西準(zhǔn)噶爾謝米斯臺(tái)山西緣中志留世火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年及構(gòu)造意義

孫勇，李永軍，楊高學(xué)，易善鑫，張勝龍，孫羽，王軍年

（1.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；2.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第七地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏蘇 833000）

西準(zhǔn)噶爾謝米斯臺(tái)山西緣中志留世火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年及構(gòu)造意義

孫勇1，李永軍1，楊高學(xué)1，易善鑫1，張勝龍1，孫羽1，王軍年2

（1.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；2.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第七地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏蘇 833000）

西準(zhǔn)噶爾博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧內(nèi)謝米斯臺(tái)山西緣沙爾布爾組出露一套安山巖-輝石安山巖組合，通過(guò)1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查對(duì)其中的輝石安山巖進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年，獲得年齡為（428.7±2.7）Ma（n=17，MSWD= 0.07，95%置信度）。據(jù)此確定該輝石安山巖形成于中志留溫洛克世霍姆期，為沙爾布爾組年齡時(shí)限提供了科學(xué)依據(jù)，證實(shí)博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧的島弧建造起始時(shí)間可能至少提前至中志留世，而非晚志留世。

西準(zhǔn)噶爾；謝米斯臺(tái)山西緣；沙爾布爾組；LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年；中志留世

新疆西準(zhǔn)噶爾是中亞古生代俯沖-增生復(fù)合造山帶的主要組成部分［1-7］，主要由一系列增生雜巖帶、古生代巖漿弧構(gòu)成［8-10］。其中，博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧的島弧建造時(shí)代被認(rèn)為是早古生代，但缺乏確切依據(jù)［11］。Chen et al.認(rèn)為其形成時(shí)代為晚志留—早泥盆世［12］，近年來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了晚志留世與洋殼俯沖有關(guān)的流紋巖和早泥盆世埃達(dá)克巖［13-14］，有學(xué)者在該弧中發(fā)現(xiàn)早石炭世島弧火山巖，推測(cè)該火山弧巖漿活動(dòng)一直持續(xù)到早石炭世［15］。其構(gòu)造動(dòng)力學(xué)演化是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外地學(xué)界的研究熱點(diǎn)［12］。作者通過(guò)1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，在該火山弧內(nèi)的謝米斯臺(tái)山西緣沙爾布爾組中發(fā)現(xiàn)一套具島弧性質(zhì)的中基性火山巖，通過(guò)LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年確定其形成于中志留世。表明博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧的島弧建造起始時(shí)間至少提前至中志留世，而非前人認(rèn)為的晚志留世。沙爾布爾組中志留世火山巖的發(fā)現(xiàn)，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧建造時(shí)限和演化歷史提供了新證據(jù)。

1 地質(zhì)背景及巖石特征

西準(zhǔn)噶爾位于哈薩克斯坦板塊、塔里木板塊和西伯利亞板塊交匯的中亞增生造山帶關(guān)鍵部位［4，7，16-17］，受古亞洲洋和周邊造山帶的發(fā)展演化及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，經(jīng)歷了多階段不同性質(zhì)的構(gòu)造變革［5，18-20］。其中，早古生代博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧位于西準(zhǔn)噶爾北緣，向西延伸至哈薩克斯坦東部地區(qū)（圖1-a）［14］，南側(cè)與西準(zhǔn)噶爾增生雜巖帶以謝米斯臺(tái)斷裂為界，北側(cè)與晚古生代扎爾瑪-薩吾爾巖漿弧大致以庫(kù)吉拜-和布克賽爾-洪古勒楞蛇綠巖帶為界［8，9，11，12，21］。該弧在中國(guó)境內(nèi)主要由中奧陶—早泥盆世火山巖、火山碎屑沉積巖構(gòu)成，并出露晚志留—早泥盆世中基性侵入巖［22］。研究區(qū)最新發(fā)現(xiàn)的火山巖位于博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧之謝米斯臺(tái)山西緣一帶的中志留世沙爾布爾組內(nèi)。沙爾布爾組與泥盆系以謝米斯臺(tái)斷裂為界，與下志留統(tǒng)恰爾尕也組（采集到珊瑚化石：Mesofavositessp.，Halysitessp.等；三葉蟲(chóng)：Encrinurussp.；腕足：Atrypasp.及層孔蟲(chóng)、短劍類(lèi)等）呈整合接觸關(guān)系，上與早石炭世江孜爾庫(kù)都克組呈角度不整合接觸（圖1-b，c）。經(jīng)詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查了解到沙爾布爾組在研究區(qū)內(nèi)分布較廣，并向東延伸展布。

Ⅳ-Ⅳ′號(hào)實(shí)測(cè)剖面中主要出露一套火山巖及火山碎屑巖組合（圖1-c），巖性變化相對(duì)簡(jiǎn)單，其中火山巖主要為一套灰-灰紫色安山巖-輝石安山巖組合，野外露頭較好且較連續(xù)，出露厚度大于437.6 m；火山碎屑巖主要為灰綠色安山質(zhì)火山角礫巖，出露厚度大于356.4 m。地層產(chǎn)狀變化復(fù)雜，發(fā)育寬緩的褶皺構(gòu)造。Ⅳ-Ⅳ′號(hào)實(shí)測(cè)剖面第5層輝石安山巖為調(diào)查區(qū)分布最廣、延伸最長(zhǎng)的火山巖，具斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（圖2-a）。斑晶主要為斜長(zhǎng)石（30%～35%）及少量輝石（5%～10%），其中斜長(zhǎng)石多呈半自形板狀，粒徑0.2 mm×0.4 mm～1.5 mm×1.9 mm，發(fā)生一定程度的絹云母化、黝簾石化、綠泥石化，雙晶模糊，少量隱約可見(jiàn)環(huán)帶構(gòu)造，為中長(zhǎng)石；輝石主要呈半自形柱狀，粒徑0.4～1.5 mm，局部被綠泥石、碳酸鹽巖和綠簾石交代，分布不均?；|(zhì)（45%～55%）主要為交織結(jié)構(gòu)，主要組成為半自形板條狀、板狀斜長(zhǎng)石（30%～45%），粒徑多為0.01 mm×0.1 mm～0.05 mm×0.2 mm，發(fā)生一定程度蝕變，大致呈定向、半定向平行排列，其間充填褐色玻璃質(zhì)和少量輝石（小于10%），副礦物主要為少量的磁鐵礦（圖2-b）。SiO2的平均含量為59.09%，介于安山巖變化范疇53%～66%。

圖1 西準(zhǔn)噶爾大地構(gòu)造示意圖（a），研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖（b）及沙爾布爾組Ⅳ-Ⅳ′號(hào)剖面圖（c）Fig.1 Schematic tectonic map showing main tectonic units of the West Junggar（a），and geological map of study area（b），and numberⅣ-Ⅳ′section of the Shaerbuer Formation（c）

2 樣品的采集、制樣及分析方法

圖2 謝米斯臺(tái)山西緣火山巖宏觀特征（a）和鏡下（正交偏光）特征（b）Fig.2 Macroscopic（a）and microscopic（b）photos of volcanic rocks in the West of the Xiemisitai Mountain

用于LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年的樣品采于輝石安山巖（Ⅳ-1）中，采樣坐標(biāo)為東經(jīng)84°14′36″，北緯46°39′24″。樣品首先由新疆地礦局中心實(shí)驗(yàn)室使用常規(guī)重液浮選和電磁分離方法挑選出鋯石，然后在雙目鏡下?lián)喪伾?、自形程度、形態(tài)和透明度等特征初步分類(lèi)，挑選出具代表性的鋯石，將樣品分別用雙面膠粘在載玻片上，放上PVC環(huán)，然后將環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑進(jìn)行充分混合后注入PVC環(huán)中，待樹(shù)脂充分固化后將樣品座從載玻片上剝離，并對(duì)其進(jìn)行拋光，直到樣品露出一個(gè)光潔的平面，進(jìn)行鋯石顯微（反射光和透射光）照相。然后用體積百分比為3%的HNO3清潔樣品并鍍金作成樣品靶。

激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜（LAICP-MS）原位U-Pb定年在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)采用的ICP-MS為美國(guó)Agilent公司生產(chǎn)的Agilent7500a，激光剝蝕系統(tǒng)為德國(guó)MicroLas公司生產(chǎn)的GeoLas200 M，該系統(tǒng)由德國(guó)Lambda Physik公司的ComPex102 ArF準(zhǔn)分子激光器（波長(zhǎng)193nm）與MicroLas公司的光學(xué)系統(tǒng)組成。激光剝蝕斑束直徑為30 μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40μm。實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣，用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM610進(jìn)行儀器最佳化，采樣方式為單點(diǎn)剝蝕。數(shù)據(jù)采集選用一個(gè)質(zhì)量峰一點(diǎn)的跳峰方式，每完成4～5個(gè)待測(cè)樣品測(cè)定，插入測(cè)標(biāo)樣一次。在所測(cè)鋯石樣品10～15個(gè)點(diǎn)前后各測(cè)2次NIST SRM 610。鋯石年齡采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。元素含量采用NIST SRNI 610作為外標(biāo)。由于SiO2在鋯石中含量較恒定，選擇29Si作為內(nèi)標(biāo)來(lái)消除激光能量在點(diǎn)分析過(guò)程中及分析點(diǎn)間的漂移，對(duì)大多數(shù)元素單點(diǎn)分析的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為5%～15%。具體分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見(jiàn)文獻(xiàn)［23-27］。采用Glitter（ver4.0，Macquarie University）程序?qū)︿喪耐凰乇戎导霸睾窟M(jìn)行計(jì)算。并按照Anderson Tom的方法，用LAM-ICPMS Common Lead Correction（ver3.15）對(duì)其進(jìn)行了普通鉛校正［28］。年齡計(jì)算及諧和圖采用Isoplot（ver3.0）完成［29-30］。

3 鋯石特征及分析結(jié)果

圖3 輝石安山巖的鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像及測(cè)點(diǎn)年齡Fig.3 CL photos and ages of the zircon from the pyroxene andesite

從樣品（Ⅳ-1）中選取的鋯石為無(wú)色-淺黃褐色透明-半透明，鋯石顆粒形狀較規(guī)則，粒徑多為60～100 μm，個(gè)別可達(dá)150 μm，長(zhǎng)寬比為3∶1～3∶2。CL圖像表現(xiàn)出典型的巖漿韻律環(huán)帶和明暗相間的條帶結(jié)構(gòu)（圖3-a），屬巖漿結(jié)晶鋯石。鋯石群形態(tài)單一，多數(shù)為巖漿活動(dòng)一次結(jié)晶形成，可代表沙爾布爾組火山巖成巖年齡。對(duì)全部樣品中17顆粒徑較大并符合測(cè)點(diǎn)要求的鋯石進(jìn)行U-Pb測(cè)年，由同位素比值和年齡數(shù)據(jù)可見(jiàn)（表1），鋯石具較高的Th/U比值（0.578～0.911），屬典型巖漿成因鋯石范圍［31-32］。17個(gè)測(cè)點(diǎn)的Th含量為68.63×10-6～177.59×10-6，U含量為108.07×10-6～221.66×10-6，且Th，U含量呈現(xiàn)出較好的正相關(guān)關(guān)系，與典型巖漿鋯石特征一致。這些測(cè)點(diǎn)多位于明顯的巖漿環(huán)帶上，顯示了巖漿成因鋯石特點(diǎn)。由于235U的衰變比238U快6.3倍，放射成因的207Pb在地球早期歷史中更豐富，顯生宙以來(lái)207Pb生成率很低，這種變化是顯生宙鋯石的207Pb計(jì)數(shù)速率低，造成207Pb測(cè)定誤差較大，使207Pb/206Pb和207Pb/235U比值可信度降低。因此，對(duì)于顯生宙鋯石，一般采用206Pb/238U年齡［33］。分析數(shù)據(jù)的206Pb/238U年齡最大值為（431±6）Ma，最小值為（427±6）Ma，樣品所有數(shù)據(jù)點(diǎn)集中分布在諧和曲線附近（圖3-b），17個(gè)鋯石最終測(cè)定的加權(quán)平均206Pb/238U年齡為（428.7±2.7）Ma（MSWD=0.07；95%置信度），按照最新國(guó)際地質(zhì)年代表和舒良樹(shù)的劃分方案［34-35］，屬中志留溫洛克世霍姆期，代表了輝石安山巖的形成年齡。

4 討論與結(jié)論

謝米斯臺(tái)山-賽爾山近EW向展布的博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧，主要由中奧陶—早泥盆世火山巖、火山碎屑沉積巖構(gòu)成，并出露晚志留—早泥盆世中基性侵入巖［12］，有學(xué)者推測(cè)其島弧建造發(fā)生在晚志留—早泥盆世［12，14，22］。博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧與北部晚古生代扎爾瑪-薩吾爾巖漿弧間發(fā)育一條由庫(kù)吉拜蛇綠巖、和布克賽爾蛇綠巖以及洪古勒楞蛇綠巖共同組成的近EW向的蛇綠巖帶，庫(kù)吉拜、洪古勒楞蛇綠巖的鋯石U-Pb年齡為478～409 Ma［3，21，36］，代表曾存在的一個(gè)弧間洋盆［37，38］。在博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧中發(fā)現(xiàn)了晚志留世與洋殼俯沖作用有關(guān)而形成的火山巖［13］，同時(shí)還有早泥盆世具埃達(dá)克巖性質(zhì)的阿克喬克巖體［14］，期間出現(xiàn)一系列與俯沖板片有關(guān)的巖石組合，說(shuō)明博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧此時(shí)可能存在年輕的熱洋殼俯沖作用。

圖4 輝石安山巖的鋯石U-Pb年齡諧和曲線圖Fig.4 U-Pb concordia diagrams of zircons for pyroxene andesite

筆者通過(guò)對(duì)沙爾布爾組火山巖進(jìn)行巖石地球化學(xué)研究表明，巖石屬鈣堿性系列，具富Na貧K，高Si，Sr，Mg#低Y，Yb值，高Sr/Y、Y/Yb比值，具有輕微的負(fù)Eu異常，并相對(duì)富集大離子親石元素（Ba，Rb，Sr，Th）和LREE、強(qiáng)烈虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb-Ta，Ti和HREE的地球化學(xué)特征，呈現(xiàn)出消減帶巖漿的特征，形成于俯沖島弧環(huán)境，可能與俯沖板片熔體對(duì)地幔楔的交代作用有關(guān)。

分析樣品鋯石的Th/U比值屬典型巖漿成因鋯石的范圍，表明沙爾布爾組輝石安山巖鋯石是從巖漿結(jié)晶的，輝石安山巖樣品的加權(quán)平均206Pb/238U年齡為（428.7±2.7）Ma，屬中志留溫洛克世霍姆期。LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果表明，謝米斯臺(tái)山西緣火山巖形成的時(shí)代與現(xiàn)在認(rèn)識(shí)的博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧島弧建造時(shí)代（晚志留-早泥盆世）很接近［12］，略早于前人所認(rèn)為的該巖漿弧的形成時(shí)代，表明在中志留世該巖漿弧可能已進(jìn)入洋內(nèi)俯沖階段。博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧島弧建造可能至少提前至中志留世，而并非前人認(rèn)為的晚志留世。對(duì)研究博什庫(kù)爾-成吉斯巖漿弧的建造時(shí)限及沙爾布爾組年齡界定具重要意義。

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Zircon LA-ICP-MS U-Pb Dating and Tectonic Settings Implication of the Middle Silurian Volcanic Rocks in the West of Xiemisitai Mountain，West Junggar

Sun Yong1，Li Yongjun1，Yang Gaoxue1，Yi Shanxin1，Zhang Shenglong1，
Sun Yu1，Wang Junnian2
（1.Earth Science&Resources College of Chang’an University，Key laboratory of Western China，Mineral Resources and Geological Engineering，Ministry of Education，Xi’an，Shaanxi，710054，China；2.No.7 Geological Survey Team，Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resource Exploration，Wusu，Xinjiang，833000，China）

The Shaerbuer Formation of the western part of Xiemisitai Mountains，northern West junggar located in the Boshchekul-Chingiz island arc，they composed of andesite and pyroxene andesite，LA-ICP-MS dating was used to determine the zircons from pyroxene andesite by the 1:50000 regional geological survey and yielded zircon U-Pb age value of（428.7±2.7）Ma（n=17，MSWD=0.07，95%confidence）.It confirms the volcanic rocks belongs to the Wenlock Epoch of Middle Silurian and restricts the date of Shaerbuer formation scientifically，and conforms the magmatic arc construction of Boshchekul-Chingiz island arc advance to the Middle Silurian，rather than the Late Silurian previously.

Shaerbuer Formation；LA-ICP-MS zircon U-Pb dating；Middle Silurian；The west of Xiemisitai Mountain；West Junggar

1000-8845（2015）01-27-06

P534.43P588.14

A

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)專(zhuān)項(xiàng)（1212011120516）項(xiàng)目資助

2014-03-04；

2014-03-31；作者E-mail：418261114@qq.com

孫勇（1990-），男，安徽利辛人，長(zhǎng)安大學(xué)2012級(jí)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)闃?gòu)造地質(zhì)學(xué)

李永軍（1961-），男，教授，博士生導(dǎo)師，從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究.E-mail：yongjunl@chd.edu.cn