西天山赛里木湖北达巴特地区下二叠统乌郎组火山岩构造环境及时代判别

摘" "要：通过对赛里木湖北达巴特地区分布的下二叠统乌郎组火山岩岩石类型、成因特点及区域构造背景研究，分析岩石学和地球化学特征，为陆相火山岩沉积，具大陆裂谷火山岩特点。火山岩以玄武岩、安山岩、英安岩及火山碎屑岩为主，为非造山环境的大陆构造环境。通过生物化石、岩性特征及该地区已获得同位素成果，确定下二叠统乌郎组为早二叠世火山活动产物。

关键词：赛里木湖北；下二叠统乌郎组；火山岩；构造环境；时代判别

1" 地质背景

赛里木湖北达巴特地区位于西天山赛里木湖北部（图1）。大地构造处于哈萨克斯坦-准噶尔板块（Ⅰ级）伊犁-伊赛克湖微板块（Ⅱ级）北缘赛里木中间地块（Ⅲ级）的北部，北为阿拉套晚古生代陆缘盆地，南邻博罗科努古生代复合岛弧带[1]。

赛里木地块经历了元古代统一大陆形成阶段、新元古代晚期—早古生代大陆裂解阶段、晚古生代陆内坳陷活动时期、中新生代板内活动时期的发展过程。早元古代处于相对稳定时期，沉积了碎屑岩、火山碎屑岩夹火山岩和少量碳酸盐岩，区域上被长城系不整合覆盖[2]。长城纪时，区域上发生的构造运动使古陆范围继续扩大，海水范围进一步缩减，研究区处于浅海-陆棚环境，沉积了特克斯岩群浅海-陆棚相碎屑岩夹碳酸盐岩及少量中基性-中酸性火山岩。蓟县纪，活动盆地进入稳定陆内盆地发展阶段，形成区域上的广泛海侵。青白口纪末的塔里木运动使海水完全关闭，稳定大陆开始解体，赛里木地块从古塔里木板块中分裂出来，从此进入相对稳定的发展阶段[3-4]。泥盆纪赛里木地块为板块拉张期，沉积了浅海相陆源屑岩夹少量碳酸盐岩，分别不整合覆盖于滹沱系温泉岩群、长城系特克斯岩群之上，产丰富的珊瑚、腕足及少量植物化石。石炭纪是一个重要的板块拉张期，沉积了台棚相区碳酸盐岩夹碎屑岩和砾岩，产珊瑚、腕足、瓣腮、蜓类化石。早二叠世强烈的陆相火山喷发活动，形成了乌郎组基性-酸性火山岩，不整合覆盖在不同时代的岩层之上[5]。

通过对赛里木湖北达巴特地区下二叠统乌郎组火山岩的专题研究，结合岩石地球化学、古生物化石及前人同位素研究成果，对达巴特地区下二叠统乌郎组火山岩构造环境及时代进行判别1。

2" 乌郎组火山岩分布及特征

2.1" 岩石分布及组合特征

该组岩石主要分布于赛里木湖北达巴特、哈夏及结提比铁吾等地，呈不连续的宽带状沿EW向展布于整个研究区，出露面积约200 km2。超覆不整合于下伏各地层之上，具陆相火山岩建造特征，主要由基性-酸性熔岩及火山碎屑岩组成，岩性主要为灰紫色、暗紫色玄武岩、杏仁状-角砾状安山岩、英安岩、安山质角砾熔岩、流纹质玻屑熔结凝灰岩。

2.2" 火山岩岩相及韵律特征

据2005年王德贵等在哈夏林场北琼喀拉俊沟实测Ⅻ号剖面，二叠系火山岩超覆不整合于石炭系等不同层位之上，以熔岩为主，构成一宽缓的向斜，地貌上为陡峭高山。岩性为灰紫、暗紫色玄武岩、杏仁状-角砾状安山岩、英安岩、安山质角砾熔岩、流纹质玻屑熔结凝灰岩，总厚大于1 145 m。据柱状剖面岩石成分、岩性及喷发方式，划分出2个喷发韵律（表1）[❷]。

该剖面控制旋回共13层，由酸性、中性、基性熔岩及火山碎屑岩组成。共划分2个韵律，每个韵律的下部是爆发的酸性火山碎屑岩，上部为中酸性、中性-基性熔岩，总体为酸性-中性-基性的变化规律。第一韵律（4～7层）：爆发相-喷溢相，为火山碎屑岩（酸性）-安山岩（中性）-玄武岩（基性）的变化规律。第二韵律（8～16层）进一步划分出3个亚韵律，第一亚韵律（8～10层）：爆发相-喷溢相，为酸性（火山碎屑岩）-中性（角砾熔岩）-基性（玄武岩）组合；第二亚韵律（11～12层）：喷溢相，为中酸性（英安岩）-中性（安山岩）；第三亚韵律（13～16层）：喷溢相，为中酸性（英安岩）-中性（安山岩）。该旋回火山岩以喷溢为主，火山活动表现为喷溢-短暂爆发-喷溢，间歇标志不明显。结合区域分布特征，以裂隙式喷发类型为主。

2.3" 主要岩石特征

灰绿色蚀变玄武岩（050b1-Ⅻ-6喷溢相）" 岩石具斑状结构，基质为间隐间粒结构，块状构造，由斑晶和基质组成。斑晶29%，主要为斜长石（25%），粒径2.0×0.6～0.4×0.15 mm，次为辉石及蚀变暗色矿物（4%）。基质71%，主要为斜长石（35%），呈细板条状，大小0.1×0.02～0.05×0.01 mm，发育聚片双晶，中-强度绢云母化；其次为辉石（20%），呈他形粒状，粒径0.05～0.01 mm；玻璃质（15%）已脱玻蚀变为绿泥石、绿帘石集合体，见微量磁铁矿、杏仁体。

灰紫色流纹质玻屑熔结凝灰岩（050b1-Ⅻ-4爆发相）" 岩石具玻屑塑变结构、假流纹构造，由晶屑、塑变晶屑及火山尘组成。晶屑（30%）、石英（17%）、斜长石（10%）及蚀变暗色矿物（3%），2.4～0.1 mm，轻-中度绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化。浆屑（5%）呈压扁拉长状、薄饼状，粒径4.8～2.0 mm，已脱玻蚀变为隐晶-微粒状长英质集合体及少量绿泥石。塑变玻屑及火山尘均已脱玻蚀变为长英质、绿泥石集合体，成拉长状绕过晶屑显示假流纹构造。

3" 岩石化学特征

在乌朗组火山岩中采集化学样5件，由武汉矿产资源监督检验中心分析测试，测试结果见表2，3，4。

3.1" 岩石化学分类命名

下二叠统乌郎组岩石样品化学成分分析与黎彤、饶纪龙岩浆岩平均化学成分对比为：流纹岩化学成分大于黎饶值者为SiO2，CaO，MgO，小于黎饶值者有Al2O3，Fe2O3，FeO，TiO，P2O5，接近者为Na2O，K2O，MnO；英安岩化学成分大于黎饶值者有FeO，MgO，TiO，K2O，Na2O，小于黎饶值者有 SiO2，CaO，Fe2O3，MnO，接近者有Al2O3，P2O5；玄武岩化学成分大于黎饶值者有SiO2，Al2O3，CaO，小于黎饶值者有Fe2O3，FeO，MgO，K2O，MnO，TiO2，接近者有Na2O。

从图2中可看出，1、2号样落入流纹岩区（R），3号样落入粗面玄武岩区（S1），4、5号样落入粗面安山岩区（S3）；从图3中可看出，1、2号样落入3a、3b区（流纹岩），3号样落入9-10区（玄武岩、安山岩），4号样落入8*区（石英安粗岩），5号样落入4、5区（英安岩）。说明岩石化学定名基本吻合。CIPW标准矿物3号样出现碱性副长石-霞石（0.56%）。

综上认为岩性属偏碱性岩石组合，即粗面玄武岩-粗面安山岩-粗面岩组合1。

3.2" 系列、类型特征

从图4可看出，所有样品投入碱性系列区（A）。按里特曼指数σ值（图5），3、4号样品分别为4.57、3.8，均大于3.3，但小于5，为碱性-钙碱性过渡岩类；1、2、5号样品里特曼σ值小于3.3，为钙碱性岩类。按GIPW法，3号样品出现霞石（Ne），为碱性玄武岩。综上所述，乌朗组火山岩应当为碱性-钙碱性过渡系列偏碱性岩类。

3.3" 碱质特征

岩石组合为粗面玄武岩-粗面安山岩-粗面岩，从图6可看出，该火山岩组合为钾质类型；从图7可看出，3号样（玄武岩）Na2Olt;K20，判断该类火山岩为钾质类型偏碱性玄武岩。

3.4" 岩石稀土元素特征

乌朗组火山岩中采集稀土样品5件，岩性为玄武岩、英安岩、流纹质熔结凝灰岩。从图8可看出，轻重稀土比值明显偏大，配分型式为右倾，说明轻稀土明显富集，重稀土明显亏损，岩浆分异作用较强。δEu值随岩浆演化，从基性-中性-酸性具有负铕异常增强的演化规律，岩浆分异作用具正向性，符合一般规律。分配曲线形式基本相同，具同源性。

3.5" 岩石微量元素特征

从图9可看出，曲线总体呈右倾，且RbN/YbN均大于1，为强不相容元素富集型，表明熔融程度低，为分离结晶程度强的残余熔体。具Sr，P，Nb的亏损，K，Th富集特征；弱不相容元素分馏较强，各样品曲线形态较一致，为板内过渡类型（偏碱性）火山岩的分布模式。

4" 成因类型与构造环境探讨

研究区乌朗组火山岩主要属偏碱性系列，以富钾为特征。岩石组合主要为粗面玄武岩-粗面安山岩-粗面岩。对乌朗组火山岩层序排列及岩石组合特征分析研究，将其划分为1个火山喷发旋回，2个韵律，每个韵律下部是爆发的酸性火山碎屑岩，上部为中酸性、中性-基性熔岩，总体为酸性-中性-基性的变化规律。该旋回火山岩以喷溢为主，火山活动表现为喷溢-短暂爆发-喷溢，间歇标志不明显。结合区域分布特征，以裂隙式喷发类型为主。

从图10中可看出，3号样落入稳定区-碱性玄武岩；从图11中可看出，3号样落入WPB区，属板内玄武岩；从图12中可看出，3号样落入B区，属板内拉斑玄武岩。

样品稀土元素曲线为轻稀土富集的配分型式，不具Eu的负异常，为一条略向右倾的平滑曲线，与洋岛碱性玄武岩类似，具大陆玄武岩的稀土配分型式。微量元素配分模式与板内火山岩相当，具过渡类型玄武岩征。

乌朗组火山岩具同源岩浆分异演化特征，为板内拉张构造背景下偏碱性系列的钾质火山岩，具大陆裂谷火山岩特点，属陆相沉积环境。

研究区西部沃托格赛尔河中游，河北岸正常沉积夹层的粉砂岩中，发现有淡水瓣鳃和植物化石Paracalamites sp，证实该套岩系为陆相火山岩建造。哈夏林场一带发育一套典型的“双峰式”火山岩组合，岩石类型以拉斑玄武岩系列为主，含少量流纹岩，属高钾钙碱性系列。流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄显示该套岩石的形成年龄为（296.6±2.7）Ma，为早二叠世产物[6]。流纹岩为玄武岩上升过程中分离结晶作用的产物。该套“双峰式”火山岩组合证实伊犁北缘哈夏林场一带在二叠纪时期处于伸展构造背景，此时北天山洋已完全封闭，并开始进入碰撞后的伸展阶段。2019年陈邦学等对研究区内加满特一带流纹岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb法测年和Hf同位素分析，获得其形成年龄为（294.2±0.8） Ma，属早二叠世，加满特下二叠统乌郎组双峰式火山岩的厘定，证实了西天山在早二叠世已进入伸展构造背景，表明此时的西天山正进入陆内裂谷及后期的盆-山演化格局，动力学背景由挤压转向伸展[7、8]。从区域构造演化特征来看，研究区早二叠世为陆内拉张阶段，乌朗组火山岩为陆内裂陷盆地构造环境。

5" 结论

（1） 乌朗组火山岩多为偏碱性系列，富钾；为板内拉张构造背景下的偏碱性系列钾质火山岩，具大陆裂谷火山岩特点，属陆相沉积环境。

（2） 据生物化石、岩性特征及同位素成果，赛里木湖北达巴特地区乌朗组为早二叠世火山活动产物。

参考文献

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Structural Environment and Age Discrimination of Volcanic Rocks in the Lower

Permian Wulang Formation of the Dabate Area of Northern Sailimu

Lake in the Western Tianshan Mountains

Ma Yuzhou1， Ku ErBanJiang·Si DiKe2， Liu Xiaoyan1

（1.Xinjiang Institute of Geological Survey，Urumqi，Xinjaing，830000，China;2.Geophysical and Geochemical Party，Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources，Changji，Xinjiang，831100，China）

Abstract： Through the study of the rock type， genetic characteristics and regional structural background of the Lower Permian Wulang Formation in the north Damat region of Saiimu Lake， the petrographic and geochemical characteristics are analyzed， and the results show that continental volcanic deposition has continental rift volcanic characteristics. Volcanic rocks are mainly basalt rock， andesite rock， England rock and pyroclastic rocks， which are continental tectonic environments with non-orogenic environment. The Lower Permian Wulang Formation is the product of the early Permian volcanic activity， as determined by biological fossils， lithological characteristics and isotopic data results.

Key words： North of Sailimu Lake; Lower Permian Wulang Formation; Volcanic rock; Tectonic environment; Time discrimination