中二叠世卡拉岗组火山岩特征及构造环境分析

李明 邓如军 王博

摘要：中二叠世卡拉岗组火山旋回主要分布于新疆富蕴县加拨萨尔一带，总体呈北西、南东方向分布，该组岩性为一套陆相酸性熔岩夹中性熔岩、火山碎屑岩建造，结合该组火山岩岩相特征及岩石学特性分析，其从下向上为酸性夹中-基性火山熔岩，火山岩岩相为溢流相，整体火山活动较强。对该组火山岩化学特征分析可以确定其为钙碱性系列钾质类型岩石。火山岩形成时代为中二叠世，结合岛弧及大陆裂谷环境火山岩的特征分析，该中二叠世火山岩大地构造环境为岛弧造山与大陆裂谷环境过渡段。

关键词：中二叠世卡拉岗组；火山岩；岩体特征；构造环境

1.火山岩岩相特征

该组整体划作1个喷发次，为大面积溢流相中性、中酸性、酸性火山岩产出，该组火山活动较强，并发育古火山机构（见图1）。该组为溢流相火山岩，为大面积溢流相产出，岩石组合为流纹岩、霏细岩-杏仁状安山岩、杏仁状玄武安山岩。从下向上，为酸性夹中-基性火山熔岩，喷发次厚度较大，熔岩含量较多，喷发指数为89.13%。总体反映火山活动较强。

（1）古火山机构：地形地貌特征为孤立的两座相连的近圆形山包，与周围地形呈突变关系，相对高差约40m～60m，直径约150m～250m，面积约0.03km2，近圆状。火山口中心为一不规则环形凹地，周围为火山熔岩，以气孔杏仁状玄武安山岩及流纹岩为主。

（2）地质特征：裂隙式喷发熔岩不整合于下伏杏仁状玄武岩之上，产状水平或随地形起伏缓倾，出露厚度>50m，岩性从外到内依次为流纹岩、流纹斑岩、弱高岭土化球泡流纹岩、流纹质火山角砾岩及黑耀岩，岩石接触界线不明显，为渐变过渡关系，弱高岭土化球泡流纹岩发育于中心地段两座山包相连的鞍部，且发育黑耀岩、浮岩，面积约几十平方米，球泡构造极为发育，散乱分布，为互相独立的圆球状，直径在4cm～28cm，相互间充填物为高岭土，球形流纹岩内部可见玉髓、玛瑙等。以北于杏仁状玄武安山岩接触带附近发育绿泥石化较强，杏仁体中大多可见绿泥石化蚀变，与流纹岩接触界线清晰。

综上所述，该段火山岩具以下特征：①火山岩岩相以溢流相为主，爆发相、沉积相较弱；②火山喷发次为溢流相，火山熔岩厚度远大于火山碎屑岩及火山碎屑沉积岩厚度，火山喷发指数大，显示火山活动以溢流为主；③火山活动从下向上，喷发持续时间较长，持续性较强，规模较大，总体反映出火山活动较强特征。

2.火山岩岩石学特征

组成中二叠统卡拉岗组火山岩岩石类型主要为酸性、中基性火山熔岩，岩石组合有流纹岩、霏细岩、杏仁状安山岩、杏仁状玄武安山岩等。各主要岩石类型特征描述如下：

流纹岩（PM11-b-44）：风化面为褐灰色，新鲜面为浅褐灰色，斑状结构，块状构造，流纹构造，斑晶为石英及少量斜长石，石英呈粒状，含量10%～30%，粒度为1mm～3mm，斜长石呈短柱状，粒度为2mm～4mm，含量为5%，基质为隐晶质的长英质成分。岩石中暗色矿物含量较少，均蚀变为绿泥石及绢云母。

霏细岩（PM11-b-42）：霏细结构，含少量斑晶，块状构造，斑晶斜长石，蚀圆状，d=0.15mm×0.7mm×1.1mm，少量分布，不足1%，石英斑晶d=0.15mm×0.5mm×0.75mm，含量1%，基质有粒度细小的霏细状长英质矿物所构成，d= 0.003mm×0.02mm，常常难以分辨颗粒界线，其中嵌布细小大的长石颗粒。少数赤褐铁矿，绿泥石等分布其中。

杏仁状安山岩（PM11-b-11）：玻晶交织结构，含少量斑晶，杏仁状构造，玻斑晶斜长石板条状，d=0.07mm×0.02mm～ 0.55mm×0.9mm，约占1%～5%，暗色矿物斑晶d=0.2mm～0.8mm，被绿泥石、方解石替代，少量基质中斜长石微晶呈细针状，d=0.002mm×0.01mm～0.005mm×0.05mm，少量达0.015mm×0.15mm，它们杂乱分布。微晶见为铁染的玻璃所分布约占三分之一。褐铁矿少量分布，杏仁体呈不规则状粒度较小d=0.05mm×0.2mm，其中充填石英方解石，占面积15%～20%。

杏仁状玄武安山岩（PM12-b-38）：斑状结构，基质间隐结构，杏仁状构造，斑晶斜长石板条状，d=0.15mm×0.5mm～ 0.6mm×1.1mm，常呈聚斑状，含量约5%，暗色矿物斑晶d= 0.1mm×0.5mm～0.3mm×0.55mm，全被绿泥石所替代，含量1%～5%。基质中斜长石微晶d=0.01mm×0.03mm～0.05mm×0.5mm，它们杂乱分布，含量40%～45%。石英呈它形粒状分布斜长石之间，含量1%～5%。绿泥石、方解石、赤磁铁矿，分布斜长石之间，部分显示暗色矿物的形态。赤磁铁矿占5%，杏仁体呈圆状、不规则状，d=0.1mm×1.5mm，其中充填方解石，少数石英，含量5%～10%。蚀变矿物绿泥石10%～15%，方解石20%～25%。

3.火山岩副矿物特征

中二叠世卡拉岗组流纹岩副矿物组合为褐铁矿、钛铁矿、锰矿物型，以褐铁矿物为绝大多数，石榴石、角闪石、黄铁矿相对较为富集，褐帘石、电气石、锆石，独居石、方铅矿、金红石、白钛石、白钛矿、绿帘石含量微。锆石呈浅粉色，颜色单一。晶体呈半自形-自形短柱状为主，近等轴粒状少量，极少长柱状。表面铁染使透明度降低，显弱金刚光泽，少数裂纹，晶内红色固相包体发育，个别内部可见黑色固相包体，少数表面可见熔蚀凹坑，少数表面附有胶结物，晶粒細小，大小：0.03mm～ 0.08mm；延长系数：1.1～1.8为主，1.8～2.5次之，个别达3.0。

4.火山岩岩石化学及岩石地球化学特征

4.1火山岩岩石化学特征

对中二叠世火山岩岩石进行了化学分析，并对火山岩样品进行了铁校正，然后重新计算各氧化物含量且列于同一表中（表1）。

（1）火山岩岩石化学分类及其特征

中二叠世火山岩从其岩石化学成份与黎彤岩石化学平均值相比较来看，基性火山岩Al2O3、Na2O、K2O、MgO、相对较高，TiO2、MnO、P2O5、Na2O相对较低，其他成分相当，岩石化学分类为玄武岩、安山岩；酸性火山岩Fe2O3、Na2O相对较高，其他成分相当，岩石化学分类为流纹岩、英安岩。

中二叠世火山岩根据国际地科联岩浆分类分委会推荐使用的TAS火山岩分类图解（图2）进行判别，投影点多数落入安山岩及流纹岩区，与岩矿鉴定名称基本一致。经李氏火山岩分类图解（图3）进行投点，投影点也均落入安山岩、流纹岩岩区，与前述岩石名称较吻合。

（2）火山岩系列的确定

根据硅-碱图（图4），中二叠世火山岩投影点多数落入亚碱性系列区；根据波尔德万特提出的Ol′-Ne′-Q′，投影点也落入亚碱性系列区；结合用CIPW标准矿物划分火山岩系列，根据A=Ab-2enhy-1.5fshy值法，标准是A′>0，为钙碱性系列，经计算，早泥盆世火山岩A′= 38.88 > 0，其结果与以上投影图一致：为钙碱性系列火山岩。

为进一步确定是拉斑玄武岩系还是钙碱性系列，根据FA-M图（图5）进行投影，投影点多数落入钙碱性系列区，有3个样落入拉斑玄武岩区。因此，可以认为晚泥盆世火山岩属亚碱性岩系、钙碱性系列。

火山岩根据钾与钠相对大小，可分为钾质系列与钠质系列。在前面已确定了火山岩系列的基础上，以亚碱性岩Ab′-An-Or三角图解投影发现，少部分投影点落入“普通”火山岩區，其余多数落入钾质系列区。根据以上图解投影判读和地层划分等因素，可以确定中二叠统卡拉岗组火山岩为钙碱性系列钾质类型岩石。

4.2火山岩微量元素特征

通过对中二叠世火山岩微量元素、微量元素标准化值及特征值分析可知：（1）强不相容元素Ba、Rb、Th、等相对富集，K、P相对亏损，中等不相容元素La、Sm、Zr、相对富集，Ce、Y、Yb相对亏损，弱不相容元素Ti具较明显亏损特征。从而表明中二叠世火山岩具较明显的同化混染作用，大体反映出地壳（近地幔）岩石类型。（2）微量元素比值蛛网图形态变化表现出规律相似、总体协调的特点，表明是同源岩浆演化的产物。随着元素不相容程度的增加，元素含量也不断增加，元素Rb、Ba、Th、La、Sm富集和Ti亏损较明显，上述特征与J.A.Pearce（1982）所作的岛弧过度型玄武岩火山岩标准化曲线图相似。

4.3稀土元素特征

对中二叠世火山岩稀土元素丰度值、稀土元素标准化值及中二叠世火山岩稀土元素分配曲线分析，该火山岩各岩类稀土总量平均值为200.98～460.49，轻重稀土比值为4.62～7.75，平均为6.52，CeN/YbN比值平均为4.48，表现出明显的轻稀土富集型特征。La/Yb比值大于1来看，表明轻稀土较为富集。由轻重稀土比值可判别中二叠世火山岩为岛弧火山岩。

从稀土元素配分曲线图中可以反映出（图6）：配分曲线均明显向右倾斜，锯齿状表现明显，轻、重稀土的富集与否及程度主要与岩石成因有关，轻稀土元素碱性较强，易在分异作用的晚期富集，局部熔融时轻稀土元素则优先进入熔体中。

δEu值为0.99～1.12，δEu值稍大于或小于1，分配曲线在铕处略呈“∧”形峰状和平坦状，铕具正异常。从稀土元素的分馏程度来看，中二叠世火山岩属轻稀土分馏明显、重稀土分馏不明显的稀土型类型。

5.火山岩时代及大地构造环境分析

5.1火山岩时代确定

对该样品中24粒锆石的24个分析点进行LA-ICP-MS U-Pb同位素定年分析，除17、23、09、11、24谐和度较差予以剔除外，其余均为谐和年龄，且206Pb/238U表观年龄变化范围小。它们的206Pb/238U表观年龄介于279Ma～280Ma之间，全部落在谐和线上，获得206Pb/238U表面年龄加权平均值为280.4±0.62Ma（MSWD=16），这一年龄代表了该火山岩岩浆的结晶年龄，即该火山岩的形成时代为中二叠世。

5.2大地构造环境分析

中二叠世火山岩里特曼指数（δ）为1.94～2.76，为钙碱性岩系（太平洋型）。根据里特曼、戈蒂尼指数对数值图解进行投点，投影点均落入B区造山带火山岩，结合大洋和大陆火山岩判别图解进行投影，投影点投在岛弧玄武岩、安山岩区及大陆裂谷玄武岩、安山岩区线附近。

从区域上看中二叠世火山岩所处的中二叠统卡拉岗组位于天山兴蒙造山系（Ⅰ级）东北部，以萨尔布拉克断裂为界，北东划属查尔斯克-乔夏哈拉缝合带（Ⅱ级），南西主体划属准噶尔弧盆系（Ⅱ级）、北准噶尔晚古生代沟弧带（Ⅲ级）、萨吾尔-二台晚古生代岛弧带（Ⅳ级），为一套酸性火山岩夹中基性火山熔岩、火山碎屑岩的结构类型，火山活动较强烈。

6.结语

通过本次基础地质调查工作查明，该组岩性为一套陆相酸性熔岩夹中性熔岩、火山碎屑岩建造，区域上卡拉岗组主要分布于西准噶尔乌伦古河一带，奥什克山以东中蒙边境也有零星出露，该套地层厚度变薄，火山碎屑岩增多，岩相具一定的变化，反应自西向东火山活动由弱变强，但是活动持续时间由长变短。本组火山岩岩性特征为色调杂、熔岩发育，原始喷发状态保留完好，含植物化石，含珍珠岩等矿产，与新疆北部东西准噶尔广泛分布的卡拉岗组火山岩特征完全一致，属陆相火山岩。根据火山岩岩石化学及岩石地球化学特征分析，可以确定中二叠统卡拉岗组火山岩为钙碱性系列钾质类型岩石，并结合岛弧及大陆裂谷环境火山岩的特征，判别该中二叠世火山岩大地构造环境为岛弧造山与大陆裂谷环境过渡段。

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