粒度大小不一的火山碎屑所构成，粒度（0.15～2.5mm）×6mm，其中大于2mm的火山角砾多数呈极不规则状、角砾状、次圆状，其成分由玄武岩、杏仁状玄武岩、安山质玄武岩构成，并强烈的被绿泥石、方解石等替代。蚀变矿物主要为绿泥石和方解石，绿泥石含量约占15%～50%，方解石含量约占15%。

3 岩石化学特征

3.1 主量元素特征

上石炭统喀拉治尔加组火山岩主量元素成分及参数特征见表1。其SiO2含量为36.25%～40.07%，属超基性岩类，在TAS图解中样点落入到似长石岩及碱玄岩中(图1a),在玄武岩的全碱-SiO2图解中，本旋回玄武岩均全部落入到碱性玄武岩区内(图1b)，属碱性岩系列[2]。

3.2 稀土元素特征

石炭统喀拉治尔加组火山岩稀土元素含量见表2。

表1 喀拉治尔加组火山岩主量元素成分及参数特征一览表(10-6)

表2 喀拉治尔加组火山岩稀土元素含量及参数特征一览表(10-6)

稀土总量∑REE=（363.98～547.29）×10-6，(La/Yb)N= 17.02～310.7，比值大于1，分配曲线平直向右倾，为轻稀土富集型，重稀土亏损的特征(图2a)；特征值δEu=0.99～1.07，值在1左右波动，表明铕异常不明显。样品分配型式大致与大陆碱性玄武岩轻稀土富集配分型式相似，整体向右倾，由此判断喀拉治尔加组火山岩稀土配分型式与大陆裂谷玄武岩轻稀土富集配分型式相似[3]。

3.3 微量元素特征

上石炭统喀拉治尔加组火山岩岩石微量元素含量见表3。

表3 喀拉治尔加组火山岩微量元素特征一览表(10-6)

上石炭统喀拉治尔加组火山岩微量元素曲线呈缓右倾曲线，高场元素Ba、Th、Ta、Nb没有亏损，Rb、Sr、K元素亏损，微量元素曲线图整体很接近板内碱性玄武岩配分曲线(图2b)，显示板内火山岩的特性。玄武岩中(Rb/Yb)N=6.84～26.67，比值大于1，属强不相容元素富集型，可能成因信息为富集地幔源，交代地幔源，熔融程度低，分离结晶程度强的残余熔体[3]。

综上所述，喀拉治尔加组火山岩通过微量元素综合分析，该火山岩曲线接近板内碱性玄武岩配分曲线，显示板内火山岩的特性，属强不相容元素富集型。

4 时代

本次工作采用等离子体质谱—激光探针法(LAICP-MS)，在喀拉治尔加组火山岩(玄武岩)中锆石中取得207Pb/235U～206Pb/238U年龄值为302.2M a±4.7M a(表4、图3、图4)，时代为晚石炭世晚期[4]。

5 构造环境

在H f/3-Th-Ta图解(图5a)上，主要落在板内玄武岩及其分异产物；在里特曼指数σ和戈蒂里指数τ确定构造环境图解(图5b)上，主要落在板内非造山带火山岩，由此可以看出该组火山岩是形成于板内造山后短期拉张大地构造环境下的产物。

综上所述，喀拉治尔加组火山岩属于碱性玄武岩浆产物，大陆板内喷发的一套以钠质为主的火山岩，属于碱性系列，显示大陆板内环境下的岩石组合特征，岩浆源于地幔分熔[3]。在石炭纪晚期，曾出现过短暂的拉张松弛阶段，火山活动相对较弱，之后很快又进入了闭合期并接受沉积。

6 结论

（1）上石炭统喀拉治尔加组火山岩属碱性岩系钠质火山岩系列。

（2）稀土总量分配曲线平直向右倾，为轻稀土富集型，重稀土亏损的特征；喀拉治尔加组火山岩稀土配分型式与大陆裂谷玄武岩轻稀土富集配分型式相似。

表4 喀拉治尔加组1211A1-AK-TW1锆石LA-ICP-MS测试成果表

图3 上喀拉治尔加火山岩锆石U—Pb年龄谐和图(左)及加权平均图(右)

图4 上喀拉治尔加火山岩AKT-W1锆石阴极发光图

（3）喀拉治尔加组火山岩通过微量元素综合分析，该火山岩曲线接近板内碱性玄武岩配分曲线，显示板内火山岩的特性，偏碱性火山岩，属强不相容元素富集型。

（4）喀拉治尔加组火山岩(玄武岩)中锆石中取得207Pb/235U～206Pb/238U年龄值为302.2M a±4.7M a，时代为晚石炭世。

（5）喀拉治尔加组火山岩属于碱性玄武岩浆产物，大陆板内喷发的一套以钠质为主的火山岩，属于碱性系列，显示大陆板内环境下的岩石组合特征，岩浆源于地幔分熔。

[1]新疆维吾尔自治区地质局区域地质测量大队.博孜艾尔格尔山口幅及伽师县幅说明书[E].北京市印刷八厂印刷,1967.

[2]卢良兆.岩石学[M].地质出版社,2011：43-45.

[3]李昌年.火成岩微量元素岩石学[M].中国地质大学出版社(北京),1992：84-85,104-105,117.

[4]杨林春，等.新疆1∶5万阿克塔拉等五幅区调报告[R].2014：142-144.