东昆仑三岔顶地区鲸鱼湖组火山岩地球化学、年代学特征及其构造意义

岳跃破 程蓉蓉 姜玉丽

摘要：本文对东昆仑三岔顶地区新发现的鲸鱼湖组英安流纹岩进行了岩石地球化学、同位素年代学研究，结果表明，英安流纹岩属钾质钙碱性岩系列，岩石富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，具弱负Eu异常特征，稀土配分模式曲线呈右倾型，微量元素明显富集大离子亲石元素（Ba、Pb、Tb、K），相对亏损高场强元素（Nb、P、Ti），非活动元素Yb明显亏损，微量元素原始地幔蛛网图表现为驼峰式的地球化学模式，与板内玄武岩的分布曲线非常相似，Zr/Nb、Nb/Ta及Yb、P、Ti、Nb亏损等特征显示岩石具有壳幔混合特征。锆石U-Pb测年获得了15.47±0.36Ma年龄值，指示其形成时代为中新世中-晚期。综合其构造环境、分析岩石地球化学特征和年龄数据，认为该火山岩形成于大陆板内拉张构造环境，与青藏高原内部俯冲过程中壳幔岩浆混合作用有关。

关键词：火山岩；地球化学特征；构造环境；东昆仑三岔顶地区

基金项目：2016年中央返还两权价款资金项目“新疆东昆仑三岔顶一带1∶5万四幅区域地质矿产调查”（K16-1-LQ22）。

Volcanic rock Geochemical，Cheonological Characteristics and Tectonic Significance of the Jingyuhu Formation in the Sanchading Area of Eastern Kunlun

Yue Yue-po， Cheng Rong-rong， Jiang Yu-li

No. 3 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Yantai 264000， China

Abstract： In this paper， the authors conducted the study of geochemical and isotope chronological of the newfound Jingyuhu Formation dacite liparite in the Sanchading area of Eastern Kunlun. The results show that the dacite liparite is potassium calc-alkaline. The rocks have the ch- aracteristics of rich LREE， loss HREE， weak negative Eu anomaly， with rare earth distribution patterns curve shows the right type. Trace elements are obviously enriched in LILES （Ba， Pb， Tb， K）， depleted in HFSES（ Nb， P， Ti），and inactive elements Yb is obviously depletion. Primitive mantle spider diagram of trace element shows the camels geochemical model， and bear similarity to the distribution curve of intraplate basalts. Zr/Nb， Nb/Ta and defective Yb， P， Ti， Nb show that the rocks have the characteristics of mixed crust an mantle. The U-Pb dating of the zircon obtained an age of 15.47±0.36Ma， and belongs to the middle-late Miocene. In combination with its tectonic setting， geochemical characteristics and chronology， it is considered that the volcanic rocks were formed in a continental extension setting， and are related to the crust-mantle magma mixing during the subduction process of Tibetan plateau interior.

Key words： Volcanic rock； Geochemical characteristics； Tectonic setting； Sanchading area in East Kunlun

东昆仑造山带位于青藏高原北部，塔里木盆地南緣，是秦祁昆造山系的重要组成部分，是横穿中国大陆的巨型造山带[1-3]。在东昆仑造山带南段出露约1060km2新生代火山岩，受自然地理条件的限制，其研究程度整体较低。这些火山的特征、成因及大地构造背景反映了青藏高原隆升机制、岩石圈结构状态与演化特点[4-5]。笔者在进行1∶5万区域地质矿产调查工作时，在新疆东昆仑三岔顶地区新发现一套新生代火山岩，为浅灰色、浅肉红色英安流纹岩，溢流相，呈似层状产出。

该组原定名为雄鹰台组，为新疆地质调查院于2000年～2002年开展的1∶25万鲸鱼湖幅、1∶25万木孜塔格幅区调工作新建组名，2012年由新疆地矿局编制的《新疆岩石地层手册》（内部资料）将雄鹰台组定为鲸鱼湖组，时代为中新世中晚期。本次研究沿用鲸鱼湖组的名称。通过对该组火山岩展开详细的岩相学、岩石地球化学及锆石U-Pb同位素年代学研究，探讨了其岩石成因类型及反映出来的构造环境，以期对东昆仑造山带构造演化研究提供基础资料。

1.地质背景

东昆仑造山带北临柴达木盆地，南接巴颜喀拉地块，东与西秦岭相隔，西以阿尔金左行走滑断裂与西昆仑分开[6]。研究区位于塔里木-华北板块与华南板块碰撞形成的秦祁昆复合造山带南缘，康西瓦-鲸鱼湖-阿尼玛卿缝合带近EW向贯穿研究区南部，北侧以兔子湖-花海滩断裂为界，与昆南古生代复合沟弧带相接，南侧以木孜塔格—鲸鱼湖深大断裂（昆南断裂）为界，与可可西里二叠纪-三叠纪陆缘盆地毗邻[7-8]（图1-a）。研究区内地层从老到新，包括长城系小庙岩组、下志留统白干湖组、中泥盆统布拉克巴什组、下石炭统托库孜达坂组、下二叠统碧云山组、中二叠统卡尔瓦组、上三叠统桃湖组、上侏罗统库孜贡苏组及中新统唢呐湖组、鲸鱼湖组（图1-b）。区内断裂构造发育，构造线整体为近EW向，以北倾逆冲断裂为主，木孜塔格-鲸鱼湖深大断裂（即姜春发等所称的昆南断裂[4]）横穿研究区南部。区内岩浆岩发育，从古生代至新生代均有岩浆活动。蛇绿构造混杂岩带在空间上整体呈条带状EW向分布，断续出露，产出状态明显受EW向断裂控制。

2.地质特征及岩石学特征

鲸鱼湖组火山岩出露于可可西里二叠纪-三叠纪陆缘盆地内，归属于中昆仑火山岩省[9]。区域上该组主要分布于木孜塔格-鲸鱼湖深大断裂两侧的四脚湖-雄鹰台、方台山、马蹄岭-月牙湖和团结滩一带，其岩性为暗灰色橄榄玄武岩、紫红色玄武岩、深灰色安山岩、玄武安山岩、凝灰岩、辉石岩、流纹岩、英安岩等，其产出状态主要有熔岩台地、火山锥状残丘、熔岩流和熔岩阶地4种，喷发类型主要有面状溢流喷发、裂隙式喷发和中心式喷发3种[4，10-11]。

该组火山岩出露于研究区南部，木孜塔格-鲸鱼湖深大断裂以南、凤爪谷东一带，出露面积约6km2，整体东西向展布，由3个地质体组成，不整合于中新统唢呐湖组之上或断层接触。研究区该组火山岩岩性单一，为浅灰色、浅肉红色英安流纹岩，溢流相，呈似层状产出（图2-a），产状较缓，主要为裂隙式喷发，野外见火山锥状残丘。岩石局部较为破碎，裂隙发育。该火山岩的喷出可能是以北侧木孜塔格-鲸鱼湖深大断裂为火山岩浆通道呈裂隙式喷发，没有猛烈爆发，火山岩浆以平静方式流出形成。

英安流纹岩呈浅灰色、浅肉红色，斑状结构，基质具霏细-微晶结构，流纹构造。岩石由斑晶、基质两部分组成。斑晶占15%，由斜长石、黑云母组成，斜长石斑晶10%，半自形板状，为奥长石，具聚片双晶、卡纳复合双晶，可见韵律环带构造，粒度大小0.1mm～0.5mm×1mm；黑云母斑晶5%，片状，片直径0.1mm～0.7mm，一般具有薄的暗化边，少量有较强的暗化。基质占85%，由斜长石、钾长石、石英组成，斜长石40%、钾长石25%，霏细-微晶状，呈半自形-它形粒状，粒径大小0.01mm～0.05mm，部分杂乱分布，部分包体状分布于石英主晶内；石英20%，多为主晶，近等轴粒状，粒径大小0.01mm～0.05mm，表面新鲜干净，内可见霏细-微晶状长石分布，构成包含霏细、包含微晶结构。副矿物为锆石、磷灰石、磁铁矿等（图2-b）。

3.样品采集和分析方法

本次研究所采集的各类样品来源于实测地质剖面，岩石新鲜无蚀变，共采集岩石地球化学样品3件，编号17YQ36、17YQ37、17YQ38。主量、微量元素样品分析均由山东省第四地质矿产勘查院实验测试中心完成。主量元素分析采用X射线荧光光谱法（XRF）测定，分析误差小于1%，其中FeO为湿化学方法测定。微量元素分析采用Xsreies型等离子质谱仪测定，分析误差优于5%，检测环境温度10°～24°，湿度30%～65%[6]。

锆石挑选、制靶、阴极发光（CL）照相在北京锆年领航科技有限公司峰泽源廊坊实验室完成。样品经粉碎、重液分离和磁选后，在双目镜下挑选出晶形好、干净透明、无裂隙的锆石晶体，再将其置于环氧树脂中进行抛光使锆石内核完全暴露。锆石U-Pb测年在中国地质大学（北京）科学研究院激光等离子体质谱实验室完成，采用激光剥蚀等离子质谱（LA-ICP-MS）分析仪，激光束斑直径为32μm，试验中采用氦气作为剥蚀物质的载体。使用Isoplot3.23程序[12]处理数据和计算年龄，年龄加权平均值具有95%的置信度。

4.岩石地球化学特征

鲸鱼湖组英安流纹岩岩石化学分析结果见表1。

4.1主量元素特征

主量元素分析结果表明，烧失量为0.64%～0.82%，平均 0.73%，烧失量较低，这与岩石未发生蚀变以及风化作用较弱有关。SiO2含量为69.13%～69.62%，平均69.45%，属于酸性岩范畴；Al2O3含量15.54%～15.67%，平均15.62%，属中等；MgO、FeO含量分别为0.52%～0.62%、0.24%～0.34%，整体较低；K2O、Na2O含量分别为5.33%～5.35%、3.85%～3.89%，K2O量大于Na2O，属钾质类型，K2O+Na2O含量为9.20%～9.22%。组合指数σ（里特曼指数）为3.18～3.25<4，属于钙碱性系列；碱度率（AR）为2.61～2.67；固结指数（SI）4.48～5.17，平均4.68，说明岩石风化较弱；镁铁指数（MF）77.62～80.38，平均79.23，反映了岩浆分离结晶程度较高。

在SiO2-（Na2O+K2O）图解（图3-a）中，样品全部落入流纹岩区，对样品进一步做FeOt-（Na2O+K2O）-MgO（AFM）图解（图3-b），样品全部落入钙碱性系列区。在FeO*/MgOSiO2圖解（图3-c）中，样品全部落入钙碱性系列区，这与组合指数σ（里特曼指数）所得出的结论一致。

4.2稀土元素特征

稀土元素总量ΣREE为275.15×10-6～283.58×10-6，平均279.93×10-6，总体含量较高，轻、重元素稀土元素比值LREE/ HREE=53.79～55.60，（La/Yb）N=585～1360，指示轻重稀土元素分馏较强，轻稀土强富集；（La/Sm）N=9.80～9.99，（Gd/Yb）N= 26.36～61.53，表明轻、重稀土元素内部分馏较明显。在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图中（图4-a），各样品配分曲线几乎一致，显示出同源岩浆演化的特点，配分曲线明显右倾，体现了轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的特征。轻稀土的种类与稀土总量呈同消长，且所占比重大，而重稀土总量变化小，表明稀土元素的差别主要由轻稀土元素引起。δEu=0.66～0.73，平均为0.71，为弱的负Eu异常，表明区内存在斜长石的残留或岩体内的斜长石经历了一定的分离结晶作用。δCe=0.88～0.90，為弱的负Ce异常。以上特征表明，研究区鲸鱼湖组火山岩稀土元素丰度及特征值有较大变化，可能是部分熔融程度不同和源区成分差异造成，暗示了岩浆上升过程中可能受到了地壳物质的混染。

4.3微量元素特征

微量元素特征显示，大离子亲石元素Ba、Rb、Th、K等相对富集，非活动性元素Yb、Nb等相对亏损，在微量元素原始地幔蛛网图上（图4-b），曲线整体较协调，表现为驼峰形的地球化学模式，与板内玄武岩的分布曲线非常相似[14]。从微量元素原始地幔蛛网图上，不相容元素La、Ce、Rb、Th、K等则远远高于地幔岩，具有明显的负Yb异常。该鲸鱼湖组火山岩与地幔岩有如此巨大的差异，间接说明火山岩岩浆不可能直接来源于地幔或从地幔岩浆中分离结晶产生，其岩浆来源应是地壳物质通过部分熔融产生。以上特征表明，火山岩浆未经流体大规模作用，而是在岩浆熔融后快速上侵喷出形成，应具有良好的上侵通道，木孜塔格-鲸鱼湖深大断裂及其次级断裂提供了这种通道。

5.讨论

5.1时代特征

本次挑选的同位素年龄样品锆石内部成分均一，呈短柱状，长宽比在1∶1～3∶1之间，晶面较光洁。232Th/238U值在1.20～1.98之间，锆石无溶蚀和包裹体特征，环带结构明显，显示岩浆成因特征[15]。在样品分析时，选择内部纯净及无包裹体的部位打点（图5），本次挑选的17颗锆石共测17个点，测试结果见表2。所有数据点均落在谐和线上及附近（图6），获得了15.47±0.36Ma年龄值，这与调查区属同一岩区的雄鹰台、方台山、月牙湖、羌巴欠等地区取得的年龄值相近。其中1∶25万木孜塔格幅区调在方台山地区的粗面安山岩中，用全岩K-Ar法测年，结果为13.6Ma[10]；邓万明在研究区西侧的羌巴欠地区，用K-Ar法测年，结果为14.9Ma[9]；杨经绥等在雄鹰台、月牙湖地区的火山岩中用全岩及云母K-Ar法得到年龄结果为：雄鹰台火山岩的年龄值为11.05Ma、12.22Ma、12.83Ma，月牙湖火山岩的年龄值为13.77Ma、15.47Ma[16]。综上所述，认为鲸鱼湖组火山岩形成时代为中新世中-晚期，但也不排除有更新世的可能。

5.2岩石成因

原始地幔Zr/Nb值可以区分过渡型地幔和富集地幔、亏损地幔，过渡型地幔和富集地幔Zr/Nb值均小于18，亏损地幔Zr/Nb值大于18[17]。该火山岩Zr/Nb值为13.30～17.44，指示该火山岩可能由过渡性地幔熔融产生，后期可能发生地壳混染作用。鲸鱼湖组火山岩Nb/Ta比值为5.95～8，平均为7.16，明显低于上地幔17.5的平均值[13]，相对接近于大陆地壳比值10～14[18]，表明该火山岩可能存在壳幔混合成因。在原始地幔标准化微量元素蛛网图中（图4-b），Yb、Ti、Nb明显亏损，Mckenzie认为是岩浆受到了地壳物质的混染或者岩浆源区残留富含Yb、Ti及Nb等矿物造成的[19]。另外涂其军等利用同位素地球化学特征，结合稀土元素、微量元素特征，认为包括调查区在内的木孜塔格-鲸鱼湖地区新生代火山岩源区应属轻稀土元素富集的一种壳-幔物质的混合地幔[4]。根据该火山岩组岩石地球化学特征，结合前人研究成果，认为鲸鱼湖组具有壳幔混合作用的成因特征。

5.3构造环境分析

东昆仑造山带经历了从离散大陆构造环境到汇聚大陆环境的转变，最终在三叠纪完成了板块的碰撞作用，形成广泛的碰撞大地构造环境的巴颜喀拉前陆盆地，三叠纪后转变为陆内演化阶段[4]。木孜塔格-鲸鱼湖深大断裂在二叠纪-晚三叠世期间特提斯洋向北俯冲消亡过程中形成，侏罗世和中新世分别活化，具有走滑和拉张性质[5]。近SN向挤压形成褶皱逆冲断裂及逆冲推覆构造在上新世大规模发育，沿该深大断裂及其次级断裂新生代火山岩喷溢分布。因此，研究区鲸鱼湖组火山岩构造环境应是伸展为主的构造环境。

区域上新生代火山岩微量元素地球化学模式的分析表明，其大离子亲石元素和高场强元素的亏损与Pearce提出的板内熔岩的驼峰状分布型式基本相似[4-5]。研究区该火山岩Th为高的正异常，结合143Nd/144Nd小于0.512，87Sr/86Sr大于0.706[4]，与典型大陆板内构造环境的标志是一致的[17]。从研究区该火山岩组的年龄结合区域地质演化特征，在始新世以后，整个青藏高原结束了海洋历史[9]。因此认为研究区鲸鱼湖组火山岩发育在大陆板内构造环境。

Nb、Y、Yb、Ta等不相容具有相似的地球化学行为，与相容元素Rb的图解可以划分岩浆形成的构造环境[20-21]，在Nb-Y、Rb-（Yb+Nb）及Rb-（Ta+Yb）图解中（图7），样品均落入板内型花岗岩区，表明研究区鲸鱼湖组火山岩形成于大陆板内拉张构造环境。

木孜塔格-鲸鱼湖区域深大断裂横穿研究区南部，起到岩浆通道作用，火山岩沿深大断裂分布，主要受其次级断裂控制。在青藏高原内部陆内俯冲过程中，地壳中富含挥发性的物质进入地幔，发生混合作用，形成壳幔混合层，在青藏高原隆升过程中壳幔混合层发生熔融，沿木孜塔格-鲸鱼湖深大断裂及其次级断裂喷出地表。

6.结论

（1）鲸鱼湖组英安流纹岩为一套钙碱性火山岩，稀土元素具LRE元素E富集、HREE元素亏损，负Eu异常的特征；微量元素明显富集大离子亲石元素Ba、Pb、Tb、K，相对亏损高场强元素Nb、P、Ti，非活动元素Yb明显亏损，微量元素原始地幔蛛网图表现为驼峰式的地球化学模式，Zr/Nb、Nb/Ta及Yb、P、Ti、Nb亏损等特征显示岩石具有壳幔混合特征。

（2）鲸鱼湖组英安流纹岩锆石U-Pb年龄为15.47±0.36Ma，指示其形成时代为中新世中-晚期。

（3）岩石形成于大陆板内拉张构造环境，与青藏高原内部陆内俯冲过程中壳幔岩浆混合作用有关。

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