東天山覺羅塔格構造帶梧桐窩子組巖石化學特征及意義

舍建忠，馮長麗，邸曉辰，徐永波

（新疆維吾爾自治區地質調查院，新疆烏魯木齊830000）

東天山覺羅塔格構造帶梧桐窩子組巖石化學特征及意義

舍建忠*，馮長麗，邸曉辰，徐永波

（新疆維吾爾自治區地質調查院，新疆烏魯木齊830000）

東天山覺羅塔格構造帶是我國東天山重要的構造—成礦帶，長期以來對構造帶的大地構造屬性一直存在爭議。通過對東天山梧桐窩子組中玄武巖和硅質巖進行較系統的地質和巖石地球化學研究，發現苦水玄武巖為鈣堿性系列島弧環境產物，微量元素顯示源區受到俯沖流體混染，而大黑山玄武巖為拉斑系列MORB環境產物，微量元素特征顯示該玄武巖源自富集地幔源區。硅質巖具有熱液活動的大洋中脊和穩定的大洋盆地2種不同環境下的產物。從其玄武巖和硅質巖巖石化學特征來看，東天山梧桐窩子組應該是洋陸殼混雜堆積的產物，從而說明覺羅塔格地區晚石炭世可能存在洋盆。

東天山；梧桐窩子組；巖石化學特征

梧桐窩子組位于東天山覺羅塔格構造帶內，該帶南以阿其克庫都克斷裂為界，北界康古爾和哈密—大南湖大斷裂為界，西起托克遜以東，東至甘肅與新疆交界，長期以來對整個構造帶的大地構造背景及格局，一直存在爭議。肖序常等（1992）認為覺羅塔格構造帶屬于晚古生代拉張環境；馬瑞士等（1993）認為該構造帶中的雅滿蘇組為塔里木板塊北緣的島弧，與博格達島弧相對應，期間是康古爾弧間盆地，俯沖帶為卡拉麥里蛇綠巖帶。姬金生等（1994）和周濟元等（2001）認為康古爾斷裂為塔里木板塊和準噶爾板塊的縫合帶，在古生代發生雙向俯沖，南北兩側分別形成雅滿蘇、大南湖和頭蘇泉島弧。何國琦等（1994）認為屬于巖漿型被動大陸邊緣。還有部分學者認為該構造帶屬于晚古生代裂陷槽（成守德等，2001；馮益民等，2002；陳富文等，2003）。李錦軼（2004）把該區劃分為康古爾塔格碰撞帶和喀拉塔格地塊的一部分，前者主要包括卷入其中的大南湖島弧、古洋殼殘片及喀拉塔格地塊北部陸緣，并且認為古洋殼殘片可能代表了新疆東部發育時間最長的大洋。侯廣順（2006）認為康古爾斷裂作為俯沖帶是比較合理的，早石炭世存在康古爾洋，而且它很可能發生了南北雙向俯沖作用。企鵝山群火山巖是向北側俯沖在大南湖泥盆紀島弧南側增生的產物，而雅滿蘇組火山巖是通過向南俯沖在中天山地塊北緣形成的陸緣弧火山巖。本文是在對覺羅塔格構造內梧桐窩子組火山巖和硅質巖巖石化學分析的基礎上，討論該區的構造背景和格局。

1　地質概況

北界為吐哈盆地南緣斷裂，南為中天山結合帶，區內康古爾斷裂帶是新疆東部一條巨型斷裂帶，西白干溝起，經康古爾塔格、黃山、鏡兒泉向東延伸到蒙古境內。斷裂帶東西延伸約700km，與中天山地體北界的阿其克庫都克—沙泉子斷裂帶基本平行。

該區出現的石炭紀的地層有小熱泉子組、阿齊山組、雅滿蘇組、干墩組、梧桐窩子組、底坎兒組和臍山組。小熱泉子組、底坎兒組和臍山組位于覺羅塔格構造帶北緣，大草灘斷裂以北。小熱泉子組與底坎兒組為斷層接觸，巖性主要為灰色、灰綠色杏仁狀安山巖、玄武安山巖、石英安山巖、玄武巖夾安山質凝灰熔巖、安山質凝灰角礫巖、角礫凝灰巖及英安巖、霏細巖；底坎兒組巖性主要為灰綠色片理化變質砂巖、變質粉砂巖為主，夾變質凝灰砂巖、變質礫巖和少量變質凝灰巖、變質玄武巖及細晶灰巖和碧玉巖；臍山組巖性主要為灰色、灰綠色凝灰巖、凝灰角礫巖、安山巖、玄武巖夾凝灰質砂巖、灰巖；梧桐窩子組就產在康古爾斷裂帶中，為拉斑玄武巖建造，主要為綠色細碧巖夾硅質巖、凝灰巖或綠色角斑巖，角斑質凝灰巖夾細碧巖、細碧質凝灰巖、鈣質粉砂巖、細礫巖、細砂巖、中粗粒砂巖、灰綠色玄武安山巖、粗玄巖、灰巖；阿齊山組和雅滿蘇組位于覺羅塔格構造帶南緣，多認為屬堿性或雙峰式火山。其上的雅滿蘇組，為細碎屑巖、凝灰砂巖、灰巖夾基性、中酸性、酸性熔巖、火山角礫巖含大量長身貝等，屬雙峰式系列（秦克章）。

2　樣品的收集情況

本文是在全國資源潛力評價項目的基礎上完成的，樣品來自《新疆哈密地區庫姆塔格沙壟北段一帶1∶5區域地質調查報告》、《新疆東天山地區山口—苦水一帶1∶5區域地質調查報告》、《新疆東天山K46C003002（大黑山幅）1∶25萬區域地質調查成果報告》等區域地質礦產報告?？傆?1個樣品，分析成果見表1。

3　巖石學特征

3.1主量元素特征

梧桐窩子組玄武巖總體以相對高SiO2、TiO2和∑Fe2O3，Na2O＞K2O為特征，但是各地區巖石樣品有具有一定的地球化學差異?？嗨男鋷rSiO2含量變化范圍為46.40%～50.13%，Al2O3含量變化范圍為15.40%～17.39%，MgO含量變化為5.93%～8.79%，全堿含量（Na2O+K2O）為3.97%～6.03%。大黑山玄武巖SiO2含量變化范圍為48.24%～50.36%，具有較低的Al2O3含量（13.34%～16.78%），高的MgO含量（7.46%～8.92%），低的全堿含量（2.36%～3.43%）的地球化學特征。在AFM（圖1）圖解中苦水（山口）玄武巖全部落入鈣堿性系列中，而大黑山玄武巖全部落入拉板系列中。

圖1　梧桐窩子組玄武巖AFM圖解

大黑山硅質巖具有高的SiO2含量（77.44%～87.19%）。D82-3和D95-3具有低Al2O3含量（0.08%～0.24%）、低MnO含量（0.03%～0.05%）、低全堿含量（0.12%～0.19%）的特征，而D82-4相應元素含量較高，分別為5.72%、0.13%和1.14%。表明硅質巖可能為2種環境的產物。

3.2巖石稀土元素特征

苦水玄武巖具有高的稀土總量［∑REE=（70.7～90.16）×10-6］，無明顯的Eu異常（δEu=1.01～1.16），稀土配分模式（圖2a）顯示出顯著的輕稀土富集、重稀土虧損的特征，∑LREE/∑HREE=2.33～2.88，（La/Yb）N= 1.91～2.99。大黑山玄武巖稀土總量相對較低［∑REE= （42.76～47.27）×10-6］，無顯著Eu異常（δEu=1.03～1.22），輕重稀土分異不顯著，具有微弱的LREE富集［∑LREE/∑HREE=1.92～2.29，（La/Yb）N=1.24～1.89］的特點。稀土配分曲線位于于N-MORB和EMORB之間，具有比N-MORB高的輕稀土含量，比E-MORB稍低的重稀土含量（圖4a）。

大黑山硅質巖稀土元素顯示出2種截然不同的特征，D82-3、D95-3稀土總量低［∑REE=（4.77～8.405）× 10-6］，稀土配分圖中（圖3）呈現出輕稀土虧損的特征（La/ Yb）N=0.54～0.69。D82-4具有高的稀土總量（∑REE= 139.24×10-6），顯著的輕稀土富集［（La/Yb）N=9.13］的特征，暗示該硅質巖中陸源泥質沉積物物質含量較高。

3.3巖石微量元素特征

苦水玄武巖微量元素顯示出LILE富集、HFSE虧損顯著的Th正異常，Nb、Ta相對臨近元素顯示出虧損的特征（圖2b）。指示該玄武巖為島弧玄武巖，源區受到俯沖流體混染。

微量元素蛛網圖中大黑山玄武巖配分曲線位于N-MORB和E-MORB之間（圖4b），相對于NMORB具有高的大離子親石元素。說明該玄武巖源自富集地幔源區。

4　板塊構造位置判別

4.1硅質巖構造環境判別

主量元素Fe、Mn、Al的含量對于區分熱液成因硅質巖與生物成因硅質巖具有重要意義，硅質巖中Fe、Mn的富集主要與熱液的參與有關，而Al的富集主要與陸源物質的介入有關。Al/（Al+Fe+Mn）比值是衡量沉積物中熱液沉積物含量的標志，這個比值在0.01（純熱液成因）～0.60（純生物成因）之間變化［1］。大黑山硅質巖D82-3、D95-3的Al/（Al+Fe+Mn）分別為0.012、0.027，D82-4的Al/（Al+Fe+Mn）比值為0.581，表明D82-3、D95-3為熱液成因，D82-4為生物成因。在硅質巖Al-Fe-Mn判別圖解中（圖5a），同樣顯示出D82-3、D95-3為熱液成因，D82-4為生物成因。MnO/TiO2可以作為判別硅質巖來源及沉積盆地古地理位置的重要標志，大陸邊緣沉積的硅質巖MnO/ TiO2比值一般小于0.5，開闊大洋中的硅質巖的比值為0.5～3.5［2］。大黑山硅質巖MnO/TiO2=0.5～3，為開闊大洋沉積產物。綜上分析得出，大黑山硅質巖為具有熱液活動的大洋中脊和穩定的大洋盆地2種不同環境下的產物。熱液成因的硅質巖的存在也為該區古洋殼的存在及縫合帶性質提供了證據。

4.2玄武巖構造環境判別

表1　東天山覺羅塔格地區梧桐窩子組主量元素（wt%）和微量元素（10-6）分析結果

續表1　東天山覺羅塔格地區梧桐窩子組主量元素（wt%）和微量元素（10-6）分析結果

圖2　苦水玄武巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線（a）和微量元素原始地幔標準化蛛網圖（b）

圖3　大黑山硅質巖稀土元素北美頁巖標準化配分曲線

圖4　大黑山玄武巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線（a）和微量元素原始地幔標準化蛛網圖（b）

苦水玄武巖以富集LILE，以及明顯的Th富集和Nb、Ta虧損為特征，顯示其源區受到消減組分加入的影響，在玄武巖構造環境判別圖Hf-Th-Nb（圖5b），玄武巖樣品全部落入島弧構造環境。大黑山玄武巖的HFSE不分異、不具Nb、Ta虧損和Th富集特征，但具有微弱的LREE富集特征，總體介于N-MORB與E-MORB之間，并呈現由N-MORB向E-MORB演化的趨勢，在玄武巖構造環境判別圖Hf-Th-Nb（圖5b），樣品全部落入MORB構造環境。大黑山玄武巖具有低La/Nb（0.73～1.33）、Ba/Nb （6.36～14.64）、高Nb/Th（12.75～22）的特征，表明它們的源區與俯沖洋殼所析出流體產生的地幔交代作用無關，而與薩摩亞玄武巖的比值相似［3］。表明大黑山玄武巖與薩摩亞玄武巖相似，為EMⅡ端元的產物，源區受到重新進入對流上地幔的陸源沉積物的富集作用。

圖5　大黑硅質巖Al-Fe-Mn圖解（a）和梧桐窩子組玄武巖Hf-Th-Nb（b）

5　結論

（1）東天山梧桐窩子組中玄武巖總體以相對高SiO2、TiO2、∑Fe2O3、Na2O＞K2O為特征，但是各地區巖石樣品有具有一定的地球化學差異，苦水玄武巖為鈣堿性系列，明顯的輕稀土富集、重稀土虧損的特征，LILE富集，HFSE虧損顯著的Th正異常，Nb、Ta相對虧損的特征，說明源區受到俯沖流體混染，為島弧構造環境產物，而大黑山玄武巖為拉斑系列，具有低La/Nb （0.73～1.33）、Ba/Nb（6.36～14.64）、高Nb/Th（12.75～22）的特征，說明大黑山玄武巖與薩摩亞玄武巖相似，為EMⅡ端元的產物，為MORB構造環境產物。

（2）梧桐窩子組中玄武巖硅質巖顯示出2種明顯不同的巖石地球化學特征，具有熱液活動的大洋中脊和穩定的大洋盆地2種不同環境下的產物。熱液成因的硅質巖的可能與古洋殼的存在有關。

（3）從其玄武巖和硅質巖巖石化學特征來看，東天山梧桐窩子組應該是洋陸殼混雜堆積的產物，從而說明東天山覺羅塔格地區大洋存在可能持續至晚石炭世，這與傳統的觀點認為東天山地區大洋閉合在晚泥盆世晚期不同。

［1］YamamotoK.GeochemicalCharacteristicsandDepositionalEnvironmentsofChertsandAssociatedRocksintheFranciscanandShimantoTerranes［J］.SedimentaryGeology，1987，52：65-108.

［2］王安東，陳瑞君，等.雅魯藏布江縫合帶硅質巖的地球化學成因標志及其地質意義［J］.沉積學報，1995（13）：27-31.

［3］李曙光，等.εNd-La/Nb、Ba/Nb、Nb/Th圖對地幔不均一性研究的意義——島弧火山巖分類及EMⅡ端元的分解［J］.地球化學，1994，2（2）：105-114.

［4］賀軍慧，夏明，等.新疆東天山覺羅塔格地區梧桐窩子巖組構造環境探討［J］.新疆地質，2005，23（1）.

［5］李錦軼，王克桌，等.東天山吐哈盆地南緣古生代活動陸緣殘片：中亞地區古亞洲洋板塊俯沖的地質記錄［J］.巖石學報，2006，22（5）.

［6］李錦軼，等.新疆東部新元古代晚期和古生代構造格局及其演變［J］.地質評論，2004.

［7］陳哲夫，成守德，梁云海，等.新疆開合構造與成礦［M］.烏魯木齊：新疆科技衛生出版社，1997.

［8］肖序常，湯耀慶，馮益民，等.新疆北部及鄰區大地構造［M］.北京：地質出版社，1992.

Petrochemical Characteristics and Significance of Wutongwozi Formation in Jueluotage Tectonic Belt in the East Tianshan

SHE Jian-zhong，FENG Chang-li，DI Xiao-cheng，XU Yong-bo
（XinjiangGeologySurveyInstitute，UrumqiXinjiang830000，China）

East Tianshan Jueluotage tectonic belt is an important tectonic-metallogenic belt in eastern Tianshan，and there have long been disputes about the tectonic attribution of it.Based on the systematical geological and geochemical study on basalt and chert of eastern Tianshan Wutongwozi formation，it concluded that the Kushui basalt was generated from the calc-alkaline series in island arc environment，its trace element showed the source region was mixed with subduction fluid，but Daheishan basalt belong to tholeiite series in MORB environmental，its trace element characteristics display it came from enriched mantle source.The siliceous rocks have products from two different environments of ocean ridge with hydrothermal activity and the stable ocean basins.The petrochemical characteristics of siliceous rocks and basalt indicate that the East Tianshan Wutongwozi formation should be the oceanic and continental crust melange，thus explain the late carboniferous ocean basin could existed in Jueluotage area.

East Tianshan；Wutongwozi Formation；petrochemical characteristics

P597

A

1004-5716（2016）06-0077-05

2016-02-22

2016-02-23

舍建忠（1982-），男（回族），寧夏西吉人，工程師，現從事區域地質礦產調查研究工作。