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1、塔里木盆地二叠纪火山岩特点一、区域地质构造单元以及地层区划1.构造单元塔里木盆地的主体是位于古老陆壳基底之上的古生代克拉通盆地，晚期在南北叠加了两个中、新生代前陆盆地，总体上是一个由古生界克拉通盆地和中、新生界前陆盆地组成的大型叠合复合盆地。由于盆地主体是陆壳克拉通，塔里木盆地构造具有相对稳定的特点，在长达800Ma的地质历史中，仅前寒武奥陶纪和早二叠世表现出较强的地壳活动性；盆地内火山活动主要出现在前寒武寒武纪和早二叠世，其他时代基本没有火山活动。塔里木盆地的构造变形表现为盆地内部平缓，盆地周缘强烈；构造样式在盆地内部以走滑断裂、陡倾角逆断层控制的断垒为主，复杂的逆冲带、推覆构造及复杂的褶皱
2、主要出现在盆地周缘。总体上，塔里木盆地构造特征以大型隆坳构造为主，具有一定继承性，呈“4隆9坳”构造单元格局，4隆包括塔北隆起、巴楚隆起、塔中隆起、东南隆起，9坳则为库车坳陷、北部坳陷、西南坳陷、塘古坳陷、东南坳陷（图1）。12.地质区划塔里木古板块在经历了晚志留-中泥盆世的冲断一走滑(博罗霍洛运动)后曾发生过不同程度的隆起，晚泥盆世接受东河塘组(东河砂岩)沉积并开始海侵。石炭纪海侵广布，早-中二叠世基本上沿袭了石炭纪的沉积格局，故石炭-二叠系作为一套连续的沉积序列，可划分为6个地层区11个地层小区(图1)。33.构造区划以及基性火山岩分布 塔里木盆地作为我国最大的含油气盆地,其周围为天山、昆
3、仑和阿尔金造山带所围绕,其地质构造和演化历史又非常复杂,包含了从太古代到新生代漫长的地质演化历史。从岩浆作用发育的特征看,二叠纪是塔里木盆地岩浆作用最发育的时期,其中广泛分布的二叠纪玄武岩类不仅在盆地内(巴楚)和周边(阿克苏、柯坪和库鲁克塔格)的露头区大量出露,而且在盆地内部的石油钻井和地球物理探测中也有大量揭示),且其分布面积约20万km2(图1)。104.盆地形成机理及边界厘定塔河地区英安岩的发育及南天山分区岩浆侵入至少可以说明，晚二叠世塔里木盆地北部（塔河地区以北）可能处于岛弧构造位置，现今的库车坳陷当时也可能处于火山弧前构造位置，中酸性火成岩发育期间正对应中天山岛弧向塔里木板块俯冲碰撞
4、期。 随着中酸性火山喷发和岩浆侵入结束，中天山岛弧最终与塔里木板块碰撞，并在塔里木盆地北部形成造山期磨拉石建造。塔河地区英安岩和南天山花岗岩的发育和分布不仅说明了海西晚期火山岛弧的存在，从另一个方面也指示了海西晚期塔里木北缘板块俯冲方向与盆山耦合的关系，塔河地区从基性火山岩到中酸性火山岩演化序列属于两种不同构造背景在不同构造部位相互叠加的产物，这对厘定塔里木盆地北部关键构造变革期具有一定的指示意义。17二、地球化学特征1.岩性1.塔中地区纵向上从震旦系至二叠系各层系都不同程度发育火成岩,岩性主要为玄武岩、火山碎屑岩、安山岩、辉绿岩等。尤以二叠系火成岩最发育,主要为喷出岩,岩性以玄武岩和火山碎屑
5、岩为主,且岩性分布具有多旋回性;其它层系兼有喷出岩和侵入岩,岩性主要为玄武岩、火山碎屑岩、辉绿岩等总体上塔中西部地区火成岩较发育。二叠系火成岩厚度平面上总体由西北向东南厚度逐渐减薄,火成岩厚度在横向上的变化受火山活动的强度、火山口的密度、古地貌等多方面因素控制。72.大火成岩省岩石种类丰富,包括超基性岩类、基性岩类和中酸性岩类。超基性岩类为超镁铁质岩、爆破角砾岩和辉石岩,基性岩类包括玄武岩和辉绿岩,中酸性岩类为正长岩和正长斑岩。其中基性岩类范围最广,分布于阿瓦提坳陷、满加尔坳陷西部、塔北隆起西部、巴楚隆起和塔中隆起和塔西南坳陷等地区,估计分布面积在20万km2以上。83.塔中二叠纪火山岩岩石组
6、合为碱性玄武岩-碱玄岩-碧玄岩-粗面玄武岩-玄武岩，属碱性系列，具碱性玄武岩系列钾质类型的演化趋势。112.矿物成分及特点1.塔里木早二叠世大火成岩省各类火成岩的SiO2含量为31-67%,且具有双峰式火成岩特征。瓦基里塔格爆破角砾岩和辉绿岩、塔北玄武岩、小海子超镁铁质岩和辉绿岩及正长岩和正长斑岩均为碱性系列;柯坪辉绿岩与柯坪玄武岩为碱性一亚碱性过渡系列。火成岩的地球化学组成以富集大离子亲石元素和高场强元素,亏损重稀土元素为特征,与OIB微量元素特征相似。Ta/Hf比值和Nd同位素初始值指示两类火成岩:一类为柯坪玄武岩,具有负的Nd值,主要与富集的大陆岩石圈地慢有关;另一类为塔北玄武岩及各区的
7、侵入岩, Nd值大于0,代表亏损型地慢来源。82. 塔里木大火成岩省不同地区的玄武岩普遍极度亏损铂族元素(PGEs105),表明塔里木玄武岩的母岩浆在最终喷发出地表之前曾经发生硫过饱和。综合分析对比各种可能因素后提出地幔源区低程度(约5%左右)部分熔融是造成塔里木玄武岩母岩浆硫过饱和的最主要原因,并认为地幔源区的部分熔融程度在塔里木大火成岩省的岩浆硫化物矿床成矿过程中扮演着十分重要的角色。虽然Th-Nb和Nb-La等微量元素的地球化学特征指示塔里木不同地区玄武岩遭受了塔里木地块基底岩石不同程度的地壳同化混染作用影响,但是地壳混染并没有触发玄武岩母岩浆的硫过饱和,这可能是由于塔里木地块基底岩石中
8、没有足够的含硫物质。研究还发现柯坪地区玄武岩母岩浆喷发过程中的岩浆补给和混合作用有可能导致玄武质岩浆在地壳中再次硫饱和并使PGE等亲硫元素在岩浆流动通道中的特定部位富集,因此认为仍有必要进一步加强对塔里木大火成岩省不同地区的岩浆硫化物矿床找矿勘查和研究工作。通过对巴楚瓦吉里塔格含钒钛磁铁矿基性-超基性层状侵入岩体和金伯利质隐爆角砾岩的地质及岩石地球化学研究,认为它们很可能皆来自位于塔里木地块岩石圈地幔根部与软流圈地幔顶部之间交界部位的亏损型地幔源区。其中含钒钛磁铁矿基性-超基性层状侵入岩体是地幔源区较低程度(960ppm)和Th、U等不相容元素以及富含角闪石、金云母等含水矿物的特点,指示其母岩
9、浆在形成过程中可能受到了岩石圈地幔流体交代作用的影响。另外,巴楚地区较薄的岩石圈厚度可能是导致其金刚石含矿性较差的主要原因。93. 塔西南玄武岩具有与塔里木盆地内部玄武岩相同或相近的地球化学特征,且皆形成于陆内稳定环境,其源区成分可能主要来自岩石圈富集地慢成分和类似OlB成分,且岩浆作用过程应以部分熔融为主,结晶分异作用较弱。104.通过微量元素的对比分析，及 Sr、Nd、Pb 同位素的示踪，显示塔中二叠纪火山岩岩浆来源于地幔柱，经过一定的分离结晶作用，岩石富集 Ba、Th、K、Rb 等大离子亲石元素（LILE），亏损 Sc、Cr、Y 等高场强元素（HFS），具有大陆裂谷火山岩的地球化学属性。
10、115. 通过对东温泉地区二叠纪和三叠纪地层中中酸性火山岩主量、微量地球化学的研究,表明该地区火山岩表现出低钦;大离子亲石元素明显富集,Ta、Nb、Ti、P表现出亏损;轻稀土元素富集,种稀土元素亏损,Eu呈现弱的负异常根据地球化学特征可知,该地区火山岩表现出典型的岛弧火山岩特征。216.柯坪玄武岩具有极低的PGE含量。即使有一个狭窄的范围内Pd / Ir比值较低，他们表现出的Cu / Pd比值明显增加。此外，在塔里木盆地的玄武岩也表现出非常低的Cu/ Zr比值，表明塔里木母岩浆的硫元素有明显消耗。22三、火山岩年龄1.长英质火山岩锆石P-Ub定年。塔北二叠纪长英质火山岩形成于 274-281M
11、a，是塔里木大火成岩省岩浆作用的重要组成部分。22.高精度锆石SHRIMP U-Pb定年结果显示,柯坪玄武岩最早喷发年代在290Ma左右(289.5士2.OMa),最后一次喷发的时代大概在289Ma(288.9士3.4Ma);正长斑岩的SHRIMP U-Pb年龄为278.4士2.2Ma,与正长岩体的年龄相近(277一278Ma)结合地层古生物等资料,认为塔里木早二叠世火成岩的时间序列为:早期玄武岩喷出和超基性岩的侵入,其后辉绿岩侵入,最后是正长岩体和正长斑岩岩脉的侵入。这一演化序列得到地球化学证据的支持。83. 塔西南玄武岩的形成时代为29OMa,属于早二叠世棋盘组。而在塔里木盆地内部,二叠纪
12、玄武岩浆作用最为强烈,几乎遍及整个盆地中部(陈汉林等,1997a);而二叠纪以后,盆地内部再没有大的地质热事件发生,反映地壳相对比较稳定。通过对塔里木盆地内部二叠纪火成岩中同位素年代学数据的比较,其中下二叠统下段的库普库兹满组玄武岩同位素年龄集中在278一292Ma之间,而上段的开派兹雷克组玄武岩的同位素年龄集中在270一288Ma之间。塔西南玄武岩属于早二叠世棋盘组,应与塔里木盆地内部下二叠统下段的库普库兹满组相对应,推测塔西南玄武岩很可能位于库普库兹满组下段层位。根据杨树锋等(2005)的分析表明,塔里木盆地下二叠统的基性火山岩在塔中、巴楚和柯坪等隆起上厚度较大,分布范围广,而在坳陷中厚度
13、较薄,分布范围小。张师本等(2003)认为塔西南棋盘组产腕足类LirapleetaasPera一Choristitestarimensis组合和potonieisporites一Vestigisporites(pV)袍粉组合,时代为早二叠世一中二叠世早期。根据杨树锋等(2005)的分析表明,塔西南地区上、下二叠统(该二叠系为两分方案)的剥蚀厚度分别达200一1200m和200一400m,且剥蚀厚度向巴楚以北的方向增大(牟中海等,2001),所以尽管塔西南达木斯剖面和棋盘剖面在昆仑山前的塔西南坳陷中仅见有薄层的玄武岩,但位于下二叠统的火山岩系至少部分厚度可能是被剥蚀掉了。根据以上的研究,笔者认为
14、塔西南玄武岩的形成时代为290Ma,属于早二叠世棋盘组,并与塔里木盆地内部库普库兹满组玄武岩层下部层位对应,这与沉积地层和古植物证据也是吻合的。基于塔西南玄武岩与盆地内柯坪玄武岩具有相近的时代、地球化学特征、源区成分和岩浆作用过程以及陆内稳定构造环境下形成,笔者认为塔里木二叠纪玄武岩的分布范围可以从塔里木盆地内的塔中、柯坪一带一直延伸到塔西南地区。据此认为塔里木二叠纪玄武岩的分布范围可以扩大,可以从塔里木盆地内的塔中、柯坪一带延伸到塔里木边缘一带的塔西南地区。104. 前人对塔里木盆地及其周缘地区的二叠纪岩浆岩做过大量年代学研究（见下表），可以看出，塔里木盆地及其周缘的岩浆岩的同位素年龄主要集
15、中在早二叠世，部分在中二叠世，少数在晚二叠世，因此前人认为塔里木盆地的岩浆活动高峰期在早二叠世，根据地球化学分析，前人将二叠世的岩浆活动的成因解释为大陆裂谷作用，认为塔里木盆地早二叠世存在一个大火山岩省，岩浆活动主要受地幔柱火山作用影响。本文在塔北隆起西部获得的火山岩40Ar-39Ar年龄属于中-晚二叠世，这说明塔里木盆地中晚二叠世也有强烈的岩浆作用。通过岩石地球化学分析，认为该时期的火山岩为具有大陆裂谷性质的板内火山岩，是早二叠世大火山岩省的后期热事件的产物，说明这一热事件影响可延续至中晚二叠世。135.塔里木盆地柯坪地区库普库兹曼组玄武岩的锆石LA-ICPMS U-Pb精确协和年龄为291.92.2Ma,代表该组中玄武岩的成岩年龄,玄武岩为早二叠世岩浆活动产物;库普库兹曼组玄武质岩浆活动的时间较为短暂,玄武岩中老年龄锆石指示了库普库兹曼组武岩在上升侵位过程中有地壳物质的混染作用。166.塔里木西北部柯坪地区开派兹雷克顶部玄武岩的喷发时间为279.04.5Ma,此年龄确定了区玄武岩喷发的最晚期限。巴楚麻扎尔塔格地区的辉绿岩、正长岩、石英正长岩与正长斑岩脉构成了连续的基性-中性-酸性岩浆演化系列且于275Ma近同时侵位。291-287Ma的巨量溢流玄武岩可能构成塔里木大火成岩省的主体，是地幔柱头部
