東準(zhǔn)噶爾石炭系巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖全巖Sm-Nd等時(shí)線年齡及其構(gòu)造意義

張?峰, 徐?濤, 范俊杰, 潘愛軍, 王?斌, 朝銀銀

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東準(zhǔn)噶爾石炭系巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖全巖Sm-Nd等時(shí)線年齡及其構(gòu)造意義

張?峰1,2*, 徐?濤2, 范俊杰2, 潘愛軍2, 王?斌2, 朝銀銀2

(1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué), 北京?100083; 2. 中國(guó)人民武裝警察部隊(duì) 黃金地質(zhì)研究所, 河北 廊坊?065000)

東準(zhǔn)噶爾地區(qū)石炭系巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖分布廣泛, 規(guī)模巨大, 目前對(duì)其形成時(shí)代及構(gòu)造背景的認(rèn)識(shí)還存在著較大的爭(zhēng)議。以火山巖中的玄武巖、玄武安山巖為研究對(duì)象, 進(jìn)行了巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)和Sm-Nd同位素地球化學(xué)方面的研究。結(jié)果表明, 該套火山巖屬高鉀鈣堿性火山巖系, 微量元素和稀土元素特征相似, (143Nd/144Nd)i變化幅度小,Nd()和2DM近乎相同, 具同源巖漿演化特征和良好的封閉條件。利用Sm-Nd等時(shí)線定年方法獲得的玄武巖全巖等時(shí)線年齡為(319.7±5.9) Ma, (143Nd/144Nd)i= 0.512414±0.000006, MSWD = 0.34, 與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景和已有化石證據(jù)基本吻合, 代表了火山巖的形成時(shí)代。準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚古生代區(qū)域構(gòu)造背景復(fù)雜。位于西伯利亞板塊和哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊之間的古亞洲洋存在雙向俯沖消減過(guò)程。南向俯沖帶位于扎河壩-克拉瑪依一線, 俯沖作用至少延續(xù)至(319.7±5.9) Ma。持續(xù)的南向俯沖造就了東準(zhǔn)噶爾地區(qū)扎河壩下泥盆統(tǒng)托讓格庫(kù)都克組火山巖代表的島弧和卡拉麥里蛇綠巖代表的卡拉麥里不成熟弧后盆地的形成。東準(zhǔn)噶爾地區(qū)石炭系巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖就是該過(guò)程中不成熟弧后盆地的產(chǎn)物, 成巖過(guò)程可能是：古亞洲洋持續(xù)南向俯沖, 導(dǎo)致卡拉麥里地區(qū)幔源物質(zhì)大量上隆并引起弧后擴(kuò)張, 并在消減沉積物和(或)俯沖洋殼脫水產(chǎn)生的流體作用下發(fā)生部分熔融, 形成的玄武質(zhì)巖漿不斷底侵至殼幔邊界, 引起少量主體由古生代殘余洋殼和島弧體系組成的年輕下地殼物質(zhì)部分熔融生成巖漿, 并發(fā)生相互較完全的混合, 而后隨著混合巖漿的不斷聚集和構(gòu)造伸展作用的進(jìn)一步持續(xù), 巖漿沿構(gòu)造薄弱帶快速上升至地表, 噴發(fā)成巖。319.7~311 Ma左右的中亞造山帶持續(xù)南向增生導(dǎo)致了卡拉麥里弧盆北側(cè)古亞洲洋的消亡, 并最終迫使卡拉麥里弧盆北向俯沖消減而閉合。

火山巖; Sm-Nd同位素; 弧后盆地; 石炭紀(jì); 巴塔瑪依內(nèi)山組; 東準(zhǔn)噶爾

0 引 言

中亞造山帶是介于西伯利亞板塊和華北-塔里木板塊之間的古亞洲洋消減、閉合而形成的巨型拼貼聚合帶, 是顯生宙以來(lái)全球最大的增生型造山帶之一[1–2]。位于新疆北部的準(zhǔn)噶爾盆地處于中亞造山帶的腹地, 作為中亞造山帶的重要組成部分[3–6], 對(duì)恢復(fù)古亞洲洋的開合歷史, 重塑中亞地區(qū)的構(gòu)造格局演變具有重要意義。盆地周邊不同時(shí)代的蛇綠巖帶發(fā)育, 巖漿作用強(qiáng)烈, 反映了準(zhǔn)噶爾地區(qū)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)而復(fù)雜的消減增生和地體拼貼過(guò)程[7–9], 同時(shí)也孕育了新疆北部豐富多彩的礦產(chǎn)資源。統(tǒng)計(jì)顯示, 新疆北部已發(fā)現(xiàn)礦床的形成時(shí)代主要集中于石炭紀(jì)—二疊紀(jì), 尤以320~260 Ma最為突出, 并表現(xiàn)出類型多樣、分布廣泛的特征, 其成因與石炭紀(jì)—二疊紀(jì)大規(guī)模集中爆發(fā)的巖漿作用密切相關(guān)[10–12]。二疊紀(jì)成巖成礦構(gòu)造背景相對(duì)簡(jiǎn)單, 成因多被認(rèn)為是劇烈的板內(nèi)伸展誘發(fā)幔源物質(zhì)上涌發(fā)生強(qiáng)烈殼幔作用的結(jié)果[11]。石炭紀(jì)是準(zhǔn)噶爾地區(qū)洋-陸構(gòu)造體制的重要轉(zhuǎn)換時(shí)期的觀點(diǎn)已被認(rèn)知[13–16], 但對(duì)其具體的轉(zhuǎn)換時(shí)限則一直存在爭(zhēng)議, 仍有早石炭世[17–18]、晚石炭世[19–20]和二疊紀(jì)[16,21]等多種觀點(diǎn), 制約了人們對(duì)石炭紀(jì)成巖成礦過(guò)程的認(rèn)識(shí), 也限制了人們?cè)谠搮^(qū)的找礦思路。

火山巖作為區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物, 包含了豐富的構(gòu)造背景信息, 對(duì)恢復(fù)古大地構(gòu)造環(huán)境和反演區(qū)域構(gòu)造演化具有重要的作用。準(zhǔn)噶爾地區(qū)石炭紀(jì)火山巖普遍發(fā)育, 但主要分布于東準(zhǔn)噶爾地區(qū)。而在東準(zhǔn)噶爾地區(qū)石炭紀(jì)火山巖中又以巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖規(guī)模最大, 分布最廣, 保存最好, 并表現(xiàn)出良好的成礦和儲(chǔ)礦能力[22–23], 受到了一些學(xué)者的關(guān)注。然而目前對(duì)其形成時(shí)代和構(gòu)造環(huán)境還沒有很好的約束, 還存在著早石炭世[18,24]、晚石炭世[23,25]和早二疊世[26], 與碰撞造山相關(guān)的造山后伸展環(huán)境[22,24,27,28]和與洋殼俯沖消減有關(guān)的島弧環(huán)境[21,29]等不同認(rèn)識(shí)。

筆者在分析前人研究成果的基礎(chǔ)上, 以卡拉麥里蛇綠巖帶內(nèi)及周邊石炭系巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖為研究對(duì)象, 結(jié)合巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)及Sr-Nd同位素方面的研究, 采用Sm-Nd等時(shí)線定年方法對(duì)該套火山巖的形成時(shí)代進(jìn)行了厘定, 并探討了它們形成的構(gòu)造環(huán)境, 以期為東準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚古生代洋-陸轉(zhuǎn)換的具體時(shí)限, 即古亞洲洋的最終閉合時(shí)間提供約束, 同時(shí)為區(qū)內(nèi)找礦提供理論依據(jù)。

1?地質(zhì)背景

卡拉麥里蛇綠巖帶位于準(zhǔn)噶爾盆地東北緣卡拉麥里山一帶, 巴塔瑪依內(nèi)山的北側(cè), 區(qū)域上受控于卡拉麥里深大斷裂呈NWW向展布, 帶內(nèi)及周邊出露地層較為簡(jiǎn)單, 以晚古生代泥盆系和石炭系為主(圖1)。泥盆系以中泥盆統(tǒng)為主, 為一套淺海-濱海相碎屑巖建造, 火山活動(dòng)極其微弱。石炭系從下至上可分為南明水組、清水組、松喀爾蘇組、巴塔瑪依內(nèi)山組和雙井子組。其中, 南明水組分布較廣, 多沿苦水泉-南明水一帶展布, 由一套淺海相碎屑巖及火山碎屑巖組成, 并夾有少量的火山熔巖透鏡體, 巖層受后期構(gòu)造影響強(qiáng)烈, 巖石變質(zhì)變形作用較為顯著。清水組和松喀爾蘇組出露較少, 僅分別局限于清水和松喀爾蘇-雙井子地區(qū), 巖性以砂巖、礫巖為主, 屬海陸交互相粗碎屑巖沉積巖系。雙井子組主要見于卡拉麥里深大斷裂南側(cè), 由一套濱海相的沉積礫巖、砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖及淺海相生物灰?guī)r、鈣質(zhì)砂巖、砂礫巖組成。巴塔瑪依內(nèi)山組與上述石炭系地層不同, 火山巖廣泛產(chǎn)出, 是準(zhǔn)噶爾盆地東北緣火山巖主要的發(fā)育層位。該組最早是由新疆地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測(cè)量大隊(duì)在進(jìn)行1﹕20萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查時(shí)建立的, 建組地點(diǎn)緊鄰卡拉麥里蛇綠巖帶的巴塔瑪依內(nèi)山附近, 主要表現(xiàn)為一套基性-酸性火山熔巖及火山碎屑巖系?；鹕饺蹘r依巖性可分為玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖和珍珠巖等, 厚度可達(dá)數(shù)千米, 具明顯的多期次、間歇性噴發(fā)的特征[18,29]。在卡拉麥里蛇綠巖帶內(nèi)及附近也表現(xiàn)出類似的特征, 巖石類型主要為玄武巖、玄武安山巖、輝石安山巖、安山巖和流紋巖。

玄武巖(圖2a)呈黑色、淺灰綠色, 塊狀構(gòu)造, 斑狀結(jié)構(gòu), 基質(zhì)為似間粒狀結(jié)構(gòu)。斑晶為斜長(zhǎng)石、輝石, 多呈半自形, 大小一般1~2 mm, 部分0.5~1 mm, 雜亂分布。斜長(zhǎng)石呈板狀, 被綠泥石、絹云母和方解石交代, 含量約30%; 輝石呈柱狀, 被綠泥石、方解石和透閃石交代, 為假象, 含量約1%~2%?；|(zhì)為斜長(zhǎng)石和輝石。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀, 大小一般0.1~0.2 mm, 部分0.05~0.1 mm, 少部分0.2~0.4 mm, 雜亂分布, 被絹云母交代, 含量50%~55%; 輝石呈半自形-他形柱狀, 大小一般0.05~0.1 mm, 部分0.02~0.05 mm, 少部分0.1~0.2 mm, 填隙狀分布斜長(zhǎng)石架間, 被綠泥石和透閃石交代, 為假象, 含量25%~30%。蝕變礦物為絹云母、石英、方解石、綠泥石和透閃石。

玄武安山巖(圖2b)呈深灰色、淺綠色和灰綠色, 杏仁構(gòu)造, 斑狀結(jié)構(gòu), 基質(zhì)為交織結(jié)構(gòu)。斑晶為斜長(zhǎng)石, 呈半自形板狀, 大小一般0.5~1 mm, 局部可見篩狀熔蝕, 含量約10%~15%; 基質(zhì)為斜長(zhǎng)石和輝石, 斜長(zhǎng)石呈半自形板狀, 大小一般0.1~0.2 mm, 部分0.2~0.5 mm, 局部被方解石和綠泥石交代, 含量50%~55%, 輝石呈半自形-他形粒狀, 大小一般0.01~0.05 mm, 填隙狀分布斜長(zhǎng)石之間, 被綠泥石和方解石交代, 為假象, 部分界限模糊不清或消失, 含量35%~40%。杏仁體不規(guī)則狀, 大小一般0.2~0.5 mm, 部分0.5~1 mm, 成分為綠泥石和方解石, 少量可見花邊結(jié)構(gòu), 含量5%(圖2a)。

圖1?新疆卡拉麥里區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

圖2?研究區(qū)火山巖鏡下照片

(a)蝕變玄武巖(+); (b)玄武安山巖(+)

2 分析方法

對(duì)巖石樣品進(jìn)行詳細(xì)手標(biāo)本和偏光顯微鏡觀察, 挑選較為新鮮、杏仁體較少的樣品進(jìn)行化學(xué)分析。測(cè)試前經(jīng)表面雜質(zhì)清除、破碎, 而后經(jīng)烘干在無(wú)污染瑪瑙研缽中研磨至200目供化學(xué)分析。主元素采用熔片法X射線熒光光譜法(XRF)測(cè)定, FeO為容量法(VOL)測(cè)定; 微量元素分析儀器為等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)和X射線熒光光譜儀(XRF); 稀土元素分析儀器為等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS), 上述工作均在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所進(jìn)行, 主元素的分析精度優(yōu)于1%, 微量元素的分析精度大多優(yōu)于5%, 分析結(jié)果見表1。

Sm-Nd同位素測(cè)試在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室采用TRITON熱電離質(zhì)譜儀完成。用同位素稀釋法計(jì)算Sm、Nd的濃度, 其中Nd同位素比值和含量在同一份樣品中測(cè)定, 利用迭代法程序分別計(jì)算出Nd同位素比值和含量, 計(jì)算Nd同位素比值時(shí)扣除了稀釋劑的貢獻(xiàn)。所有樣品的Sm、Nd同位素組成采用149Sm/152Sm=0.516858以及146Nd/144Nd= 0.721900進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理, 采用瑞利律進(jìn)行同位素分餾校正。樣品全流程測(cè)試本底: Nd低于0.1 ng, 質(zhì)譜分析精度:143Nd/144Nd優(yōu)于0.0020% (2σ,下同),150Nd/144Nd優(yōu)于0.010%,147Sm/152Sm優(yōu)于0.010%。樣品分析期間, 實(shí)測(cè)La Jolla的143Nd/144Nd值為0.511842±6, 各標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的同位素組成在誤差范圍之內(nèi)均與推薦值一致。

3?地球化學(xué)特征

3.1?主元素

由表1可見, 石炭系巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖樣品SiO2含量為48.78%~52.14%, 在TAS圖解(圖3a)和Zr/TiO2-Nb/Y圖解(圖3b)中, 均落入玄武巖、玄武安山巖區(qū)域。TiO2含量普遍較低, 為0.86%~0.97%,具低鈦特征, 明顯不同于板內(nèi)玄武巖(>2%)和洋中脊玄武巖(1.5%), 而與島弧玄武巖(0.84%)[34]相似。K2O和K2O+Na2O含量較高, 分別為0.98%~3.93% (平均為2.16%)和2.95%~8.19%(平均為4.93%), K2O/Na2O值為0.49~1.04(平均為0.75), K2O-SiO2圖解中(圖3c), 鈣堿性巖、高鉀鈣堿性巖和鉀玄巖區(qū)均有分布; Al2O3含量中等, 介于11.99%~16.45%之間(平均為14.69%), 低于世界上典型的火山弧玄武巖[34]。Mg#總體較高, 介于47~68之間(平均為58)。在Hark圖解中(圖4), MgO含量與SiO2、CaO、TiO2含量呈正相關(guān)關(guān)系, 而與TFeO、P2O5和全堿(K2O+Na2O)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系, 線性關(guān)系較為明顯, 不僅反映了它們可能來(lái)自于統(tǒng)一的物源區(qū), 同時(shí)也揭示了巖漿演化過(guò)程中伴有輝石、角閃石、長(zhǎng)石、磷灰石和富鈦礦物(如鈦鐵礦等)結(jié)晶分離作用的發(fā)生。

3.2?微量元素

樣品Cr、Co、Ni和V含量普遍偏低, 在玄武巖中依次為45.7~401.7 μg/g(平均173.18 μg/g), 28.1~ 33.9 μg/g (平均32.30 μg/g), 19.3~82.9 μg/g (平均56.12 μg/g), 227~298 μg/g (平均249.3 μg/g)(表1), 并隨MgO含量的降低而減少, 顯示出巖漿在巖漿房?jī)?nèi)或上升途中曾經(jīng)歷了顯著的單斜輝石結(jié)晶分離作用, 野外和鏡下玄武巖中普遍存在的單斜輝石斑晶可對(duì)此給予更好的證實(shí)。在微量元素N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化圖解中(圖5a), 火山巖樣品表現(xiàn)出富集大離子親石元素Sr、K、Rb、Ba、Th和虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、Nb、Ti的特征, 這可能與巖漿源區(qū)混有一定殼源物質(zhì)有關(guān)。曲線呈“前隆右傾”分布樣式, 屬?gòu)?qiáng)不相容元素富集型, 具典型的陸緣弧鈣堿性火山巖特征[35–36]; 曲線形態(tài)相似, 表明它們的巖漿源區(qū)具有相似性, 暗示為同源巖漿演化的產(chǎn)物。

表1?東準(zhǔn)噶爾地區(qū)石炭紀(jì)火山巖主元素(%)和微量元素(μg/g)分析結(jié)果

注: Mg#=100× Mg2+/(Mg2++Fe2+), (La/Nb)N為球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值, 標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)Sun.[30]

圖3?TAS圖解(據(jù)Le Maitre et al.[31])、Zr/TiO2-Nb/Y圖解(據(jù)Winchester et al.[32])和K2O-SiO2圖解(據(jù)Rickwood[33])

3.3?稀土元素

樣品ΣREE偏低, 介于49.57~99.2 μg/g之間(平均71.57 μg/g, 表1), LREE/HREE和(La/Yb)N分別為3.22~4.88(平均4.10)和2.45~4.38(平均3.53), (La/Sm)N為1.16~2.18(平均1.76), (Gd/Yb)N為1.40~1.58 (平均1.49);Eu為0.87~1.28(平均1.07);Ce基本一致, 為0.94~0.96(平均0.95), 具微弱的負(fù)Ce異常; 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式(圖5b)明顯右傾, 屬輕稀土富集型, Eu異常不明顯或呈弱正異常, 明顯區(qū)別于N-MORB和OIB火山巖, 而與典型島弧型鈣堿性火山巖分布模式曲線較為相似; 曲線形態(tài)基本一致, 也顯示出同源巖漿演化特征。

圖4?主要氧化物含量與MgO含量變異圖

圖5?微量元素N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化圖解(a)和稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(b)

N-MORB和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)據(jù)Sun.[30]; WPB、CABM和CABI資料據(jù)Pearce[37]和張本仁[38]。WPB–板內(nèi)玄武巖; CABM–陸緣弧鈣堿性玄武巖; CABI–島弧鈣堿性玄武巖

N-MORB- and Chondriite-normalized values are from Sun.[30]; The data of WPB, CABM and CABI are from Pearce[37]and Zhang[38]

4?Sm-Nd等時(shí)線年齡

8個(gè)火山巖樣品Sm、Nd同位素組成見表2。樣品147Sm/144Nd為0.1510~0.1725, 變化較大,143Nd/144Nd為0.512730~0.512775, 變化較小。經(jīng)ISOPLOT軟件處理,8個(gè)樣品點(diǎn)表現(xiàn)出良好的線性相關(guān)性(圖6), 獲得等時(shí)線年齡為(319.7±5.9) Ma, (143Nd/144Nd)i= 0.512414±0.000006, MSWD = 0.34。并依據(jù)獲得的等時(shí)線年齡計(jì)算各個(gè)樣品的(143Nd/144Nd)i和Nd(), 結(jié)果分別為0.512413~0.512414和3.66~3.68。同時(shí)考慮到樣品147Sm/144Nd > 0.14,Sm/Nd為-0.23 ~-0.12, 采用兩階段模式年齡計(jì)算方法, 求得區(qū)內(nèi)玄武巖的2DM為781~782 Ma, 與龍曉平等[21]計(jì)算結(jié)果基本一致, 遠(yuǎn)大于其等時(shí)線年齡(319.7±5.9) Ma, 結(jié)合較小的正Nd(), 可能指示了巖漿在(319.7±5.9) Ma之前曾在深部巖漿房?jī)?nèi)經(jīng)歷了殼-幔混合作用和Sm-Nd等同位素均一化過(guò)程。

5?討?論

5.1?形成時(shí)代

目前對(duì)于東準(zhǔn)噶爾地區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖的形成時(shí)代的認(rèn)識(shí)還有不小的分歧。前人多依據(jù)產(chǎn)于該套地層中的動(dòng)植物化石及其與上下地層的接觸關(guān)系而將其歸并為早石炭世晚期—晚石炭世早期[25,39]。由于沒有精確的年代學(xué)依據(jù), 加上化石證據(jù)的不確定性, 具體的形成時(shí)限一直“撲朔迷離”。近年來(lái), 一些學(xué)者[21,22,27,28,40]先后從巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)的角度對(duì)巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖形成的構(gòu)造環(huán)境和成因進(jìn)行了研究, 但具體形成時(shí)代均未涉及。最近, 一些學(xué)者[16,18,23,26]分別對(duì)東準(zhǔn)噶爾不同地區(qū)的巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖進(jìn)行了鋯石U-Pb精確定年工作, 但獲得的年齡結(jié)果卻存在較大差距。譚佳奕等[18]采樣點(diǎn)位于巴塔瑪依內(nèi)山組建組地點(diǎn)——巴塔瑪依內(nèi)山一帶, 代表了巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖, 測(cè)試對(duì)象為其中粗面安山巖, 獲得17 顆鋯石的加權(quán)平均年齡為(350.0±6.3) Ma, 并結(jié)合該套火山巖上覆地層雙井子組和石淺灘組中的晚石炭世早期的牙形石化石, 將其認(rèn)定為早石炭世構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物; 張?jiān)萚26]采樣點(diǎn)位于扎河壩地區(qū), 采取的火山巖地層是依據(jù) 1﹕20萬(wàn)鄰區(qū)圖幅對(duì)比而劃定為巴塔瑪依內(nèi)山組的, 定年對(duì)象為其中的流紋巖, 獲得11 顆鋯石的加權(quán)平均年齡為(275.6±2.8) Ma, 并以此將該套火山巖重新劃歸為二疊紀(jì)烏拉爾世末期; 蘇玉平等[23]樣品采自于陸東-五彩灣地區(qū)鉆孔2406.5 m深部的火山巖, 并依據(jù)古化石方面的資料和野外露頭地層單元的橫向連接對(duì)比而將該套火山巖確定為巴塔瑪依內(nèi)山組, 定年對(duì)象為其中的玄武巖, 測(cè)試結(jié)果較為復(fù)雜, 獲得的25 顆鋯石的諧和年齡大體分為6組, 即 (300.4±1.3) Ma、(339.2±2.7) Ma、(392.0±1.7) Ma、(453±6) Ma、(488±6) Ma和(510±7) Ma, 并認(rèn)為(300.4±1.3) Ma代表了該套火山巖較晚階段形成的年齡; 李瑋等[16]樣品采自三塘湖盆地南部邊緣火山巖, 火山巖地層依據(jù)區(qū)域巖性組合對(duì)比而確定為巴塔瑪依內(nèi)山組, 定年對(duì)象為其中的安山巖, 獲得的2個(gè)樣品的鋯石加權(quán)平均年齡分別為(328.9±1.0) Ma (13顆鋯石)和(331.3±2.3) Ma (12顆鋯石), 并認(rèn)為(328.9±1.0)~(331.3±2.3) Ma代表了該套火山巖的成巖年齡。但具體分析發(fā)現(xiàn), 譚佳奕等文中所附鋯石陰極發(fā)光影像中部分鋯石顆粒晶形較差, 呈渾圓狀, 如HSJ-8-4-1和HSJ-8-4-12等, 顯示出明顯的繼承性鋯石特征; 并有證據(jù)顯示, 巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖具明顯殼-幔混合源特征[21,22,28,40], 東準(zhǔn)噶爾地區(qū)石炭紀(jì)火山巖中存有大量捕獲的早期巖漿結(jié)晶鋯石[23]以及區(qū)域上存有早石炭世以來(lái)準(zhǔn)噶爾洋盆殘余洋 殼[41–42]; 同時(shí)考慮到, 火山巖巖漿上升、冷卻速度快, 容易捕獲巖漿上升沿途圍巖中的鋯石。所以有理由相信, 區(qū)域上320 Ma左右火山噴發(fā)活動(dòng)很可能會(huì)卷入部分早期巖漿活動(dòng)的物質(zhì), 而譚佳奕等獲得的(350.0±6.3) Ma很可能代表了這一事件的混合年齡。晚古生代是準(zhǔn)噶爾地區(qū)構(gòu)造體制的重要轉(zhuǎn)折期, 構(gòu)造巖漿作用強(qiáng)烈, 晚石炭紀(jì)—二疊紀(jì)火山巖普遍發(fā)育, 且規(guī)模較大。張?jiān)群吞K玉平等樣品分別采自扎河壩和陸東-五彩灣地區(qū), 姑且不論用于定年的這些樣品是否來(lái)自巴塔瑪依內(nèi)山組, 上述地區(qū)早二疊世或更晚時(shí)代的火山巖或侵入巖脈大量發(fā) 育[18,29,43,44], 而廣泛的巖漿作用是否對(duì)這些巖石的鋯石產(chǎn)生影響, 值得考慮。李瑋等[16]的研究結(jié)果雖然與巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖的真實(shí)成巖年齡較為接近, 但同樣也需考慮定年樣品采集層位、是否存在捕獲的早期巖漿鋯石及后期巖漿作用的影響等問題。

表2?東準(zhǔn)噶爾地區(qū)石炭紀(jì)火山巖的Sm-Nd 同位素組成

注: 樣號(hào)中標(biāo)“*”者為玄武巖

圖6?玄武巖全巖Sm-Nd等時(shí)線圖解

Sm-Nd等時(shí)線法是20世紀(jì)70年代誕生的一種測(cè)年方法, 因其具有很高的封閉溫度(≥700 ℃)和很強(qiáng)抗擾動(dòng)能力而被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)年代學(xué)研究中, 是目前同位素地質(zhì)年代學(xué)中常用定年方法之一[45]。但其應(yīng)用條件近乎苛刻, 應(yīng)用等時(shí)線定年時(shí)樣品必須滿足如下假設(shè): (1)形成的時(shí)間應(yīng)相同或非常相近; (2)物質(zhì)來(lái)源具有同源性, 且形成前經(jīng)歷了均一化的初始同位素組成; (3)巖石形成以后始終保持著封閉體系; (4)測(cè)試樣品中Sm/Nd比值差異應(yīng)較為明 顯[45–46]。本文樣品采自巴塔瑪依內(nèi)山北側(cè), 卡拉麥里地區(qū)松喀爾蘇附近, 巖石出露條件好, 橫向可與巴塔瑪依內(nèi)山一帶巴塔瑪依內(nèi)山組相連, 代表了巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖。測(cè)試結(jié)果表明樣品Sm/Nd、147Sm/144Nd差異較大,143Nd/144Nd變化較小,Nd()均大于0, 介于3.66~3.67之間, 明顯區(qū)別于殼源成因火山巖, 而顯示出虧損地幔源區(qū)的特征, 盡管較低的Nd()值暗示巖石在成巖之前可能曾發(fā)生過(guò)一定的殼-幔相互作用, 因?yàn)榈蒯Ｐㄈ廴谛纬傻膷u弧型巖漿常具有這樣的特征[47], 但近乎相同的Nd()、2DM以及相似的主元素、微量元素和稀土元素特征, 表明這一殼-幔作用不可能是由巖漿上升途中地殼物質(zhì)的混染所引起, 更可能是巖漿源區(qū)混合的結(jié)果, 而且混合較為徹底, Sm-Nd同位素體系經(jīng)歷了完全的均一化, 并在后續(xù)巖漿演化中一直保持著好的封閉條件。因此, 本次測(cè)試的火山巖樣品完全滿足Sm-Nd等時(shí)線定年的前提。8個(gè)樣品點(diǎn)表現(xiàn)出良好的線性相關(guān)性(圖6), 獲得的玄武巖全巖Sm-Nd等時(shí)線年齡為(319.7±5.9) Ma, 這不僅與整個(gè)準(zhǔn)噶爾地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景相吻合, 也與來(lái)自大多古化石的證據(jù)基本一致, 應(yīng)代表了東準(zhǔn)噶爾地區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖的形成年齡。

5.2?構(gòu)造環(huán)境

東準(zhǔn)噶爾地區(qū)發(fā)育多條蛇綠巖帶, 卡拉麥里蛇綠巖帶就是其中最為重要的一條, 被認(rèn)為是晚古生代古亞洲洋北部重要分支洋盆的遺跡[3,20,48], 為古亞洲洋最后的閉合線之一[48]。但目前對(duì)卡拉麥里蛇綠巖帶所代表的分支洋盆具體性質(zhì)還有爭(zhēng)議。已有的研究表明, 泥盆紀(jì)期間在西伯利亞板塊與哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊之間存在一個(gè)橫跨新疆北部的古大洋, 肖序常等將其定名為準(zhǔn)噶爾洋[3]。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為卡拉麥里蛇綠巖帶可與西準(zhǔn)噶爾達(dá)拉布特蛇綠巖相連, 一起代表了該大洋洋殼的殘片[3]。對(duì)此, 部分學(xué)者提出了異議, 指出卡拉麥里蛇綠巖帶所代表的分支洋盆遠(yuǎn)非有如此大的規(guī)模, 而是僅局限于現(xiàn)今扎河壩-卡拉麥里構(gòu)造帶之間的一有限洋盆, 命名為卡拉麥里洋, 同為泥盆紀(jì)初期形成, 并具弧后盆地性質(zhì)[19–20], 屬前述準(zhǔn)噶爾洋的一部分。以往建立于大準(zhǔn)噶爾洋基礎(chǔ)之上的學(xué)者, 多認(rèn)為晚古生代古亞洲洋的演化是單極的北向俯沖消減和中亞造山帶南向增生過(guò)程[49], 而忽略了扎河壩-卡拉麥里之間南向洋-陸相互作用構(gòu)造體制的存在。近年來(lái), 隨著在扎河壩地區(qū)具島弧性質(zhì)的鉀質(zhì)玄武巖[50]、玻安巖[51]、埃達(dá)克巖[52–53]、富鈮玄武巖[53–54]以及具超高壓變質(zhì)成因的石英菱鎂巖、榴輝巖和石榴角閃巖[55–57]的相繼發(fā)現(xiàn), 人們逐漸意識(shí)到早泥盆世開始古亞洲洋不僅存在北向西伯利亞板塊俯沖消減, 南向哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊的俯沖作用也同樣存在[51–54,57], 并沿扎河壩-克拉瑪依一線形成一條橫貫東西準(zhǔn)噶爾北緣的大洋板塊超深俯沖帶[57–58]。目前關(guān)于北向俯沖帶相應(yīng)的弧盆體系已被系統(tǒng)識(shí)別出來(lái)[52,59], 而南帶還未見有明確的文獻(xiàn)報(bào)道, 不過(guò)扎河壩地區(qū)下泥盆統(tǒng)托讓格庫(kù)都克組火山巖形成于島弧環(huán)境[50], 以及卡拉麥里蛇綠巖所代表的洋殼具弧后盆地性質(zhì)[19–20], 反映了南向俯沖帶也確有與洋殼俯沖消減相關(guān)溝-弧-盆體系的存在。最近汪幫耀等[20]在卡拉麥里紅柳溝地區(qū)獲得蛇綠巖中輝長(zhǎng)巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(329.9±1.6) Ma, 不僅說(shuō)明卡拉麥里蛇綠巖所代表的洋盆在這一時(shí)期還沒有完全閉合, 洋中脊仍在活動(dòng)并產(chǎn)生新的洋殼, 同時(shí)也揭示了早石炭世晚期卡拉麥里洋以北的古亞洲洋南向俯沖消減作用仍在繼續(xù)。而東準(zhǔn)噶爾地區(qū)大面積出露與造山后伸展相關(guān)的311~305 Ma堿性花崗巖[23]和具裂谷特征的早二疊世火山巖[43–44], 指示了陸-陸拼貼和造山作用的結(jié)束。由此看來(lái), 東準(zhǔn)噶爾地區(qū)古亞洲洋的最終閉合時(shí)間應(yīng)在(329.9±1.6) Ma ~ 311 Ma之間的某個(gè)時(shí)間段。而對(duì)具體的洋-陸轉(zhuǎn)換時(shí)限的界定, 形成于(319.7±5.9) Ma的巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖構(gòu)造環(huán)境的確定成為關(guān)鍵。

研究表明, 巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖具玄武巖-安山巖-英安巖-流紋巖組合特征。玄武巖主元素具低TiO2、高Al2O3、高K2O及ALK的特點(diǎn), 屬高鉀的鈣堿性火山巖系。Nb、Ta豐度低, 分別為2.1~5.6 μg/g(平均3.4 μg/g)和0.16~0.42 μg/g (平均0.27μg/g)。微量元素MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中大離子親石元素Th、Rb、Ba和K富集強(qiáng)烈, 高場(chǎng)強(qiáng)元素Na、Ta和Ti虧損顯著。ΣREE普遍較低, Eu和Ce異常不明顯, 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式屬輕稀土富集型。(143Nd/144Nd)i偏低,Nd()具較小的正值(3.66~3.67)。以上表明, 巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖與典型火山弧型火山巖較為相似, 而與板內(nèi)玄武巖存在明顯的區(qū)別。

前人對(duì)巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖也開展了一些研究, 巖石學(xué)和地球化學(xué)也表現(xiàn)出與本文相似的特征, 但對(duì)巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖形成的構(gòu)造環(huán)境的認(rèn)識(shí)卻存在著分歧, 多數(shù)學(xué)者傾向形成于造山后伸展環(huán)境[22–23], 也有部分認(rèn)為形成于火山弧環(huán)境[16,21]。的確, 強(qiáng)烈的地殼混染作用也可使板內(nèi)玄武巖表現(xiàn)出消減帶火山巖的特征[34,36], 但東準(zhǔn)噶爾地區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖巖石類型復(fù)雜, 無(wú)明顯“雙峰式”組合特征, 也未見有輝長(zhǎng)輝綠巖墻和巖脈群的伴生, 地球化學(xué)上屬鈣堿性火山巖系, 并具較低的Th/Ta、HFSE豐度和較高的Nd()以及較小的87Sr/86Sr和(143Nd/144Nd)i[16,21–23], 整體表現(xiàn)出與典型造山后伸展背景火山巖[34]明顯不同的特征。同時(shí)考慮到, 該套火山巖具相當(dāng)大的規(guī)模及其多期次噴發(fā)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn), 也可排除其形成于造山后初期伸展階段的可能。

在構(gòu)造環(huán)境判別圖解中(圖7a—圖7d), 樣品點(diǎn)全部落入火山弧和洋中脊火山巖區(qū)。通常弧后盆地火山巖兼具洋中脊和島弧火山巖的特征[35]。那么東準(zhǔn)噶爾地區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖有可能產(chǎn)于弧后盆地環(huán)境。利用Tb-Th-Ta圖解(圖7e)進(jìn)一步驗(yàn)證, 發(fā)現(xiàn)確有部分樣品落入弧后盆地區(qū), 盡管在島弧和板內(nèi)火山巖區(qū)也有相當(dāng)?shù)姆植? 但多數(shù)聚集于三者的過(guò)渡區(qū)。在Zr/Y-Zr圖解(圖7f)中也表現(xiàn)出類似的特征, 也集中位于島弧、洋中脊和板內(nèi)三者的過(guò)渡區(qū)。研究表明, 弧后盆地早期張開階段, 因巖漿源區(qū)可能受到包含地幔、俯沖板片和地殼在內(nèi)的多種端員物質(zhì)的影響, 常會(huì)形成類板內(nèi)伸展減薄環(huán)境火山巖和島弧火山巖, 之后隨著擴(kuò)張作用的持續(xù)和俯沖消減作用影響的減弱, 弧后盆地逐漸向成熟階段發(fā)展, 并漸變到正常洋脊玄武巖[35,69,70]。以上表明, 東準(zhǔn)噶爾巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖確有可能形成于弧后盆地環(huán)境。為了對(duì)比起見, 將世界上一些典型的弧后盆地火山巖也落入3Tb-Th-2Ta圖解(圖7e)和Zr-Zr/Y圖解(圖7f)中, 結(jié)果顯示, 巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖投點(diǎn)范圍與世界典型弧后盆地火山巖基本一致, 證實(shí)了巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖形成于弧后盆地環(huán)境的認(rèn)識(shí)。但其間有類板內(nèi)伸展環(huán)境火山巖的產(chǎn)出, 暗示了該弧后盆地還是一個(gè)處于早期發(fā)展階段的不成熟弧盆, 盡管洋脊巖漿活動(dòng)已經(jīng)開始。此外還發(fā)現(xiàn), 北部扎河壩地區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖弧后盆地性質(zhì)最為明顯, 并顯現(xiàn)出明顯的N-MORB和島弧過(guò)渡型火山巖特征; 中部卡拉麥里松喀爾蘇地區(qū)表現(xiàn)為陸緣弧鈣堿性火山巖性質(zhì); 南部近準(zhǔn)噶爾板塊腹地的陸東-五彩灣地區(qū)顯示出部分板內(nèi)火山巖特征, 并靠近E-MORB。這一趨勢(shì)表明了, 早石炭世末期東準(zhǔn)噶爾地區(qū)依然存在著古亞洲洋的南向俯沖作用, 卡拉麥里弧后盆地的發(fā)展是由北至南進(jìn)行的。弧后盆地的形成通常是由于洋殼的俯沖引起島弧后方地幔物質(zhì)大量上隆并誘發(fā)弧后持續(xù)擴(kuò)張的結(jié)果[35]。早石炭世晚期東準(zhǔn)噶爾地區(qū)洋殼俯沖作用的存在, 說(shuō)明其弧后擴(kuò)張作用還在進(jìn)行。扎河壩地區(qū)由于靠近俯沖帶, 弧后擴(kuò)張較早, 所以其火山巖弧后盆地特征最為明顯; 而陸東-五彩灣地區(qū)遠(yuǎn)離俯沖帶接近陸緣, 弧后擴(kuò)張最晚, 巖石圈減薄有限, 正處于弧后盆地初期板內(nèi)伸展裂陷階段, 從而造成了部分學(xué)者將該區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖誤認(rèn)為形成于板內(nèi)伸展環(huán)境; 卡拉麥里地區(qū)空間上介于扎河壩和陸東-五彩灣之間, 火山巖所表現(xiàn)出的陸緣弧特征實(shí)屬前兩類火山巖的過(guò)渡類型。

圖7?東準(zhǔn)噶爾地區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖構(gòu)造判別圖解

圖7a(據(jù)Pearce.[60])中: VAB–火山島弧玄武巖; MORB–洋脊玄武巖; WPB–板內(nèi)玄武巖。圖7b(據(jù)Pearce.[60])中: A–島弧拉斑玄武巖; B–島弧和洋脊玄武巖; C–島弧鈣堿性玄武巖; D–板內(nèi)玄武巖。圖7c(據(jù)Wood[61])中: A–正常洋脊拉斑玄武巖; B–富集洋脊和板內(nèi)拉斑玄武巖; C–板內(nèi)堿性玄武巖; D–島弧玄武巖。圖7d(據(jù)Meschede[62])中: A1+A2–板內(nèi)堿性玄武巖; A2+C–板內(nèi)拉斑玄武巖; B–P型MORB; D–N型MORB; C+D–火山弧玄武巖。圖7e(據(jù)Cabanis.[63]): N-MORB–N型洋脊玄武巖; E-MORB–E型洋脊玄武巖; OIB–洋島玄武巖; TA–島弧拉斑玄武巖; CA–島弧鈣堿性玄武巖; BA–弧前及弧后盆地玄武巖; TC–大陸拉斑玄武巖; AC–大陸堿性玄武巖。圖7f(據(jù)Pearce.[64]): MORB–洋脊玄武巖; IAB–島弧玄武巖。陸東-五彩灣數(shù)據(jù)據(jù)趙霞等[22]、吳小奇等[40]和毛治國(guó)等[28]; 扎河壩數(shù)據(jù)據(jù)龍曉平等[21]; Lau Basin數(shù)據(jù)據(jù)Tian.[65]; Bransfield Strait Basin數(shù)據(jù)據(jù)Keller.[66]; East Scotia Basin數(shù)據(jù)據(jù)Fretzdorff.[67]和Saunders.[68]

綜上所述, 東準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚古生代區(qū)域構(gòu)造演化遠(yuǎn)非單一的古亞洲洋北向俯沖和中亞造山帶南向增生過(guò)程, 其表現(xiàn)更為復(fù)雜, 在北向俯沖的同時(shí)還存在南向的洋殼消減作用。早泥盆世初期直至320 Ma左右的持續(xù)南向俯沖造就了東準(zhǔn)噶爾地區(qū)扎河壩下泥盆統(tǒng)托讓格庫(kù)都克組火山巖代表的島弧和卡拉麥里蛇綠巖代表的卡拉麥里不成熟弧后盆地的生成。東準(zhǔn)噶爾地區(qū)石炭系巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖就是該不成熟弧后盆地的產(chǎn)物。319.7 ~311 Ma由于中亞造山帶持續(xù)南向增生并最終導(dǎo)致卡拉麥里弧盆北側(cè)古亞洲洋的消亡, 進(jìn)而迫使卡拉麥里弧盆北向消減而閉合。

5.3?成巖過(guò)程

如前所述, 巴塔瑪依內(nèi)山組玄武巖、玄武安山巖的形成是巖漿源區(qū)混合的結(jié)果, 其中較低的143Nd/144Nd和較高的Nd(), 說(shuō)明其主要來(lái)源應(yīng)為虧損的地幔物質(zhì)。另外, 這些火山巖形成于與俯沖消減作用相關(guān)的弧后盆地環(huán)境, 巖漿源區(qū)還可能包含了俯沖洋殼、地殼物質(zhì)及它們流體在內(nèi)的多端員組分的貢獻(xiàn)。研究表明, 消減沉積物一般具較高的Th含量, 較低的Ce/Th值(≈8)和Ba/Th值(≈111)[71]。而巴塔瑪依內(nèi)山組玄武巖和玄武安山巖Ce/Th值為5.2~16.4(平均10.19), Ba/Th值為67~213(平均127), 缺乏明顯的負(fù)Ce異常, 因此可以排除消減沉積物熔體加入的可能[72–73]。同時(shí), 低的Nb含量(2.1~5.6 μg/g, 平均3.4 μg/g)也與俯沖板片部分熔融產(chǎn)生的玄武質(zhì)火山巖(Nb>7.0 μg/g)存在明顯的不同[74–75]。另外, 高Ba/La值可用來(lái)作為表征流體來(lái)源于消減沉積物和玄武質(zhì)洋殼的重要參數(shù)[76], La/Yb值被認(rèn)為是判別熔體來(lái)源于消減板片的有效指標(biāo)[77], 因此, 可以利用Ba/La-La/Yb圖解來(lái)判別火山巖形成過(guò)程中是否存在消減洋殼及上覆沉積物的參與情況。在Ba/La-La/Yb圖解中(圖8), 除1個(gè)樣品外, 其他火山巖樣品均靠近虧損地幔而遠(yuǎn)離沉積物和俯沖板片熔體成分區(qū), 也顯示了與俯沖洋殼及消減沉積物關(guān)系不大的特點(diǎn)。但所表現(xiàn)出來(lái)的與殼-?；旌献饔孟嚓P(guān)的火山弧火山巖巖石化學(xué)特征, 很可能暗示了它們的成巖過(guò)程是：古亞洲洋持續(xù)南向俯沖, 導(dǎo)致了島弧后方卡拉麥里地區(qū)幔源物質(zhì)大量上隆并引起弧后擴(kuò)張; 消減沉積物和(或)俯沖洋殼因變質(zhì)脫水而產(chǎn)生流體, 誘使上覆地幔楔物質(zhì)發(fā)生部分熔融形成玄武質(zhì)巖漿, 并不斷底侵至殼幔邊界, 加熱下地殼, 引發(fā)少量主體由不同古生代殘余洋殼和島弧體系組成的年輕地殼物質(zhì)[79]的部分熔融, 并發(fā)生相互較完全的混合和Sm-Nd同位素組成的均一化作用; 而后, 隨著混合巖漿的不斷聚集和構(gòu)造伸展作用的進(jìn)一步持續(xù), 巖漿沿構(gòu)造薄弱帶快速上升至地表, 噴發(fā)成巖。

圖8?Ba/La-La/Yb圖解(據(jù)朱弟成等[78])

6?結(jié)?論

(1)東準(zhǔn)噶爾卡拉麥里地區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組玄武巖屬高鉀鈣堿性火山巖系, 微量元素和稀土元素特征相似, (143Nd/144Nd)i變化幅度小,Nd()和2DM近乎相同, 具同源巖漿演化特征和好的封閉條件, Sm-Nd全巖等時(shí)線年齡為(319.7±5.9) Ma, 代表了東準(zhǔn)噶爾巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖的形成時(shí)代。

(2)準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚古生代區(qū)域構(gòu)造背景復(fù)雜, 位于西伯利亞板塊和哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊之間的古亞洲洋存在雙向俯沖消減過(guò)程, 兩側(cè)相應(yīng)弧盆體系發(fā)育。南帶位于扎河壩-克拉瑪依一線, 俯沖作用自早泥盆世初期開始, 并至少延續(xù)至(319.7±5.9) Ma。持續(xù)的南向俯沖造就了東準(zhǔn)噶爾地區(qū)扎河壩下泥盆統(tǒng)托讓格庫(kù)都克組火山巖代表的島弧和卡拉麥里蛇綠巖代表的卡拉麥里不成熟弧后盆地的生成。東準(zhǔn)噶爾地區(qū)石炭系巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖就是該過(guò)程不成熟弧后盆地的產(chǎn)物。319.7 ~311 Ma由于中亞造山帶持續(xù)南向增生并最終導(dǎo)致卡拉麥里弧盆北側(cè)古亞洲洋的消亡, 進(jìn)而迫使卡拉麥里弧盆北向消減而閉合。

(3)巴塔瑪依內(nèi)山組玄武巖、玄武安山巖的形成是巖漿源區(qū)以虧損地幔物質(zhì)為主的殼-幔巖漿混合的結(jié)果。其成因與晚古生代古亞洲洋南向俯沖密切相關(guān)。成巖過(guò)程可能是：古亞洲洋持續(xù)南向俯沖, 導(dǎo)致了島弧后方卡拉麥里地區(qū)幔源物質(zhì)大量上隆并引起弧后擴(kuò)張; 消減沉積物和(或)俯沖洋殼因變質(zhì)脫水而產(chǎn)生流體, 誘使上覆地幔楔物質(zhì)發(fā)生部分熔融, 形成的玄武質(zhì)巖漿上移并不斷底侵至殼幔邊界, 引起少量主體由不同古生代殘余洋殼和島弧體系組成的年輕地殼物質(zhì)部分熔融生成巖漿, 并發(fā)生相互混合, 而后隨著混合巖漿的不斷聚集和構(gòu)造伸展作用的進(jìn)一步持續(xù), 巖漿沿構(gòu)造薄弱帶快速上升至地表, 噴發(fā)成巖。

(4)東準(zhǔn)噶爾地區(qū)巴塔瑪依內(nèi)山組火山巖巖漿來(lái)源以幔源物質(zhì)為主, 成礦物質(zhì)基礎(chǔ)優(yōu)越, 具備與消減帶相關(guān)的多金屬礦床的產(chǎn)出條件, 找礦前景值得期待。

野外工作期間得到了武警黃金第八支隊(duì)的幫助和支持; 薄片鑒定工作得到了武警黃金地質(zhì)研究所張勇高級(jí)工程師的幫助; 評(píng)審專家及編輯部老師對(duì)本文提出了重要的修改意見和建議, 在此一并致以衷心的感謝。

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Whole-rock Sm-Nd isochron age of Carboniferous volcanic rocks in eastern Junggar and its tectonic significance

ZHANG Feng1,2*, XU Tao2, FAN Jun-jie2, PAN Ai-jun2, WANG Bin2and CHAO Yin-yin2

1. China University of Geosciences, Beijing?100083, China; 2. Gold Geological Institute of CAPF, Langfang?065000, China

The volcanic rocks from Carboniferous Batamayineishan formation in eastern Junggar basin, widely distributed with huge scale, have long been debated on the formation age and tectonic setting. Petrological, petrogeochemical and Sm-Nd isotopic geochemical characteristics indicate that the basalts and basaltic andesites of the formation are of high-K calc-alkaline volcanic series, with similar characteristics of trace elements and REE and similar values of (143Nd/144Nd)i,Nd() and2DM, suggesting that they have homologous magmatic evolution features and good enclosed conditions. The basalt whole rock isochron age by Sm-Nd isochron dating method is (319.7±5.9) Ma, with (143Nd/144Nd)i= 0.512414±0.000006, MSWD = 0.34, which is consistent with the regional tectonic background and the existing fossil evidence. It is represents the volcanic rock formation age. Paleoasian Ocean between the Siberian and Kazakhstan-Junggar plates existed bidirectional subduction process. Southward subduction zone located along Zhaheba-Karamay, the subduction continued until at least (319.7±5.9) Ma. The continued southward subduction created an island arc that represented by Tuoranggekuduoke formation volcanic rocks and the Kalamaili immature back-arc basin that represented by Karameh ophiolite on Lower Devonian of Zhaheba in the East Junggar. The East Junggar Carboniferous Batamayineishan formation volcanic rocks are the products of immature back-arc basin, and the diagenetic mechanism may be that the subduction of the PaleoAsian Ocean trigger the evolvement of a large amount of mantle material in Kalamaili, and dehydration partial melting of subducted sediments and/or oceanic crust, the generated basaltic magmas constantly underplated to the crust-mantle boundary and heated the lower crust and triggered the formation of small amount of magmas by partial melting of young lower crust which was mainly composed of Paleozoic remnant oceanic crust and arc complex. The two types of magma mixed. Thereafter, as the mixed magma continued to gather and tectonic extension in further sustained, part of them removed upward along the structural belt, and erupted. During 319.7–311 Ma, continued southward accretion eventually led to the closure of the Paleoasian in the north side of Karameh back-arc basin, and consequently forced the northward subduction and closure of Karameh back-arc basin.

volcanic rocks; Sm-Nd isochron age; back-arc basin; Carboniferous; Batamayineishan Formation; eastern Junggar

P597

A

0379-1726(2014)03-0301-16

2013-01-29;

2013-04-20;

2013-04-24

國(guó)土資源部地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查專項(xiàng)評(píng)價(jià)項(xiàng)目(1212010913028, 1212011085018)

張峰(1977–), 男, 博士研究生、工程師, 成礦規(guī)律與成礦預(yù)測(cè)專業(yè)。

ZHANG Feng, E-mail: zf75738635@163.com; Tel: +86-316-5909516