姚俊逸 周宏偉

(核工業(yè)二一六大隊(duì))

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新疆烏魯木齊市冰草溝地區(qū)火山巖地質(zhì)特征及構(gòu)造環(huán)境

姚俊逸 周宏偉

(核工業(yè)二一六大隊(duì))

對(duì)新疆烏魯木齊市冰草溝地區(qū)火山巖巖性、巖石地球化學(xué)成分及構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：①研究區(qū)晚古生代火山巖即玄武安山巖為玄武質(zhì)巖向安山質(zhì)巖過(guò)渡階段的巖性，屬鈣堿性巖石系列；②該區(qū)火山巖具有大陸板內(nèi)玄武巖及島弧玄武巖的特征，主要形成于博格達(dá)晚古生代弧后裂陷盆地的拉張環(huán)境。

火山巖 火山巖型鈾礦 地質(zhì)特征 巖石地球化學(xué)特征 構(gòu)造環(huán)境

20世紀(jì)50年代，核工業(yè)519大隊(duì)在新疆達(dá)坂城周邊山區(qū)進(jìn)行了較系統(tǒng)的普查找礦工作，在冰草溝地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一處鈾礦床以及多處鈾礦點(diǎn)及礦化點(diǎn)，礦化類型為火山巖型鈾礦。前人將冰草溝地區(qū)出露的巖漿巖定性為淺成侵入安山玢巖，通過(guò)近年野外調(diào)查工作發(fā)現(xiàn)，該巖石定名存在偏差，后調(diào)整為玄武安山巖。正確了解巖漿巖巖性、成巖類型及構(gòu)造環(huán)境對(duì)分析該區(qū)巖漿巖與鈾成礦的關(guān)系至關(guān)重要。本研究通過(guò)分析冰草溝地區(qū)火山巖地質(zhì)特征、巖石地球化學(xué)特征，判別火山巖巖性，并對(duì)該區(qū)火山巖成巖類型及形成的大地構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造特征

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

冰草溝地區(qū)出露地層簡(jiǎn)單，主要為下二疊統(tǒng)塔什庫(kù)拉組、中亞組及上亞組(圖2)。中亞組為一套濱海相碎屑巖與沉積火山碎屑巖的沉積組合，主要巖性為凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)細(xì)砂巖、細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑砂巖等；上亞組為一套在濱海環(huán)境與局部潟湖環(huán)境下沉積的鈣質(zhì)碎屑巖、長(zhǎng)石碎屑砂巖及少量泥硅質(zhì)巖組合，部分砂巖和粉砂巖中夾有砂質(zhì)磷塊巖透鏡體或薄層，含磷砂巖出露處局部發(fā)育磷、鈾礦化。研究區(qū)出露的侵入巖主要為中性巖類的輝石閃長(zhǎng)巖，位于冰草溝地區(qū)北部，侵入體展布方向?yàn)榻麰W向，與區(qū)域總體構(gòu)造線方向基本一致，產(chǎn)出形態(tài)為巖墻、巖枝、不規(guī)則狀順地層走向切層侵入。冰草溝地區(qū)火山巖主要受EW向斷裂構(gòu)造控制，出露巖性主要為下二疊統(tǒng)塔什庫(kù)拉組(P1t)玄武安山巖。玄武安山巖常噴出于塔什庫(kù)拉組、上亞組上部的細(xì)砂巖中，順砂巖走向呈脈狀展布，有時(shí)與巖層走向斜交，無(wú)論在平面上，還是在剖面上，均具有分枝復(fù)合現(xiàn)象。玄武安山巖巖石呈灰綠色或灰黑色，主要由基性斜長(zhǎng)石、單斜輝石、玄武玻璃組成。通常為間粒-間隱結(jié)構(gòu)、交織-間隱結(jié)構(gòu)、間隱結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)，珍珠、杏仁狀、枕狀構(gòu)造。因受構(gòu)造應(yīng)力和熱變質(zhì)作用，部分斜長(zhǎng)石具輕微程度的絹云母化和碳酸鹽化。暗色礦物和玻璃質(zhì)均不同程度地被方解石、綠泥石等礦物取代。

圖2 冰草溝地區(qū)地質(zhì)特征

3 巖石化學(xué)特征

冰草溝地區(qū)出露的玄武安山巖化學(xué)成分特征見(jiàn)表1。由表1可知：測(cè)試樣品w(SiO2)55.54%～59.30%，平均58.07%，屬中性巖類；w(P2O5)偏高，為0.53%～0.76%，平均0.67%；w(Al2O3)偏低，且變化不大，為13.22%～14.83%；w(Fe2O3)偏低，為1.37%～2.32%，平均1.89%；w(TiO2) 1.47%～1.71%，平均1.57%；w(MgO) 1.50%～2.22%，平均1.91%；w(CaO) 1.50%～5.47%，個(gè)別樣品含量達(dá)到6.41%、7.75%，不排除受礦化蝕變的影響；w(K2O)1.37%～1.89%；w(Na2O) 3.73%～4.27%。

表1 冰草溝地區(qū)火山巖巖石化學(xué)成分 %

由哈克圖解(圖3)可知：大部分主量元素(Al2O3、MgO、TiO2、Na2O、K2O、FeO)含量與SiO2含量的線性關(guān)系為正相關(guān)，P2O5、CaO、Fe2O3含量與SiO2含量成負(fù)相關(guān)關(guān)系[2]。

圖3 冰草溝地區(qū)火山巖中主要氧化物的哈克圖解

由冰草溝地區(qū)巖石TAS圖解投影(圖4)可知：10件巖石樣品中，1件樣品落入玄武安山巖中，2件樣品落入粗面安山巖中，其余樣品落入安山巖區(qū)，與野外定名及鏡下鑒定成果基本一致，為玄武質(zhì)巖向安山質(zhì)巖過(guò)渡階段的巖性，為亞堿性系列。巖石里特曼組合指數(shù)(σ)為1.73～2.40，按里特曼堿度分類和樣品堿度率(AR)圖解(圖5)投影，屬鈣堿性系列；w(K2O)/w(Na2O)為0.35～0.49，屬鈉質(zhì)火山巖系列；鋁過(guò)飽和系數(shù)(w(Al2O3)/w(Na2O+K2O+CaO))為1.01～1.33，巖石為過(guò)鋁飽和巖系列，投影w(Al2O3)-w(SiO2)變異圖解(圖6)，可知樣品均落入低鋁質(zhì)區(qū)，可知研究區(qū)火山巖屬低鋁質(zhì)含量飽和的玄武巖。

圖4 研究區(qū)巖石TAS圖解

Pc—苦橄玄武巖；B—玄武巖；O1—玄武安山巖；O2—安山巖；O3—英安巖；R—流紋巖；S1—粗面玄武巖；S2—玄武質(zhì)粗面安山巖；S3—粗面安山巖；T—粗面巖、粗面英安巖；F—副長(zhǎng)石巖；U1—堿玄巖、碧玄巖；U2—響巖質(zhì)堿玄巖；U3—堿玄質(zhì)響巖；Ph—響巖；Ir—Irvine分界線，上方為堿性，下方為亞堿性

圖5 堿度率圖解

4 稀土元素特征

冰草溝地區(qū)玄武安山巖稀土元素含量分析結(jié)果見(jiàn)表2，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式見(jiàn)圖7。由表2、圖7可知：w(ΣREE)變化較大，為(92.06～213.07)×10-6，w(LREE)/w(HREE)為3.63～6.00，具有稀土元素整體富集的特征；(La/Yb)N為2.55～5.43，分配曲線整體向右傾；(Ce/Yb)N為2.27～4.05，具輕稀土富集、重稀土虧損的特征，輕重稀土分餾明顯；δEu為0.67～0.77，銪具負(fù)異常，為銪虧損型，分配曲線在銪處呈明顯的下凹狀通過(guò)，谷的凹下較低，銪負(fù)異常明顯，銪輕度虧損，巖漿分異程度中等；w(Ce)/w(Ce*)為0.89～0.97，整體為鈰虧損型，具鈰負(fù)異常；(La/Sm)N為1.69～3.88，輕稀土元素之間分餾程度中等偏低；(Gd/Yb)N為0.98～1.11，平均1.04，重稀土元素分餾程度較低，輕度虧損。冰草溝地區(qū)玄武安山巖稀土分配型式為輕稀土富集型，具有稀土總量偏高、輕度銪負(fù)異常的特征，其特征與各類大陸玄武巖的稀土元素配分型式圖解中的裂谷拉斑玄武巖基本一致，顯示該玄武安山巖形成于低度部分熔融。

圖6 w(Al2O3)-w(SiO2)圖解

表2 冰草溝地區(qū)玄武安山巖稀土元素分析結(jié)果 %

圖7 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式

5 微量元素特征

冰草溝地區(qū)玄武安山巖微量元素含量分析結(jié)果

見(jiàn)表3，微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖見(jiàn)圖8。由表3、圖8可知：各元素標(biāo)準(zhǔn)化比值均大于1，微量元素整體富集；強(qiáng)不相容元素Rb、Ba、Th、U等相對(duì)較富集，中等不相容元素Sr、Nb、Zr、Hf具相對(duì)富集的特征，整體具不相容元素富集型的特征；w(Rb)(22.4～111.00)×10-6，w(Sr)(154.60～612.80)×10-6，屬于低銣高鍶類型；(Rb/Yb)N為2.41～23.87，強(qiáng)不相容元素富集交代地幔源，熔融程度低，為分離結(jié)晶程度強(qiáng)的熔體[3]；玄武安山巖/原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖整體右傾，規(guī)律相似，總體協(xié)調(diào)，表明是同源巖漿演化的產(chǎn)物，隨著元素不相容程度的增加，元素含量也不斷增加。

6 巖漿成因類型及構(gòu)造環(huán)境

冰草溝地區(qū)玄武安山巖不相容元素及輕稀土元素相對(duì)富集，顯示熔融程度低，具有交代富集型地幔巖與初始裂谷火山巖的特征；w(Rb)/w(Sr)為0.10～0.64，具富集地幔類型的特征；w(Th)/w(Ta)為9.40～15.00，表明區(qū)內(nèi)玄武安山巖屬大陸環(huán)境；原始地幔w(Th)/w(Ta)為2.05，較區(qū)內(nèi)玄武安山巖w(Th)/w(Ta)值小，說(shuō)明具大陸板內(nèi)及島弧玄武巖特征，但w(Ta)/w(Hf)為0.052～0.075，平均值為0.065(<0.1)，表明區(qū)內(nèi)玄武安山巖具島弧玄武巖的特征。在構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖9)中，投點(diǎn)基本落入大陸板內(nèi)玄武巖區(qū)。在里特曼-弋蒂里指數(shù)圖解(圖10)中，樣品落入非造山帶地區(qū)火山巖與造山帶地區(qū)火山巖的界線部位，具有非典型的造山環(huán)境。玄武巖構(gòu)造環(huán)境判別w(Th)/w(Hf)-w(Ta)/w(Hf)圖解(圖11)顯示，該區(qū)玄武安山巖形成于板塊匯聚邊緣，位于陸緣島弧及陸緣火山弧玄武巖區(qū)邊緣，接近大洋島弧玄武巖區(qū)。

表3 冰草溝地區(qū)玄武安山巖微量元素組成×10-6

圖8 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)蛛網(wǎng)

圖9 玄武巖構(gòu)造環(huán)境判別

冰草溝地區(qū)火山巖的巖石化學(xué)、地球化學(xué)特征保留有多種成因信息，如初始裂谷火山巖、大陸板內(nèi)玄武巖、島弧玄武巖等，由于區(qū)內(nèi)未見(jiàn)典型的雙峰式火山巖，故不具裂谷環(huán)境特征。冰草溝地區(qū)玄武安山巖形成于板塊匯聚邊緣，位于陸緣島弧及陸緣火山弧玄武巖區(qū)邊緣，接近大洋島弧玄武巖區(qū)，為陸緣島弧和大洋島弧帶之間的弧后盆地，后期經(jīng)歷了短暫的板內(nèi)發(fā)展階段，主要為弧后盆地的強(qiáng)烈裂解及中—基性巖漿侵位后緩慢抬升并趨于穩(wěn)定[4]。可見(jiàn)，冰草溝地區(qū)的玄武安山巖主要形成于博格達(dá)晚古生代弧后裂陷盆地的拉張環(huán)境。

圖10 里特曼-弋蒂里指數(shù)(logτ-logσ)圖解

圖11 玄武巖構(gòu)造環(huán)境判別w(Th)/w(Hf)-w(Ta)/w(Hf)圖解

7 結(jié) 論

(1)冰草溝地區(qū)玄武安山巖為玄武質(zhì)巖向安山質(zhì)巖過(guò)渡階段的巖性，屬鈣堿性系列，為低鋁質(zhì)含量飽和玄武巖，巖石主量元素(Al2O3、MgO 、TiO2、Na2O、K2O、FeO)含量與SiO2含量的線性關(guān)系為正相關(guān)。

(2)冰草溝地區(qū)玄武安山巖的稀土分配型式為輕稀土富集型，具有稀土總量偏高、輕度銪負(fù)異常的特征，顯示玄武安山巖形成于低度部分熔融；微量元素特征顯示玄武安山巖強(qiáng)不相容元素富集，交代地幔源，熔融程度低，為分離結(jié)晶程度強(qiáng)的熔體，是同源巖漿演化的產(chǎn)物，隨著元素不相容程度的增加，元素含量也不斷增加。

(3)玄武安山巖具有大陸板內(nèi)玄武巖及島弧玄武巖的特征，主要形成于博格達(dá)晚古生代弧后裂陷盆地的拉張環(huán)境。

[1] 姚俊逸，楊文學(xué).新疆烏魯木齊市黑溝—達(dá)拉地布拉克地區(qū)鈾礦資源調(diào)查評(píng)價(jià)2015年報(bào)告[R].烏魯木齊：核工業(yè)二一六大隊(duì)，2015.

[2] 劉學(xué)良，弓小平，韓 瓊，等.式可布臺(tái)鐵礦床稀土和微量元素地球化學(xué)特征[J].新疆地質(zhì)，2013，31(3)：206-212.

[3] 靳劉圓，張 濟(jì)，朱志新，等.哈爾里克山古生代火山巖地質(zhì)特征及構(gòu)造意義[J].新疆地質(zhì)，2013，31(3)：173-189.

[4] 周宏偉，姚俊逸.新疆北天山冰草溝地區(qū)鈾礦控礦規(guī)律研究[R].烏魯木齊：核工業(yè)二一六大隊(duì)，2015．

Geological Characteristics and Tectonic Environment of the Volcanic Rock in Bingcaogou Area in Urumqi City,Xinjiang

Yao Junyi Zhou Hongwei

(No.216 Geological Party,China National Nuclear Corporation)

The analysis of the lithology,geochemical composition and tectonic environment of the volcanic rock in Bingcaogou area in Urumqi city,Xinjiang are conducted,the analysis results show that:①the lithology of basaltic andesite is excessive one from basaltic rock to andesitic rock,the basaltic andesite is belongs to the calc-alkalic rock series;②the volcanic rock in Bingcaogou area has the characteristics of continental intraplate basalts and island arc basalts,the volcanic rock in Bingcaogou area is formed in the tension environment of the back-arc crack basin of Bogurda late paleozoic.

Volcanic rock, Volcanic-type uranium deposit, Geological characteristics, Geochemical characteristics of rocks, Tectonic environment

2016-06-02)

姚俊逸(1987—)，男，助理工程師，830011 新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市北京南路467號(hào)。