阿吾拉勒地区塔尔得套组火山岩特征与构造背景

一、火山岩特征

塔尔得套组分布在伊犁盆地北部的新源 巩留县一带 （图3－30），同位素年龄为298± 7Ma（李华芹等，1997），其地层在不同位置与下部的中石炭统伊什基里组及上石炭统朔拉克组呈断层或不整合接触。该套岩石组合为一套陆相火山熔岩、碎屑岩组合，颜色以紫灰、紫红、暗紫色为主，具杏仁构造，岩石露头较新鲜，未遭受区域变质作用，常见流纹结构、晶屑结构等。火山岩地层未经受显著变形，产状平缓而稳定，角度不整合于上石炭统科古琴山组之上。基性火山岩与酸性火山岩呈韵律状分布，从东边的铁列萨依到西边的塔尔得套，地层厚度逐渐从1014m变化到3875m，从下到上可分为五个岩性段：砂砾岩玄武岩段（P1t1），由紫色凝灰质砂岩、粉砂岩、砾岩、玄武岩、安山岩组成，分布在塔尔得套 包尕斯达坂一带；下部钾质流纹斑岩段 （P1t2），由灰紫色巨厚层状钾质流纹、含角砾熔岩、凝灰质细砂岩组成；下部安山玢岩玄武玢岩段 （P1t3），由玄武玢岩、安山玢岩及凝灰质砂岩组成；上部钾质流纹斑岩段 （P1t4），由暗紫红色流纹斑岩、流纹岩及角砾岩组成；上部安山玢岩玄武玢岩段 （P1t5），由灰紫色、暗灰绿色玄武玢岩、安山玢岩组成，夹凝灰岩、角砾状凝灰岩及凝灰质砂岩。本节研究的样品取自新源县黑山头以东约8km处，该处发育有塔尔得套组第二至第五四个岩性段，所采样品主要包括P1t3－P1t5三套岩石，其中TRD1－5为P1t5中的玄武岩及玄武岩安山岩样，TRD6－12为P1t4中的流纹岩样，TRD13－16为P1t3中的玄武岩样。

图3－30 研究区塔尔得套组火山岩分布图

（据新疆地矿局第九地质大队，1983改绘）

二、地球化学特征

从主、微量元素分析结果表 （附表5）和岩石硅碱图 （图3－31）中可以看出，塔尔得套组火山岩明显表现出岩石组分分布不连续，Si O2含量为45．4％～76．9％，但在61．4％～70．6％之间存在明显的间断，显示出双峰式火山岩的特征。整套火山岩包括玄武岩、粗玄岩、玄武质粗安岩、粗安岩、流纹岩。两个岩性段的岩石相比，一个最显著的特征是基性、中基性岩中Na2O＞K2O，而酸性岩中Na2O＜K2O。Mg O、Ca O、Al2O3、Fe O含量随Si O2含量增加而减少，这种关系可能是由于岩浆演化过程中辉石和斜长石分异形成的，而Ti O2、Fe2O3、P2O5、Na2O等在Si O2＜55％之前，与Si O2呈正比关系，但在Si O2＞55％之后，两者间表现为反比关系。说明当Si O2＞55％后岩浆中有钛铁矿、磷灰石等析出，K2O和TFe2O3含量与Si O2呈正比关系。

图3－31 塔尔得套组火山岩硅碱图

该组火山岩的稀土元素数据显示基性、中基性火山岩的ΣREE较低且变化范围较小（64×10－6～202×10－6），酸性火山岩的ΣREE含量较高 （153×10－6～253×10－6），基性、中基性火山岩铕异常不明显 （Eu／Eu＊＝0．91～1．12），而酸性火山岩具有明显的负铕异常（Eu／Eu＊＝0．09～0．27），反映酸性火山岩受到斜长石分异的影响。在稀土元素球粒陨石标准化图上 （图3－32），基性火山岩的分布型式为右倾型，而酸性火山岩除样品TRD6外，其分布型式为典型的A型花岗岩所特有的海鸥型，显示出与A型花岗质岩石的相似性。

塔尔得套组火山岩中基性火山岩与酸性火山岩在微量元素地球化学方面具有明显的差异，在微量元素蛛网图上，基性、中基性火山岩的分布曲线基本相似，而酸性火山岩的分布曲线与基性火山岩相差较大 （图3－32）。两类岩石均表现为Nb和Ta亏损，基性、中基性火山岩富集U和Pb，而酸性火山岩亏损Sr、P和Ti。这种亏损与前面的主量元素反映出的特征一致，表明岩浆演化过程中发生过钛铁矿、磷灰石及斜长石等的结晶分异作用影响。

图3－32 塔尔得套组火山岩稀土元素配分及微量元素蛛网图（a），（c）基、中性火山岩样品；（b），（d）酸性火山岩样品

（球粒陨石标准值据Boynton，1984，微量元素原始地幔标准值据Mc Donough et al．，1992）

三、塔尔得套组的源区特征

塔尔得套组两套火山岩具有相似的Nb／Ta比值，在Nb－Ta图上 ［图3－33（a）］，两者具有很好的线形关系，中、基性火山岩与酸性火山岩一起构成了一个完整的岩浆演化系列，因此，我们初步认为两套岩石为同一来源的岩浆受到不同程度的AFC作用演化而成。下部玄武岩的Nb／Ta比值为16．9～18．4，落在原始地幔值 （17．5±2）范围内；上部玄武岩的Nb／Ta比值为13．7～15．5，更接近大陆地壳的值 （平均11）；流纹岩样品的Nb／Ta比值更低，为12．3～13．7，与地壳平均值相近。这些比值可能说明随着岩浆演化的进行，岩浆受到了较强的地壳物质的混染。本区下部安山玢岩玄武玢岩段 （P1t3）内的玄武岩Th的含量较低，Th／Ta比值为2．32～5．88，接近于原始地幔中的Th／Ta比值 （±2．3，Sun and Mc－Donough，1989）。但在塔尔得套组上部玄武岩中，Th／Ta比值变化较大 （8．79～14．88），远高于原始地幔中的Th／Ta比值，与上地壳和陆内初始裂谷相近。Th是流体不活动元素， Th的富集与俯冲流体的加入无关，而更可能是地壳物质加入引起的。这一变化可能说明后期岩浆在侵位过程中受到了来自地壳物质的混染，在流纹岩中Th／Ta比值为12．7～15．2，也存在地壳物质混入。

图3－33 Nb－Ta关系图 （a）及La／Nb－La／Ba图解 （b）

（据Saunders et al．，2003）

在La／Nb－La／Ba图解中 ［图3－33（b）］，所有岩石均落在受俯冲作用交代的大陆岩石圈地幔区，说明塔尔得套组火山岩的源区物质是受俯冲作用交代的大陆岩石圈地幔，这与本区在石炭纪为大陆岩浆弧相一致。

在塔里木盆地北缘的柯坪、库车地区和伊犁盆地内有二叠纪陆相红色磨拉石普遍发育，这些磨拉石建造呈带状平行于天山造山带展布。与此相对应，早二叠世红色磨拉石还广泛发育于准噶尔盆地及博格达山北麓的乌鲁木齐一带，说明从早二叠世开始天山地区处于快速的隆升阶段，这一阶段可能是大洋封闭的时期。本区塔尔得套组双峰式火山岩的存在说明其形成于典型的伸展构造背景，如大陆裂谷带 （Pin et a1．，1993）、大陆减薄区、碰撞后伸展环境、洋内岛弧、活动陆缘和弧后盆地 （Hochstaedter et al．，1990）。根据阿吾拉勒二叠纪区域地质情况，本区在早二叠世不存在洋内岛弧的其他证据，因为区域内二叠系地层出现了大量的红色磨拉石及紫色的火山岩，显示该区处于陆相氧化环境，同时这一时期至今未发现岛弧侵入岩，因此可以排除洋内岛弧和弧后盆地两种情况。另外，也有人认为在西天山地区存在石炭纪 二叠纪大陆裂谷，但大陆裂谷火山岩通常具有较高的Ti O2含量及Nb、Ta正异常，这与本区火山岩的地球化学特征不一致。

利用基性火山岩的构造环境图解可以帮助判别岩石形成的构造环境，如塔尔得套组基性火山岩在Hf－Th－Ta图解和Ti－Zr－Y图解 （图3－34）、Ti－Zr－Sr图解和Nb－Zr－Y图解 （图3－35）中均落在钙碱性玄武岩区。结合流纹岩的构造差别图解，可以较好地限制岩石的形成环境。在Rb－ （Y＋Nb）判别图 ［图3－36（a）］上样品投在碰撞后或板内构造环境内，在R1－R2图解 ［图3－36（b）］上样品落在非造山向造山后的过渡区，将地球化学判别图与区内双峰式火山岩的分布及前面的分析综合起来，基本可以判断塔尔得套组火山岩形成于造山后的伸展环境。

图3－34 Hf－Th－Ta图解 （a）（据Wood et al．，1979）和Ti－Zr－Y图解 （b）

（据Pearce and Cann，1973）

图3－35 Ti－Zr－Sr图解 （a）（据Pearce and cann，1973）和Nb－Zr－Y图解 （b） （据Meschede，1986）

OFB．大洋玄武岩；IAB．岛弧玄武岩；CAB．钙碱性玄武岩AI．板内碱性玄武岩；AII．板内碱性玄武岩和板内拉斑玄武岩；B．MORB；C．板内拉斑玄武岩和火山弧玄武岩；D．板内玄武岩

图3－36 Rb－（Y＋Nb）判别图 （a）（据Pearce，1996）和R1－R2图解 （b）（据Batchelor and bowden，1985）