葸得华，杨天骥，徐勇，杜金刚，徐有光

新疆东天山滑石山一带贝义西组火山岩形成时代及构造环境

葸得华1，杨天骥1，徐勇1，杜金刚2，徐有光3

（1.四川省核工业地质局二八一大队，四川 西昌 615000；2.西藏金海矿产资源开发有限公司（核工业西藏地质调查院），成都 610000；3.四川省核工业地质局二八三大队，四川 达州 635000）

新疆东天山滑石山一带贝义西组主要为一套海相火山岩，有基性和中酸性两类，以酸性火山岩为主，火山岩相划分为爆发相和溢流相，以溢流相为主，具双峰式喷发特征。基性玄武岩为钠质碱性岩石，轻稀土富集，铈亏损，大离子亲石元素K、Rb相对富集，Sr亏损明显，高场强元素（HFSE）无明显亏损。酸性火山岩主要为高钾钙碱性岩石，轻稀土富集，铈、铕亏损，大离子亲石元素K、Rb相对富集，Sr亏损明显，高场强元素（HFSE）无明显亏损。酸性火山岩通过LA-ICP-MS锆石U-Pb获得年龄为799～808Ma。结合地质背景认为贝义西组火山岩形成于大陆裂谷环境，是Rodinia超大陆在塔里木克拉通北缘裂解产物。

贝义西组；形成时代；地球化学；构造环境；新疆东天山

新疆东天山滑石山一带大地构造属塔里木陆块区（Ⅲ）之塔里木陆块（Ⅲ-1）之库鲁克塔格陆缘盆地（Ⅲ-1-4）（成守德和王元龙，1998；董连慧等，2013；潘桂棠等，2016），火山岩极其发育，研究区内主要分布于龟背山-小南洼一带（图1），以角度不整合覆盖于蓟县纪爱尔基干岩群、青白口纪钾长花岗岩之上（孟勇等，2014），后期遭受断层构造破坏，又与蓟县纪爱尔基干岩群、早寒武世突尔沙克塔格组呈断层接触，整体呈北东向断块状展布，呈“断块”状分布。调查显示该区贝义西组为一套海相火山岩，含少量沉积岩，火山岩可分为基性和中酸性两类，以酸性火山岩为主，具双峰式喷发的特点（葸得华等，2019）。火山岩相可划分为爆发相和溢流相，以溢流相最为发育，火山岩活动强烈，具多期爆发相和溢流相组成的喷发韵律，岩石组合较杂。基性火山岩主要为玄武岩；中酸性火山岩岩石组合以流纹质火山岩为主，次为英安质火山岩，有流纹岩、英安岩、（流纹质）火山角砾岩、（流纹质）凝灰岩、安山岩等。

1.全新世地层；2.晚寒武世突尔沙克塔格组；3.早寒武世西大山组；4.南华纪贝义西组；5.蓟县纪爱尔基干岩群；6.滹沱纪兴地塔格岩群；7.南华纪石英闪长岩；8.青白口纪钾长花岗岩；9.地质界线；10.角度不整合界线；11.超动接触界线；12.断层；13.U-Pb同位素测年位置及年龄

1 火山岩韵律特征

通过PM04、PM07、PM09、PM12、PM17等5条剖面对研究区贝义西组火山岩进行控制，对地层层序进行了恢复。再根据岩石组合和火山喷发强弱关系，划分火山喷发韵律，发现每个喷发韵律均由爆发相和喷溢相两种火山岩相组成，尤以PM09、PM12火山韵律发育最为齐全，特征明显。

（1）PM09号剖面全部为火山岩，总厚度1669.15m。火山岩相为爆发相和溢流相，按照火山-沉积来划分韵律，可划分为4个韵律（表1）。爆发相厚331.3m，溢流相厚1337.85m。

（2）PM12号剖面全部为火山岩，总厚度1026.4m。火山岩相为爆发相和溢流相，按照火山-沉积来划分韵律，可划分为5个韵律（表2）。爆发相厚242.7m，溢流相厚783.7m。

表1 PM09剖面火山岩层序韵律划分表

表2 PM12剖面火山岩层序韵律划分表

2 火山岩岩石化学及岩石地球化学特征

主微量元素测试由国土资源部成都矿产资源监督检测中心（成都综合岩矿测试中心）分析，主量元素分析利用X荧光光谱法完成，分析测试误差＜1%；微量及稀土元素样品由等离子光谱质谱仪（ICP-MS）测定，分析测试误差在5%左右。

（1）岩石化学特征

玄武岩样品SiO2含量49.51%（表3），在火山岩 TAS命名图解中（图2）投入玄武岩区，与镜下鉴定类型一致。FeO*=9.35%；MgO=7.35%；Na2O+K2O=7.35%；TiO2=1.73%；Al2O3=16.92%；里特曼指数δ=6.37，为碱性岩系，Na2O＞K2O，为大西洋型；山德指数（A/CNK）值=1.227，为过铝质。标准矿物分子中出现Ol，含量为11.39%。样品在SiO2-（Na2O +K2O）图解投入碱性系列，AFM图解中投入到钙碱性岩区，A/CNK-A/NK图解投入准铝质区，SiO2-K2O图解投入高钾区；根据LeBas（1985）的划分标准，以Na2O≥K2O为钠质标准，岩石为钠质类型无疑。因此该玄武岩应为钠质碱性玄武岩（李昌年，1992；杨学明等，2000）。

图2 火山岩TAS图

×－玄武岩；○－流纹岩；

9件流纹岩样品SiO2含量在68.32%～77.36%之间（表3），在火山岩 TAS命名图解中（图3）8件样落入流纹岩区，1件落入英安岩区；FeO*=0.73％～4.03%；MgO=0.21％～0.70%；Na2O+K2O=6.65％～10.78%；TiO2=0.19％～0.58%；Al2O3=10.82％～15.21%；7件岩石δ=（1.32～3.74）＜4 为钙碱性岩系，另2件岩石样δ=（4.32～4.37）＞4为碱性岩系；山德指数(A/CNK)值=1.089～1.369，为过铝质。在SiO2-(Na2O+K2O)图解，8件样品全部落入亚碱性系列区，在AFM图解中，除1个样品落入拉斑系列区，其他8件样全部落入钙碱系列区，在A/CNK－A/NK图解，8件样品全部投入准铝质区，SiO2-K2O图解投入高钾区，个别甚至超出图区范围以外。表明这些酸性火山岩主体为高钾钙碱性系列。

表3 贝义西组火山岩岩石化学含量表

表4 贝义西组火山岩稀土元素含量表

（2）稀土元素特征

玄武岩样品稀土总量（∑REE）=164.65×10-6；L/H=5.09；（La/Yb）N=6.25，显示轻稀土富集；δCe=0.91，显示铈亏损型，具负铈异常；δEu=0.96，铕不具明显异常，或反映出Eu弱亏损（表4）。(La/Sm)N=4.41＞1，表明轻稀土分馏程度较好。

9件流纹岩样品稀土总量（∑REE）=（271.24～956.27）×10-6；L/H=3.44～13.01（La/Yb）N=2.31～13.54，显示轻稀土富集；δCe除1件为1.24，另外8件为0.79～0.92，显示铈亏损型，具负铈异常；δEu=0.08～0.81，铕具负异常，为铕亏损型（表4）。(La/Sm)N=（4.80～7.76）＞1，表明轻稀土分馏程度较好。

稀土元素经球粒陨石标准化（Boynton W.V，1984.）后作稀土元素分配型式图。玄武岩稀土元素分配型式为右倾式（图3），轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，曲线近于平坦，轻重稀土分馏不明显，Eu未发生明显异常。流纹岩稀土元素分配型式为右倾式（图4），轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，重稀土曲线近于平坦，轻重稀土分馏较明显。

图3 玄武岩稀土球粒陨石标准化配分曲线图

图4 流纹岩稀土球粒陨石标准化配分曲线图

（3）微量元素特征

玄武岩样品与维氏辉绿岩值相比，K、Th、Ta、Ce、Zr、Hf、Sm、Ti、Y和Yb元素含量相对高于维氏值，Sr、Rb、Nb和P元素相对低于维氏值（表5）。

流纹岩样品与维氏花岗岩值相比，K、Th、Nb、Ce、Zr、Hf、Sm、Y和Yb元素含量相对高于维氏值，Sr、Rb、Ta、P和 Ti元素相对低于维氏值（表5）。

表5 贝义西组火山岩微量元素含量表

将微量元素样品经N-MORE（Sun&McDonough.，1989）标准化后，各元素的特征采用Pearce（1983）排序，根据元素丰度作出了微量元素标准化蛛网图。玄武岩在N-MORE微量元素标准化蛛网图上（图5），微量元素Rb/Yb比值总体＞1，为强不相容元素富集型，大离子亲石元素K、Rb相对富集，相对于N-MORE高出了数十倍，与板内玄武岩特征一致，Sr亏损十分明显，可能与斜长石的结晶分异作用有关；高场强元素（HFSE）无明显亏损，Nb仅表现为较弱的亏损，指示地壳物质参与了岩浆过程。

流纹岩在N-MORE微量元素标准化蛛网图上（图6），各样品曲线近乎一致，反映出具有相同的构造环境及物质来源，微量元素Rb/Yb比值总体＞1，为强不相容元素富集型，大离子亲石元素K、Rb相对富集；部分高场强元素（HFSE）P、Ti、Sr亏损明显，P、Ti元素的亏损与磷灰石、钛铁矿的分离结晶有关，Sr亏损十分明显，可能与斜长石的结晶分异作用有关。Nb则表现为较弱的亏损，指示地壳物质参与了岩浆过程。

图5 玄武岩微量元素N-MORB标准化蛛网图

图6 流纹岩微量元素N-MORB标准化蛛网图

3 形成时代

对采集的3件新鲜的火山岩样品进行LA-ICP-MS法单颗粒锆石微区U-Pb测年工作，前期制样、挑选锆石由廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务有限公司完成，天津地质矿产研究所完成分析测试。

PM09TW21-1、PM12TW24-1、PM17TW26-1三件样品均为（球粒）流纹岩，分析结果显示LA-ICP-MS锆石U-Pb加权平均年龄分别为808±11Ma（MSWD=0.44）（图7）、799±15Ma（MSWD=0.027）（图8）、803.3±9.2Ma（MSWD=0.16）（图9），代表了样品的形成年龄，表明该流纹岩形成于青白口纪末。

图7 PM12TW24-1样品LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图及年龄分布图

图8 PM09TW21-1样品LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图及年龄分布图

图9 PM17TW26-1样品LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图及年龄分布图

本次将贝义西组形成时代归属为南华纪，其中火山岩形成时间下限为799±15Ma，说明Rodinina超大陆在本区的裂解时间从青白口晚期已经开始，可能一直持续到南华纪，形成了一套火山岩为主夹少量沉积岩的岩石组合。

4 岩石成因与构造环境判别

研究区贝义西组火山岩由基性岩和中酸性岩组成，基性岩为玄武岩，为碱性系列，中酸性有安山岩和流纹岩等，为亚碱性火山岩，具双峰式火山岩喷发的特征，反映裂谷带火山喷发环境。在稀土配分模式图上，基性火山岩与中酸性火山岩配分曲线不一致，反映了不同的岩浆来源。在微量元素蛛网图上，基性火山岩Nb显示Nb相对于Th表现为较弱的亏损，中酸性火山岩则显示Nb相对明显亏损的特点，指示可能有地壳物质参与了岩浆过程。综合认为贝义西组火山岩主要源于部分地壳熔融，有幔源物质的加入，为壳幔混合成因。

玄武岩微量元素蛛网图显示大离子亲石元素K、Rb相对富集，相对于N-MORE高出了数十倍，与板内玄武岩特征一致。中-酸性火山岩微量元素蛛网图显示大离子亲石元素K、Rb相对富集，部分高场强元素（HFSE）P、Ti、Sr亏损明显，显示火山弧花岗岩特点。利用Pearce和Cann（1973）提出的用微量元素TiO2、Zr判别玄武岩构造环境，将贝义西组玄武岩样品投到不同构造环境的TiO2-Zr判别图解（图10）中，投入板内玄武岩区。利用Pearce等（1975）提出的用 TiO2、K2O、P2O5判别大洋或大陆拉斑玄武岩，将贝义西组玄武岩投到TiO2-K2O-P2O5图解（图11）中，投在CT区为大陆拉斑玄武岩。

根据Pearce 等（1984）Yb+Ta—Rb（图12）和Y-Nb（图13）构造判别图解，将贝义西组流纹岩投入板内花岗岩（WPG）和火山弧花岗岩（VAG）区。构造环境判别图上部分样品落入火山弧环境区且靠近板内环境区界线，是因为酸性火山熔岩上升到地表过程中遭受了强烈的地壳混染，使Nb，Ta，Yb，Y 等含量降低，因此构造环境判别图上部分样品落入火山弧环境，分析认为贝义西组以流纹岩为代表的火山岩形成于板内环境。

图10 玄武岩Ti-Zr判别图解

MORB.洋中脊玄武岩；IAB.岛弧玄武岩；WPB.板内玄武岩

图11 玄武岩TiO2-K2O-P2O5图解

CT.大陆拉斑玄武岩；OT.大洋拉斑玄武岩

通过以上图解判别，结合岩石化学、地球化学特征分析认为，贝义西组火山岩总体环境为大陆裂谷，是Rodinia超大陆在塔里木克拉通北缘裂解产物，裂解深度已达下地壳下部和上地幔之间。从区域上看，该裂谷继续发展成古亚洲洋，因此南华纪贝义西组火山岩是古亚洲洋打开的标志。

图12 酸性火山岩Yb+Ta—Rb图解

图13 酸性火山岩Y-Nb判别图解

5 结论

（1）贝义西组主要为一套海相火山岩，含少量沉积岩，火山岩可分为基性和中酸性两类，以酸性火山岩为主，火山岩相可划分为爆发相和溢流相，以溢流相为主，具双峰式火山喷发的特点。

（2）贝义西组玄武岩为钠质碱性玄武岩，酸性火山岩为高钾钙碱性岩石；稀土元素从基性到酸性火山岩，稀土元素总量逐渐增加，轻稀土逐渐开始富集，重稀土元素相对平稳，没有发生显著的变化，Eu负异常越来越显著，甚至在稀土元素分配型式图中呈现出深谷，可能与斜长石的结晶分异作用有关。流纹岩为强不相容元素富集型，大离子亲石元素K、Rb相对富集；部分高场强元素（HFSE）P、Ti、Sr亏损明显。

（3）通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年获得的火山岩形成时间最新为799±15Ma，最早为808±11Ma，故将贝义西组形成时代归属到南华纪。

（4）贝义西组火山岩形成于大陆裂谷环境，是Rodinia超大陆在塔里木克拉通北缘裂解产物，裂解深度已达下地壳下部和上地幔之间。总体来看，Rodinina超大陆在本区的裂解时间从青白口晚期已经开始，可能一直持续到南华纪。该裂谷继续发展成古亚洲洋，因此南华纪贝义西组火山岩是古亚洲洋打开的标志。

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Age and Tectonic Setting of Volcanic Rock of the Beiyixi Formation in the Huashishan Region,East Tianshan Mt.,Xinjiang

XI De-hua1YANG Tian-ji1XU Yong1DU Jin-gang2XU You-guang3

(1-The 281st Team, Sichuan Bureau of Uranium Geology, Xichang, Sichuan 615000; 2-Ttbet Jinhai Mineral Resources Development Co.,Ltd.（Tibetan Institute of Geological Survey）, Chengdu 610000; 3- The 283rd Team, Sichuan Bureau of Uranium Geology, Dazhou, Sichuan 635000)

The Beiyixi Formation in the Huashishan area, Eastern Tianshan Mountains, Xinjiang is mainly composed of a set of marine basic and intermediate-acid volcanic rocks in which acid volcanic rock is dominant. They may be divided into eruption and overflow phases with bimodal eruption. The overflow phase dominates over the eruption phase. The basic volcanic rock is Na-rich basalt which is characterized by enrichment in LREE, large ion lithophile elements such as K and Rb and depletion in Ce and Sr. The acid volcanic rock is K-rich calc-alkaline volcanic suite and characterized by enrichment in LREE, large ion lithophile elements such as K and Rb and depletion in Ce, Eu and Sr. Zircon U-Pb age values of the acidic volcanic rock range from 799 Ma to 808 Ma. In combination with geological background, the volcanic rock of the Beiyixi Formation can be considered as the product of continental rift resulted from Rodinia splitting.

Beiyixi Formation; age; geochemistry; tectonic setting; Eastern Tianshan Mountains, Xinjiang

P588.14

A

1006-0995（2022）03-0355-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.03.001

2020-09-30

葸得华（1987— ），男，甘肃永登县人，工程师，从事区域地质调查及矿产勘查工作