内蒙古东部老爷庙新疆巴里坤县老爷庙、额仁山一带晚古生代火山岩

内蒙古东部老爷庙新疆巴里坤县老爷庙、额仁山一带晚古生代火山岩

新疆巴里昆县三塘湖以北的欧仁山和额仁山火山岩发育。火山岩可分为三个喷发旋回处，即老泥盆世老祖庙组（d2l）、早石炭世初哈尔加乌组（cs-p1h）和早二叠世末卡拉港组（p1k）。第一个是海相火山岩，第二个是陆相火山岩，三个是不完整的接触关系。宏观外观、岩石组合特征和古代火山形态具有不同的特点。1火山岩基本特征1.1岩-安山岩-英安岩火山岩分布于老爷庙、额仁山,向北、向东均延出国外至蒙古境内,其下伏未见底,上覆与下石炭统黑山头组(C1h)整合过渡,被C2—P1h火山岩和P1k火山岩不整合覆盖.岩石组合特征D3l火山岩以中基性火山岩为主,含极少量的英安岩,岩性为玄武岩、玄武安山岩、英安岩及相应的火山角砾岩、凝灰岩,同时在弧内火山岩堆积盆地中有火山-沉积岩系,岩性为凝灰质砂岩、火山灰凝灰岩、沉凝灰岩等.岩石组合为玄武岩-安山岩-英安岩,宏观色调为灰-灰绿色,以深灰色为主色调.岩相特征D3l火山岩,根据火山岩相的定义可分为:喷发相、喷溢相、侵出相、潜火山岩相、火山通道及喷发沉积相,其中以喷溢相最为发育.岩性为玄武岩、安山岩,常形成盾状火山、熔岩被;爆发相次之,岩性为火山集块岩、凝灰岩、火山灰凝灰岩等,常组成锥状火山或与喷溢相相间形成层状火山;火山通道相火山岩有中心式、裂隙式喷发,以中心式为主,形成岩颈、岩筒和岩墙,岩性为熔岩、火山角砾岩、集块岩、凝灰岩.耐风化的常形成筒状、帽子山,易风化的则形成凹地,呈锅底状;潜火山岩相呈环状及放射状产出或顺层侵入,岩性为中基性;侵出相分布较少常在火山口中或侧火山口中形成岩锥、岩钟,岩性为辉绿玢岩、闪长玢岩,常具粒度分带性,中心粒级粗边部较细;喷发-沉积相为弧间沉积盆地,岩性为火山灰凝灰岩、凝灰质砂岩等.古火山机构D3l火山岩中的火山机构,中心式喷发和裂隙式喷发均有,但以中心式为主,常形成盾状火山、玄武岩台地、层状火山、锥状火山.其中盾状火山最为常见,岩性有玄武岩、安山岩,为低粘度岩浆溢流相盾牌状山体,层状火山岩次之,以熔岩和火山碎屑互层状产出,但喷溢大于爆发,爆发指数13～28锥状火山较少,由火山碎屑组成;玄武岩台地也较少由玄武岩熔岩被构成,岩性为玄武岩、粗玄武岩.除此之外还有火山堆积洼地和火山-沉积洼地.1.2岩相特征及火山岩特征分布于额仁山南坡,呈NWW向带状展布,基底为D3l,盖层为P1k火山岩及古近—新近系红层沉积.岩石组合特征C2—P1h火山岩为一套中性-中酸性-酸性火山岩,以爆发相火山碎屑岩为主,喷溢相熔岩次之.岩性为集块岩、火山角砾岩、凝灰岩、安山岩、英安岩、流纹岩等,底部夹少量基性火山碎屑岩,下部为安山质,上部为英安质,顶部为流纹质.岩石由中性→中酸性→酸性演化,岩石组合为安山岩-英安岩-流纹岩,为一套陆相火山岩,含大型膨润土矿床.岩相特征该组火山岩由爆发相、喷溢相、火山通道相、潜火山岩相及侵出相组成.以爆发相为主,爆发指数为72～100,喷溢相次之,其它较少.爆发相岩石组合为集块岩、火山角砾岩、含角砾凝灰岩、火山灰凝灰岩、熔结凝灰岩等;喷溢相为安山岩、英安岩、流纹岩、霏细岩.火山通道较发育,在破火山机构中,呈凹地,岩性为火山角砾岩、凝灰岩;锥状火山机构,呈正地形,由凝灰岩、熔结凝灰岩充填;潜火山岩相也很发育,岩性为闪长玢岩、安山玢岩、英安岩、霏细斑岩等,在火山机构中呈环状或放射状环绕喷发中心分布;侵出相较少,仅在火山口中呈流纹岩穹丘分布.火山机构特征C2—P1h火山岩以中心式喷发为主,可分为破火山、锥状火山、层状火山,以破火山最发育,锥状火山次之,其它较少.破火山以在顶部或中心具有规模较大的圆形或近圆形的破火山口为特征.由于爆发力强,常塌陷形成圆形和近圆形的大型凹地,使其原生产状发生倒转.该组破火山最发育也很典型,主要由爆发相火山碎屑岩组成,熔结凝灰岩发育,破火山一般规模较大,直径几千米至十几千米;锥状火山也很发育,规模较小,呈锥状山体,直径几千米,由爆发相火山碎屑岩组成,熔结凝灰岩发育;层状火山最少,由爆发相与喷溢相火山碎屑组成,熔结凝灰岩较发育,爆发相为火山角砾、凝灰岩、熔结凝灰岩;喷溢相为流纹岩、霏细岩,往往爆发相厚度远远大于喷溢相厚度.1.3岩相特征及火山机构广泛分布于整个老爷庙-额仁山地区,零星出露,面积较小,以中酸性、酸性熔岩组成的穹状火山机构为主,且不整合叠覆于D3l火山岩和C2—P1h火山岩之上.岩石组合特征P1k火山岩主要为一套酸性火山岩,中酸性火山岩较少,中性更少,岩性以流纹岩、霏细岩为主,英安岩、流纹质凝灰岩、英安质凝灰岩次之,安山岩微量,岩石组合为英安岩-流纹岩.宏观色调为黄褐色、红褐色.岩相特征P1k火山岩相主要为喷溢相,次为爆发相、火山通道相、侵出相和潜火山岩相.喷溢相以酸性熔岩为主,中酸性熔岩次之,中性熔岩少量,岩性为流纹岩、霏细岩、英安岩等,常构成穹状火山;爆发相为酸性火山碎屑岩,岩性为火山角砾岩、凝灰岩等,与喷溢相相间,构成层状火山机构;火山通道在各火山口中均有分布,岩性为流纹岩、凝灰岩、英安岩、花岗斑岩等;侵出相常形成流纹岩丘、岩锥、岩钟,有时成群出现,岩性为流纹斑岩、霏细斑岩;潜火山相各火山机构中均有分布,岩性为流纹斑岩、霏细斑岩,呈脉状及似层状产出.古火山机构特征P1k火山岩为陆相火山岩,中心式喷发,古火山机构发育,且保存较好.以穹状火山最发育,层状火山次之,均为小型火山.穹状火山机构呈圆形或近圆形,直径3～8km,由酸性熔岩组成,岩层呈环状绕喷发中心展布,岩层外倾,倾角30°～50°;层状火山由爆发相和喷溢相相间构成.2关于3dl火山岩火山岩的岩石化学特征从D3l火山岩→C2—P1h火山岩→P1k火山岩,为一套由基-中-酸性演化的特征(表1).在TAS命名图中(图1),同样显示这一特点,同时还显示岩性偏碱性这一特点.从表中可看出D3l火山岩无论是玄武岩还是安山岩,均富Al2O3、TFeO及Na2O,而贫MgO、K2O,TiO2为0.79%～1.27%,显示岛弧高铝玄武岩特征;P1k火山岩富SiO2、Na2O、K2O,为正常酸性火山岩化学成分.3商土火山岩轻稀土富集和重稀土分馏特性火山岩的稀土元素丰度见表2.D3l火山岩ΣREE为81.73×10-6～171.93×10-6;C2—P1h火山岩ΣREE为124×10-6～128.88×10-6;P1k火山岩ΣREE为98.64×10-6～186.82×10-6,总体显示稀土增量为中等量级,且从D3l到P1k逐渐增高;LaN和CeN远大于YbN为轻稀土富集型,δEu为0.24～1.14;D3lδEu为0.98～1.09,C2—P1hδEu为0.76～1.14,P1kδEu为0.24～0.40,依据δEu>0.8为幔源,0.5～0.8为壳幔混合源,小于0.5为壳源的划分,D3l火山岩为幔源岩浆;C2—P1h火山岩为幔源向壳幔混合源岩浆演化;P1k火山岩为壳源岩浆.火山岩稀土丰度经标准化(Leedy)作稀土分布型式图(图2),为右斜式,D3l火山岩轻稀土富集,轻稀土分馏好、重稀土分馏差,为岛弧型火山岩;C2—P1h火山岩轻稀土富集、重稀土亏损,轻稀土分馏好,重稀土分馏差,型式与D3l火山岩类似;P1k火山岩轻稀土富集,重稀土亏损,轻稀土分馏好,重稀土没有分馏,同时具有明显的Eu负异常.图形具不对称“V”字形(海鸥).稀土图中表明,D3l火山岩和C2—P1h火山岩图形类似,具同源的可能性,P1k火山岩与前两组迥然两样,为另外一个岩浆源.4环境评估4.1主元素与别解D3l火山岩为玄武岩-安山岩组合,玄武岩、安山岩的岩石化学成分Al2O3为16%～20%,TiO28%～1.27%,具岛弧高铝玄武岩特征,稀土元素图形也显示岛弧特点,各类主元素判别图解及微量元素判别图解均投到火山弧区,在Nb-Zr-Y判别图解中(图3),投到C、D区域内,为火山弧火山岩,所以D3l火山岩为板块闭合期消减带火山岩.4.2-4阶段5—哈尔加乌组火山岩的构造环境C2—P1h火山岩为安山岩-英安岩-流纹岩组合的钙碱性火山岩系,稀土元素特征具火山弧火山岩特征在主元素环境判别图中显示火山弧特征;在Ta-Yb非活动元素环境判别图中,酸性火山岩投到火山弧边上和同碰撞区内,显示同碰撞特点;在图4a中,投在火山弧中,图4b中投在火山弧与伸展盆地重叠区,显示火山弧向伸展盆地过渡的特点,也就是板块运动威尔逊旋回最后一个阶段——造山阶段.综上所述,C2—P1h火山岩为碰撞期火山岩,同时C2—P1h火山岩为陆相火山岩,以爆发相为主并且爆发剧烈,常形成塌陷的破火山机构,表明它是碰撞造山期的产物.P1k火山岩在构造判别图戈蒂尼-里特曼图解中投在B区,为消减带火山岩;在火山岩La/Yb—Yb图解(图4b)中也投在I和II区中,同样显示火山弧向伸展盆地过渡,但主要为伸展盆地火山岩;P1k火山岩的稀土元素不具火山弧特征,而与造山期后的同熔型花岗岩类似.综上所述,P1k火山岩为造山期后火山岩.5构造-构造演化巴里坤县三塘湖以北老爷庙、额仁山一带的大地构造归属:槽台理论为天山—蒙古地槽系东准噶尔华力西褶皱带,额仁山复背斜和准噶尔—北天山褶皱系、准噶尔优地槽褶皱带、额仁山复背斜;板块构造理论将其划分为哈萨克斯坦-准噶尔板块、准北古生代沟-弧-盆系,色米什台-野马泉晚古生代岛弧.笔者同意最后一种板块划分,一级构造单元哈萨克斯坦-准噶尔板块、二级构造单元准噶尔微板块、三级构造单元萨吾尔—二台晚古生代岛弧带.该岛弧带向北、向东延入蒙古国,向西延伸到阿尔泰地区的二台—萨吾尔山一线,北面以查尔斯克—乔夏哈拉缝合带与西伯利亚板块相接,南面为洪古勒楞—阿尔曼太早古生代沟弧带.地幔对流导致了板块的形成和运移,板块运动孕育了火山喷发和岩浆侵入活动,老爷庙—额仁山一带晚古生代三期火山岩,即是板块运动演化的表现.板块俯冲期的老爷庙组火山岩显生宙以来诺丁尼亚超级古大陆开始裂离,阿尔泰、准噶尔、吐哈、伊犁、中天山等地块,先后从古大陆分离,并向北漂移形成了西伯利亚古陆与塔里木古陆间广阔的古亚洲洋及大洋中大小不一的块体.洪古勒楞发现有626Ma的蛇绿岩,阿尔曼太蛇绿岩有526Ma、493Ma,都佐证了古亚洲洋的存在.古亚洲洋自震旦纪开始裂解,寒武纪末—奥陶纪早期达到鼎盛期,中晚奥陶世大洋板块开始收敛俯冲,在唐巴勒、大南湖、中天山、哈尔里克、萨吾尔山等地均形成岛弧型火山岩.老爷庙—额仁山一带位于萨吾尔—二台晚古生代岛弧带中.它南邻洪古勒楞—阿尔曼太早古生代沟弧带,早古生代的洪古勒楞—阿尔曼太为大洋,向北俯冲在萨吾尔山形成奥陶纪岛弧、志留纪岛弧,在阿尔曼太—扎河坝一带也形成奥陶—泥盆纪岛弧火山岩,老爷庙—额仁山一带只出露有晚泥盆世岛弧火山岩,D3l火山岩即为萨吾尔-二台晚古生代岛弧的产物.古亚洲洋于泥盆纪末—早石炭世初期关闭,哈萨克斯坦洋板块与西伯利亚陆板对接.板块造山期哈尔加乌组火山岩泥盆纪末—早古炭世初板块闭合对接,只对接不碰撞,即所谓的软碰撞,不造山.此时基本处于相对稳定期,为残留海阶段,沉积了海相碎屑岩.C1h和姜巴斯套组(C1j),晚石炭世西伯利亚板块向南运移,与哈萨克斯坦-准噶尔板块碰撞造山,进入陆-陆碰撞A型俯冲阶段.该阶段是消减带B型俯冲的继续,岛弧逐渐成熟.由大陆边缘弧变为陆上安山岩弧,C2—P1h火山岩,即是以安山岩为主的一套火山岩.由于陆陆碰撞造山能量大,增大了岩浆的压力,使其火山爆发系数增大.所以哈尔加乌组火山岩主要为爆发相火山碎屑岩,同时破火山机构及熔结凝灰岩育.造山期后的卡拉岗组火山岩早二叠世中晚期西伯利亚板块与哈萨克斯坦-准噶尔洋板块经历了陆-陆碰撞造山后,转入造山期后弛张阶段,就是另外一次伸缩运动的开始.此时岩浆经过了更加充分的混染和分异,形成了一套钙碱性-偏碱性的陆相酸性火山岩-卡拉岗组火山岩.此时岩浆具壳源特征,δEu约为0.4,为分离结晶后剩余的残余岩浆,具严重Eu亏损.卡拉岗组为一套酸性火山岩,当时处于弛张阶段,岩浆压力较小,同时含挥发性气体也较少,所以大部分以溢流相为主,形成穹状古火山机构.P1k火山岩以酸性为主,显示成熟度高的特征,表明地壳已完全具备了陆壳性质.从此开始了陆内发展阶段;晚二叠世开始拉张形成拉伸盆地,三塘湖、淖毛湖盆地,即是其拉张的产物.6板块构造和构造演化(1)老爷庙—额仁山一带晚古生代发育了性质、时间各不相同的3套的火山岩.(2)D3l火山岩,为晚泥盆世岛弧型火山岩,岩石组合为玄武-安山岩,具高铝玄武岩特征,常构成盾状火山、层状火山等古火山机构,为板块消减期火山岩.(3)C2—P1h火山岩为晚