李建兵，郭小双，李镇宏，许　可

西南天山东段基性火山岩地质及地球化学特征

李建兵1，2，郭小双1，李镇宏1，许可1

（1.四川省众成矿业有限公司，成都 610047；2.四川省地勘局区调队，成都 610213）

西南天山东段色日克牙依拉克一带的基性火山岩主要为致密块状玄武岩、枕状玄武岩，与硅质岩、粉砂岩互层，沿走向火山岩不稳定，常相变为硅质岩、粉砂岩，其中枕状玄武岩枕状构造发育。玄武岩主量元素、稀土及微量元素特征与N-MORB玄武岩相似，综合判断该玄武岩应形成于N-MORB环境。根据放射虫鉴定、枕状玄武岩40Ar/39Ar同位素测年，结合前人在邻区的研究成果，确定火山岩形成年代应为早石炭世。据此可以确定南天山古洋在早石炭世仍存在并处于扩张阶段，晚古生代南天山洋盆最终闭合时限应在早石炭世之后。

基性火山岩；地球化学；构造环境；西南天山

天山造山带是世界上最复杂的造山带之一（夏林圻等［1］，2002），晚古生代西南天山的大地构造演化是天山造山带形成演化过程中最重要、最复杂的事件，目前对晚古生代南天山古洋盆的性质、洋盆的开合演化、洋盆最终闭合时限及碰撞造山时限等关键地质问题的认识尚存在很大分歧。目前对晚古生代南天山洋盆最终闭合时限认识主要有以下观点：早—中泥盆世（王作勋［2］等，1990）、早石炭世末（何国琦［3］等，2001；夏林圻［1］等，2002；高俊［4］等，2006；）、晚石炭世（舒良树［5］等，2007；王超［6］等，2007）、二叠纪末——三叠纪初（李曰俊［7］等，2005）。由于恶劣的自然条件和交通极差，不少地方很难到达，造成整个西南天山地质研究空白区多。而现有的研究工作又往往集中在少数点上，加之不同学者所采取的研究方法、认识角度及测试手段不尽相同，所以对关键地质问题的认识分歧很大也就在所难免。本文研究区位于西南天山东段的色日克牙依拉克一带，地处天山山脉腹地，山高路远，人迹罕至。大地构造位置为西南天山晚古生代蛇绿混杂岩带南支（图1）（龙灵利等［8］，1995）。研究该区的基性火山岩对认识蛇绿混杂岩特征及西南天山晚古生代大地构造演化具有重要意义。研究在大量细致的野外实地调查工作基础上，通过对该火山岩的岩相学、地球化学、年代学进行研究，探讨其岩石成因、形成环境，为进一步研究西南天山晚古生代的大地构造演化提供新的资料。

图1　西天山蛇绿岩分布图（据龙灵利等，2006，改绘）

1　地质特征

前人将西南天山东段色日克牙依拉克一带的基性火山岩归属阿尔腾柯斯组（D1a），该火山岩近东西向条带状展布，向西经独库公路，并在黑英山以北的阿尔腾柯斯河中上游有分布，向东在迪拿河上游一带亦有分布。沿走向火山岩不稳定，常相变为硅质岩、粉砂岩。基性火山岩地表出露宽1 345m。基性火山岩与硅质岩、粉砂岩互层分布（图2）。这些宏观特征说明，硅质岩是与火山活动同期的海相沉积产物，而非外来岩块，硅质岩中的生物化石年代可以代表火山岩形成的地质时代。

表1　火山岩常量元素及微量元素分析成果

该套基性火山岩岩性主要为致密块状玄武岩、枕状玄武岩。枕状玄武岩分布于致密块状玄武岩中部，地表出露宽度380m左右，沿走向其宽度逐渐变小并最终尖灭。岩石呈灰绿色，具典型的枕状构造，外形呈钫锤状、椭圆状、长柱状、圆状及不规划状，长轴定向排列。单枕大小40cm×100cm～10cm ×20cm。岩性为杏仁状玄武岩，杏仁体具定向排列，显圈层构造。枕体中部杏仁体细小且稀疏，由内至外杏仁体逐渐稠密且直径变大，枕体边部则为熔渣状的玄武质火山灰。杏仁体充填物为绿帘石。在枕状玄武岩内局部可见树枝状的硅质岩透镜体，这些硅质岩应为火山喷发时的捕虏体。

图2　色日克牙依拉克实测地质剖面图

2　岩相学特征

玄武岩具块状、枕状构造，为蚀变间粒结构、蚀变间隐间粒结构、蚀变球颗结构，蚀变特征明显。主要由基性斜长石（60%～70%）、单斜辉石（20%～30%）、绿帘石、绿泥石组成，另有微量的钛铁矿。基性斜长石呈长板条状、格架状、细长微板条状杂乱分布，并具绿帘石、绿泥石化，外形轮廓较模糊。在斜长石之间分布他形微粒状或柱状单斜辉石及蚀变隐晶状绿泥石、绿帘石（以绿帘石为主）。辉石边部有绿帘石化、少量的绿泥石化，具辉石外形。绿帘石、绿泥石无固定外形，为玻璃质的蚀变物。钛铁矿呈他形粒状、板状，具强白钛石化特征。

3　岩石地球化学特征

3.1分析方法

主量元素、微量元素、稀土元素的测试分析均在南京大学现代分析中心完成。主量元素用熔融法，采用X-射线荧光光谱（XRF）完成，使用仪器为ARL9800XP+型，烧失量通过在马沸炉中980℃烘烤90ms获得，分析精度优于5%。微量、稀土元素在中国科学院广州地球化学研究所元素和同位素重点实验室，采用Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000型电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）完成，稀土元素的分析精度优于5%（2σ），微量元素中含量＞10 ppm 的分析精度优于5%（2σ），＜10ppm元素的分析精度优于10%（2 σ）。测定结果详见表1。

3.2主量元素地球化学

由于DL2-12REE1样品烧失量较高（6.94%），考虑到该样品含有杏仁体，其CaO含量高达15.13%，故该样品予以剔除。研究区基性岩蚀变较明显，常量元素Si、K、Na等在变质和交代过程中属于活动组分，故本文采用稳定元素进行岩石分类，其中TiO2用去除烧失量后的校正含量值。在Zr/TiO2-Nb/Y图解上，两件样品投点均投在亚碱性玄武岩区内（图3）。去除烧失量后，该区玄武岩SiO249.90%～50.47%，TiO21.76%～2.02%，Al2O312.74%～13.26%，MgO 6.64%～6.89%，MnO 0.21%，Na2O 3.00%～3.74%，K2O 0.33%～0.45%，P2O50.19%～0.21%。

3.3稀土和微量元素地球化学

稀土元素Σ REE为52.71×10-6～76.18×10-6，LREE/HREE=1.38～1.49，LaN/YbN=0.73～0.83。稀土总量较低，轻重稀土分馏较弱，总体显示轻稀土亏损，重稀土富集。Eu为弱负异常，δEu=0.85～0.91。Ce异常不明显。稀土元素特征与库勒湖基性岩、独库公路965km基性岩相似。稀土分配曲线左倾（图4），与N-MORB比较接近。

从岩石微量元素N-MORB标准化蛛网图（图5）来看，3件样品图形的一致性很好，说明为同源岩浆产物。如图所示，强不相容元素Rb、Ba、Th为明显的正异常，其余元素丰度值与N-MORB相当。高场强元素Zr、Hf、Nb、Ta在蚀变过程中有很好的稳定性，可以作为岩石成因和源区性质的示踪剂。岩石四种元素的丰度值分别为91.89×10-6、2.74× 10-6、5.17×10-6、0.32×10-6，与N-MORB值接近。多数微量元素丰度值介于库勒湖基性岩、独库公路965km基性岩微量元素丰度值之间，强不相容元素Rb、Ba、Ta丰度值与库勒湖基性岩十分接近。

图3　火山岩Nb_Y-Zr_TiO2岩石化学命名图

图4　稀土元素球粒陨石标准化分布型式图

4　构造环境分析

在宏观岩石组成上，玄武岩与放射虫硅质岩呈韵律互层出现，具有水下喷发的枕状构造特征。其主量元素构成显示玄武岩属钙碱性玄武岩。岩石稀土总量较低，总体显示轻稀土亏损，重稀土富集，稀土分配曲线右倾，与N-MORB比较接近。多数微量元素丰度值与N-MORB相当，高场强元素Zr、Hf、Nb、Ta与N-MORB值接近。一些微量元素的比值能有效指示形成环境。岩石La/Nb平均值为1.007，与N-MORB值1.07（Rollinson HR，1993；Saunders AD et al.，1988；Weaver BL，1991）接近。原始地幔的Th/Ta=1.6，大陆板内与岛弧玄武岩的Th/Ta值＞1.6，而大洋中脊玄武岩的Th/Ta 比值则＜1.6（Taylor et al.， 1985）。研究区样品Th/Ta=1.31～1.52，平均值1.41，Th/Ta值均＜1.6。岩石La/Nb值和Th/Ta值均显示玄武岩应形成于MORB环境。在Zr-Zr_Y判别图（图6）上，所在样品均投在MORB区域，仅1件样品投在MORB与IAB重叠的区域。综上所述，研究区玄武岩应形成于N-MORB环境。

图5　微量元素N-MORB标准化蛛网图

5　地质年代学依据

地质剖面上与玄武岩互层的硅质岩中发现大量的放射虫，经南京古生物研究所鉴定，有Trilonche和Stigmorphaerortylue二属，这二属主要分布时代为泥盆纪至早石炭世。在本次研究中，选取了1件枕状玄武岩进行40Ar/39Ar同位素年龄测试。样品测试由北京大学造山带与地壳演化教育部重点试验室全时标全自动高精度高灵敏度激光40Ar/39Ar定年系统完成。测试数据见表2，年龄值为340±40Ma。何国琦［3］等（2001）在独库公路965km处获得角闪辉长岩斜长石单矿物40Ar/39Ar坪年龄333.15Ma。王学朝［9］等（1995）对库勒湖混杂岩中辉长岩中的斜长石定年，获40Ar/39Ar年龄值330～335 Ma。笔者在西南天山西段托什上游地区下石炭统图尤克阿秀组基性火山岩中获40Ar/39Ar年龄值332.4 Ma［10］（李建兵等，2010）。前人在邻区研究获得的年龄值与本研究项目获得的年龄值基本一致。综上，西南天山中段色日克牙依拉克一带的基性火山岩形成年代应为C1。

6　结论

1）西南天山东段色日克牙依拉克一带的基性火山岩岩石组合特征、岩相特征、岩石地球化学特征表明其形成环境为N-MORB环境。

2）通过对赋存于硅质岩中的放射虫鉴定、枕状玄武岩40Ar/39Ar同位素测年，结合前人在邻区的测年成果，确定该套火山岩形成年代应为早石炭世。

3）通过对色日克牙依拉克一带的基性火山岩的研究，表明南天山古洋在早石炭世仍存在并处于扩张阶段，晚古生代南天山洋盆最终闭合时限应在早石炭世之后。这一论断为南天山古洋的演化、最终闭合及西南天山晚古生代大地构造演化发展研究提供了新的重要信息。

图6　玄武岩Zr-Zr/Y图解

［1］ 夏林圻、张国伟、夏祖春等.天山古生代洋盆开启、闭合时限的岩石学约束［J］.地质通报，2002，21（2）:55～62

［2］ 王作勋、邬继易、吕喜朝等.天山多旋回构造演化与成矿［M］.北京：科学出版社，1990

［3］ 何国琦、李茂松、韩宝福等.中国西南天山及邻区大地构造研究［J］.新疆地质，2001，19（1）:7～11

［4］ 高俊、龙灵利、钱 青等.南天山：晚古生代还是三叠纪碰撞造山带［J］.岩石学报，2006，22（5）:1049～1061

［5］ 舒良树、王博、朱文斌.南天山蛇绿混杂岩中放射虫化石的时代及其构造意义［J］.地质学报，2007，81（9）:1161～1168

［6］ 王超、刘良、罗金海等.西南天山晚古生代后碰撞岩奖作用：以阔克萨彦岭地区巴雷公花岗岩为例［J］.岩石学报，2007，023（08）:1830～1840

［7］ 李曰俊、孔龙德、吴浩若等.南天山西端乌帕塔尔坎群发现石炭—二叠纪放射虫化石［J］.地质科学，2005，40（2）:220～226

［8］ 龙灵利、高俊、熊贤明、钱青等.南天山库勒湖蛇绿岩地球化学特征及其年龄［J］.岩石学报，2006，022（01）0065-73

［9］ 王学朝、何国琦、李茂松、高俊、陆书宁.南天山南缘蛇绿岩岩石化学特征及同位素年龄［J］.河北地质学院学报，1995，18（4）：295～302

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［11］ 路远发.GeoKit：一个用VBA构建的地球化学工具软件包［J］.地球化学，2004，33（5）：459

Geological and Geochemical Characteristics of the Late Paleozoic Basic Volcanic Rocks in the Eastern Sector of the Southwestern Tianshan Mountains

LI Jian-bing1，2GUO Xiao-shuang1LI Zhen-hong1XU Ke1
（1-Sichuan Zhongcheng Mining Co.，Ltd.， Chengdu 610047； 2-Regional Geological Survey Party， Sichuan Bureau of Geological Exploration and Exploration of Mineral Resources， Chengdu 610213）

The basic volcanic rocks in Serikeyayilake， eastern sector of the Southwest Tianshan Mountains are mainly composed of compact massive basalt and pillow basalt interbedded with the silicalite and siltstone. They are usually transformed into silicalite and siltstone along the strike. Pillow structure was developed in the pillow basalt. REE and trace elements geochemistry of the basalt is similar to that of N-MORB basalt. This shows that the basalt was formed in the N-MORB environment. Volcanic rocks should be formed in the Early Carboniferous on the basis of the radiolaria，40Ar/39Ar dating for the pillow basalt and previous research in the adjacent regions. From this it is concluded that that old South Tianshan Ocean was in a spreading stage during the Early Carboniferous， and the final closing time of Late Paleozoic South Tianshan Ocean basin should be after the Early Carboniferous.

southwestern Tianshan Mountains； Late Paleozoic； basic volcanic rock； geochemical characteristics； tectonic environment

P632

A

1006-0995（2015）04-0609-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.031

2014-10-20

李建兵（1973-），男，四川仁寿人，高级工程师，主要从事区域地质、矿产地质调查研究工作