黃劍,朱志新,,李平,靳劉圓,孫月園（.新疆大學，新疆烏魯木齊830049;.新疆維吾爾自治區(qū)地質調查院，新疆烏魯木齊8300）

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口門子南地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)恰干布拉克組火山巖地球化學特征及構造意義

黃劍1,朱志新1,2,李平2,靳劉圓2,孫月園1
（1.新疆大學，新疆烏魯木齊830049;2.新疆維吾爾自治區(qū)地質調查院，新疆烏魯木齊830011）

摘要：新疆哈爾里克山口門子南地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)恰干布拉克組主要發(fā)育一套海相中-基性火山巖建造，對該組中玄武巖進行巖石學、地球化學研究，結果表明恰干布拉克組玄武巖屬鈣堿性系列巖石，輕稀土元素較重稀土元素更富集（LREE/HREE=1.48～2.28），無明顯Eu負異常（δEu=0.91～1.02），大離子親石元素（Ba，Sr等）較富集，高場強元素（Nb，Ta）相對虧損，富Al高Ti。巖石地球化學特征表明早—中奧陶世恰干布拉克組玄武巖形成于火山島弧環(huán)境。結合區(qū)域地質資料及前人研究成果，認為該區(qū)玄武巖的形成與康古爾洋盆由南向北的俯沖作用有關。

關鍵詞：火山巖；巖石學特征；地球化學特征；古洋盆俯沖；口門子南地區(qū)

?新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產勘查開發(fā)局第一區(qū)域地質調查大隊，新疆哈密市口門子南一帶1∶5萬區(qū)域地質礦產調查報告，2006

哈爾里克山位于天山山脈的東段，口門子南地區(qū)位于哈爾里克山主脊西北段，大地構造屬哈爾里克古生代島弧（圖1-a）。隨著地質研究方法的不斷進步，許多學者通過對該區(qū)域的研究提出許多新的認識。成守德等認為哈爾里克山與吐哈盆地南側，大草灘-大南湖斷裂北側大南湖地區(qū)早古生代島弧性質的地質體相連接[1]，但該島弧帶是卡拉麥里洋盆向南俯沖形成的[2-3]，還是康古爾洋盆向北俯沖形成的[4-5]，或有另外一條沿巴音溝-艾維爾溝-七角井一帶的俯沖線[6]，至今無定論。本文以哈爾里克口門子南地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)恰干布拉克組火山巖作為研究對象，通過對其巖石學及地球化學特征研究，對該區(qū)火山活動的大地構造背景進行探討，可為區(qū)域構造屬性判別提供一些佐證。

圖1　哈爾里克大地構造位置圖（a）和火山巖分布簡圖（b）Fig.1 Tectonic map(a) and distribution map of volcanics in Harlik area(b)(a圖據成守德2012修改，b圖據1∶20萬、1∶5萬地質圖修改；圖中同位素數據引用1∶5萬地質調查報告) 1.第四系;2.下二疊統(tǒng)阿爾巴薩依組;3.下石炭統(tǒng)姜巴斯套組;4.下泥盆統(tǒng)大南湖組;5.上—中奧陶統(tǒng)塔水組; 6.上—中奧陶統(tǒng)賽爾萬組;7.下—中奧陶統(tǒng)恰干布拉克組第三巖性段;8.下—中奧陶統(tǒng)恰干布拉克組第二巖性段;9.下—中奧陶統(tǒng)恰干布拉克組第一巖性段;10.基性巖;11.中性巖;12.酸性巖; 13.地質界線;14.斷層;15.剖面位置及編號;16.取樣位置I-1——準噶爾地塊;I-2——依連哈比爾尕晚古生代裂陷槽;I-3——博格達晚古生代裂谷;I-4——哈爾里克古生代島弧;I-5——大南湖古生代島弧;I-6——吐哈地塊;I-7——覺羅塔格裂陷槽

1　地質背景

區(qū)內出露地層由老到新主要有中—下奧陶統(tǒng)恰干布拉克組、上—中奧陶統(tǒng)賽爾萬組、上—中奧陶統(tǒng)塔水組、下泥盆統(tǒng)大南湖組、下石炭統(tǒng)姜巴斯套組、下二疊統(tǒng)阿爾巴薩依組。恰干布拉克組主要為一套海相火山巖、火山碎屑巖及碎屑巖沉積，據巖石組合可進一步劃分出3個巖性段：第一巖性段以正常碎屑巖為主夾有少量中性火山巖；第二巖性段為中基性、中酸性(以中性為主)火山巖、火山碎屑巖為主夾有火山碎屑沉積巖和正常碎屑巖；第三巖性段為火山巖與碎屑巖間互沉積。各巖性段間均為整合接觸，與塔水組和大南湖組呈斷層接觸。由于侵入體的破壞，恰干布拉克組出露不完整。從構造形態(tài)上看，該組組成一中等開闊的復式向斜構造（圖1-b）。此外在恰干布拉克組沉凝灰?guī)r、鈣質砂巖中發(fā)現大量腕足類化石Orthissp.,Orthis；oallatis dalmun;Hesperorthis sp.;Hesperorthis sinica su; Clyptorthis insculpta（Hall）；Rouschellasp.;海百合莖：Cyclocyclicussp.等，推測該地層時代應為早—中奧陶世?新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產勘查開發(fā)局第一區(qū)域地質調查大隊，新疆哈密市口門子南一帶1∶5萬區(qū)域地質礦產調查報告，2006。

區(qū)內侵入巖十分發(fā)育，主要出露在西部，因斷裂破壞，呈不明顯的NW向展布，可能為巖盆產出。區(qū)內火山活動較為強烈，火山巖較發(fā)育，主要由恰干布拉克組火山巖、賽爾萬組火山巖、塔水組火山巖、大南湖組火山巖組成。其中，恰干布拉克組火山巖，塔水組火山巖和賽爾萬組火山巖呈帶狀分布，分布較廣。大南湖組火山巖呈零星分布，分布較局限。恰干布拉克組火山巖以噴溢相為主，巖石組合為玄武巖、安山巖、英安巖組合；爆發(fā)相巖石為火山角礫巖、凝灰?guī)r、集塊巖；火山碎屑沉積巖為凝灰質砂巖、沉凝灰?guī)r，屬中基性火山巖建造。

2　樣品特征和分析方法

樣品采自恰干布拉克組第三段巖性（圖2），所選玄武巖樣品粒度均勻，新鮮無蝕變，特征描述如下：巖石顏色為灰色，具無斑結構，基質具間粒-嵌晶含長結構，塊狀構造。巖石無斑晶，由斜長石（60%）、輝石（35%）、其它（5%）組成，其它主要是由玻璃質、杏仁構造、磁鐵礦組成。斜長石呈自形-半自形板狀，聚片雙晶發(fā)育，粒徑0.08 mm×0.04 mm～ 0.04 mm×0.4 mm，雜亂排列，其間充填輝石和少量脫玻蝕變的綠泥石。輝石呈半自形柱、粒狀，粒徑0.1～0.6 mm，少數內含斜長石晶體構成嵌晶含長結構，內有少量白鈦石分布。杏仁構造呈圓狀、不規(guī)則狀，大小為0.2～0.9 mm，其內充填綠泥石。磁鐵礦呈粒狀，粒徑0.08～0.1 mm。

全巖主量元素分析和微量分析均在湖北省地質實驗研究所完成，主量元素分析采用樣品粉末熔成玻璃餅后用X射線熒光光譜方法（XRF）測定，測試精度優(yōu)于1%。微量元素分析采用兩酸（HNO3+ HF）高壓反應釜溶樣方法對樣品粉末進行溶解。采用等離子質譜儀（ICPMS；Agient 7500a）來測定元素含量。含量高于10×10-6元素的誤差小于5%，低于10×10-6元素誤差小于10%。

圖2　恰干布拉克組第三段巖性實測地質剖面圖Fig.2 The section of third lithologic from Qiaganbulake formation1.長石巖屑砂巖;2.鈣質砂巖;3.凝灰質砂巖;4.角礫熔巖;5.石英安山巖;6.玄武巖；7.輝石安山巖;8.閃長玢巖;9.產狀;10.取樣位置;11.古生物化石

3　地球化學特征

3.1主量元素

恰干布拉克組火山巖SiO2含量為46.03%～ 49.02%，Al2O3含量為15.07%～17.97%，TiO2含量為0.86%～2.27%，表現出富Al高Ti的特點。MgO、FeOT、CaO含量分別為6.69%～7.38%、2.41%～3.56%和7.76%～9.32%。巖石Na2O含量（2.16%～3.37%）明顯大于K2O含量（0.45%～1.18%），屬鈉質類型。FeO/Fe2O3均大于1說明巖石形成于還原環(huán)境。

在TAS圖解中（圖3-a），樣品均落入玄武巖的范圍內，在SiO2-TFe2O3/MgO圖解中（圖3-b），樣品均落入鈣堿性玄武巖系列。

圖3　口門子南火山巖TAS圖解(a)和SiO2-FeOt/MgO圖解(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)（轉引自徐夕生，1991）F——副長石巖;Ph——響巖;U1——堿玄巖;U2——響質堿玄巖;U3——堿玄質響巖;Pc——苦橄玄武巖;S1——粗面玄武巖;S2——玄武粗面安山巖;S3——粗面安山巖;T——粗面英安巖;B——玄武巖;O1——玄武安山巖;O2——安山巖;O3——英安巖;R——流紋巖

3.2稀土元素

稀土元素總量為71.26×10-6～202.09×10-6（表1），稀土元素總量浮動較大。稀土元素球粒隕石標準化分布圖（圖4-a）整體表現出明顯右傾趨勢，說明輕稀土元素較富集，重稀土元素相對虧損，ΣLREE/ ΣHREE為1.48～2.28，輕稀土內部間發(fā)生了輕微分餾作用（La/Sm）N=2.66～2.99，重稀土元素分餾作用較明顯（Gd/Yb）N=1.65～2.52，δEu=0.91～1.02，無明顯的Eu負異常，表明在巖漿結晶分異過程中有長石相的參與。

圖4　微量元素原始地幔標準化蛛網圖(a)和稀土元素球粒隕石標準化分布圖(b)Fig.4 PM-normalized trace element patterns (a) and Chondrite-normalized REE patterns (b)（標準化數據Sun&McDonough,1989）

3.3微量元素

在微量元素原始地幔標準化蛛網圖中（圖4-b），火山巖微量元素曲線呈鋸齒狀，顯示出大離子親石元素較富集，主要表現在Ba和Sr的正異常。高場強元素虧損主要表現在Nb和Ta的負異常。此外，玄武巖的（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具火山弧型玄武巖巖石地球化學特征（La/Ta＞15、Th/Yb＞0.1、Th/Nb＞0.7、Hf/Th＞8），表明火山巖為碰撞型弧區(qū)鈣堿性火山巖[7]。

表1　口門子南火山巖主量元素、微量元素含量及相關參數Table 1 Majorelements, trace elements of volcanic rocks in the Koumenzinan area, Xinjiang

4　討論

4.1構造環(huán)境

由以上分析可知，哈爾里克口門子南地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)恰干布拉克組火山巖主要為基性巖與中性巖組合，屬中基性火山巖建造，玄武巖屬鈉質類型，鈣堿性玄武巖系列。稀土元素特征表現為輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，無明顯Eu負異常。微量元素特征表現為大離子親石元素較富集，高場強元素虧損。依據Hf/3-Th-Ta圖解（圖5-a），玄武巖樣品均投入到消亡邊界玄武巖中。依據FeOT-MgOAl2O3圖解（圖5-b），玄武巖樣品全部落入島弧鈣堿性玄武巖系列。微量和主量元素一致反映恰干布拉克組玄武巖產生于島弧環(huán)境。

圖5　口門子南火山巖Hf/3-Th-Ta圖解(a)與FeOT-MgO-Al2O3圖解(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)（轉引自徐夕生，1991）A——正常洋中脊拉斑玄武巖;B——異常洋中脊拉斑或板內玄武巖;C——板內堿性玄武巖;D——消亡邊界玄武巖1——擴張中心島嶼;2——島弧鈣堿性玄武巖;3——大洋中脊玄武巖;4——洋島玄武巖;5——拉斑玄武巖

4.2地質意義

哈爾里克早古生代的島弧帶究竟是卡拉麥里洋盆向南俯沖形成的還是康古爾洋盆向北俯沖形成的，目前還未形成統(tǒng)一的認識。馬瑞士等認為該島弧帶是卡拉麥里洋盆向南俯沖形成的[2]；周濟元等認為該島弧帶是康古爾洋盆向北俯沖的產物[4]；李錦軼等認為在華力西早中期有一條沿巴音溝-艾維爾溝-七角井一帶向南的俯沖線，形成了哈爾里克弧后盆地[6]。

在小熱泉子-大南湖火山盆地和雅滿蘇火山盆地之間，地表殘留的洋殼殘片主要分布在色兒特能、恰特尕力、康南等地[8]，主要出露巖性是蛇紋巖、輝長巖、斜長花崗巖、玄武巖、紅色放射蟲硅質巖和復理石[9]，1989年周濟元在大南湖火山盆地采集的奧陶紀恰干布拉克組化石[10]，認定口門子南地區(qū)在奧陶紀存在古洋盆。巖石學特征和地球化學特征一致說明哈爾里克口門子南地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)恰干布拉克組玄武巖產生于島弧環(huán)境。哈爾里克島弧帶位于卡拉麥里洋盆的南側，而卡拉麥里洋盆南側泥盆系和石炭系整合覆蓋在志留系之上，具被動陸緣沉積巖特征[6]，此外，Han Baofu等證明卡拉麥里洋盆在晚石炭世就已完成[11]，趙同陽等通過對哈爾里克晚石炭世火山巖研究，證實該區(qū)域在晚石炭世為火山弧環(huán)境[5]。火山巖型加里東構造已越過卡拉麥里斷裂，覆蓋到哈爾里克-泥盆紀島弧帶，郭春華等通過奧陶系石英閃長巖SHRIMPU-Pb佐證其具加里東期巖漿島弧特征[10]。說明卡拉麥里洋盆由南向北單向俯沖。此外，李錦軼等通過對吐哈盆地南緣古生代巖漿巖研究，認為弧巖漿前鋒帶具初步向南演化特點[12]。因此推斷哈爾里克島弧帶是康古爾洋盆向北俯沖形成的，與卡拉麥里洋盆向南俯沖無關。

5　結論

（1）哈爾里克口門子南地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)恰干布拉克組玄武巖為鈉質類型，鈣堿性玄武巖系列。巖石學特征和地球化學特征一致說明了其產生于島弧環(huán)境。

（2）結合區(qū)域背景和前人研究，認為哈爾里克口門子南地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)恰干布拉克組玄武巖的產生與康古爾洋盆由南向北俯沖有關。

參考文獻

[1]成守德,張湘江.新疆大地構造基本格架[J].新疆地質,2000,18(4): 293-296.

[2]馬瑞士,王賜銀,葉尚夫.東天山構造格架及地殼演化[M].南京:南京大學出版社,1993,1-225.

[3]王宗秀,周高志,李濤.對新疆北部蛇綠巖及相關問題的思考和認識[J].巖石學報,2003,19(4):683-691.

[4]周濟元,崔炳芳,肖惠良,等.新疆康古爾—黃山對接碰撞帶的存在、成礦模式及成礦預測.火山地質與礦產[J].2003,22(4):252-263.

[5]趙同陽.新疆博格達-哈爾里克山地區(qū)石炭紀火山巖地質地球化學特征及其構造意義[J].地質評論,2014,60(1):115-124.

[6]李錦軼,王克卓,李文鉛,等.東天山晚古生代以來大地構造與礦產勘查[J].新疆地質,2002,20(4):295-301.

[7]趙振華.微量元素地球化學原理[M].北京:科學出版社,1997,24-42.

[8]郭新成,余元軍,徐晟,等.新疆鄯善色爾特能蛇綠巖及構造意義[J].新疆地質,2008,26(3):225-230.

[9]李錦軼.新疆東部新元古代晚期和古生代構造格局及其演變[J].地質論評,2004,50(3):308-309.

[10]郭春華.哈爾里克山口門子地區(qū)石英閃長巖鋯石SHRIMP U-Pb測年及其地質意義[J].地質通報,2005,25(8):928-931.

[11] Han Baofu,Guo Zhaojie,Zhang Zhicheng.Age, geochemistry, and tectonic implications of a late Paleozoic stitching pluton in the North Tian Shan suture zone, western China[J].Geological Society of America Bulletin,2010,122: 627-640.

[12]李錦軼.天山山脈地貌特征、地殼組成與地質演化[J].地質通報,2006, 25(1):895-909.

[13]徐夕生.火成巖巖石學[M].北京:科學出版社,2010.

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

作者簡介:第一黃劍（1993-），男，新疆烏蘇人，新疆大學礦物學、巖石學、礦床學專業(yè)在讀碩士

收稿日期:2015-08-16;

修訂日期:2015-12-11;作者E-mail:997783479@qq.com

中圖分類號:P534；P588.14

文獻標識碼:A

文章編號：1000-8845(2016)01-100-06

項目資助：十二五科技支撐計劃重點項目(2011BAB06B04)資助