伊寧地塊阿騰套山一帶大哈拉軍山組流紋巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

王偉寧，滕明耀，羅耀清，羅 鑫，李宇航

（長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054）

天山造山帶位于中亞造山帶西南緣，由一系列古生代島弧、蛇綠巖套、增生楔、大洋高原和微板塊等俯沖增生型 塊 體 組 成（圖1a）(Windley et al.，1990;Allen et al.，1993;Gao et al.，1998;Xiao et al.，2004)。處于天山造山帶腹地的伊寧地塊，是一個被北界NWW向博羅科努斷裂和南界NEE向那拉提北緣斷裂圍限的近三角形區(qū)域（圖1b）（李永軍，2019）。伊寧地塊位于天山造山帶西部，中亞造山帶西南緣，是一個重要的晚古生代碰撞造山帶和典型的增生型造山帶。長久以來，學(xué)者們伊寧地塊晚古生代構(gòu)造環(huán)境和動力學(xué)背景存在很大爭議，有學(xué)者認為其產(chǎn)于大陸裂谷、地幔柱有關(guān)的裂谷環(huán)境，（夏林圻等，2004；夏林圻等，2002；王廣瑞等，1996），也有學(xué)者認為其產(chǎn)于島弧環(huán)境、大陸弧、非典型裂谷等（朱永峰等，2005；郭璇等，2006；邵鐵全等，2006；孫林華等，2007；王博等，2006）。

在最新的研究中，伊寧地塊西南部的阿騰套山一帶早石炭世大哈拉軍山組中發(fā)現(xiàn)有成因特殊的（346～338Ma）球泡流紋巖（李永軍等，2018）、雙峰式玄武安山巖和流紋巖（Wang et al.，2018）以及高鎂安山巖（Wang et al.，2019），而在阿騰套山一帶大哈拉軍山組中普遍存在的流紋巖的地球化學(xué)特征卻不明確。據(jù)此，本文通過對阿騰套山一帶大哈拉軍山組中普遍存在的流紋巖進行地球化學(xué)特征研究，以期為該地區(qū)大哈拉軍山組巖石成因與構(gòu)造背景提供參考資料及地球化學(xué)約束條件。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

阿騰套山位于新疆昭蘇縣南部，呈NE向分布，大地構(gòu)造屬于伊寧地塊，地層出露以石炭系為主，并被早石炭世～早二疊世花崗巖類和早二疊世基性巖枝巖脈侵入（圖1c）。阿騰套山一帶石炭紀地層從下到上依次為早石炭世大哈拉軍山組（C1d）火山巖建造、早石炭世阿克沙克組（C1a）陸源碎屑巖-碳酸巖建造、晚石炭世伊什基里克組（C2y）火山巖建造。其中，大哈拉軍山組與阿克沙克組呈斷層或相不整合接觸，并非是區(qū)域上前人劃分的角度不整合接觸，研究區(qū)內(nèi)未見下伏地層，但1：20萬昭蘇幅內(nèi)可見與下伏地層震旦紀水泉組呈角度不整合接觸；阿克沙克組與伊什基里克組之間為區(qū)域性角度不整合接觸。本文所研究的流紋巖樣品取自于阿騰套山東北部的大哈拉軍山組PM203和PM204剖面。

阿騰套山一帶的大哈拉軍山組火山巖普遍比較新鮮，爆發(fā)相和噴溢相均有出現(xiàn)。根據(jù)火山巖相特征，將其分為火山熔巖、火山碎屑巖兩大類。火山熔巖巖石類型主要為流紋巖、球泡流紋巖、安山巖，玄武巖出露較少；火山碎屑巖有中酸性凝灰?guī)r、火山角礫巖、含角礫凝灰?guī)r?？傮w為一套淺海相-海陸交互相火山熔巖、火山碎屑巖、潛火山巖組合。大哈拉軍山組火山巖在研究區(qū)內(nèi)以火山碎屑巖厚度最大，其次是流紋巖及安山巖，該組地層厚度在區(qū)內(nèi)從西向東有依次遞減的趨勢。

圖1 a-中亞造山帶構(gòu)造位置示意圖（據(jù)Jahn et al.，2000c；李永軍等，2017）

2 樣品特征

本次用于分析的7件樣品均采自大哈拉軍山組的基巖露頭，巖性均為流紋巖。流紋巖為肉紅色，無斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具微粒-包含霏細結(jié)構(gòu)，流紋構(gòu)造。巖石無斑晶，基質(zhì)具微粒-包含霏細結(jié)構(gòu)，主要為潛晶狀的石英中包含霏細狀的長石質(zhì)點，構(gòu)成包含霏細結(jié)構(gòu)，其間分布微粒狀石英、長石，二者聚集呈不同結(jié)構(gòu)的細長條帶平行定向排列，巖石顯示流紋構(gòu)造。磁鐵礦：粒狀，粒徑0.04mm～0.3mm。巖石后期發(fā)育少量細裂隙，寬0.04mm～0.1mm，內(nèi)充填石英。

3 測試方法

樣品主、微量元素在長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室完成。主量元素在Shimadzu XRF-1700/1500上采用外標法測定，分析精度優(yōu)于1%；微量元素采用Thermo-X7電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進行樣品測定，分析精度和準確度優(yōu)于10%。分析方法詳見Liang等（2000）。

U-Pb鋯石測年在西安地質(zhì)調(diào)查中心國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點實驗室完成。ICP-MS為Agilent公司的Agilent7700x，激光剝蝕系統(tǒng)為Micro Las公司的Geo Las 200M。數(shù)據(jù)處理采用軟件Glitter 4.4和Isoplot ver 3.0完成。具體分析步驟與處理方法詳見Yuan等(2004)。

圖2 鋯石陰極發(fā)光圖像及鋯石U-Pb諧和圖

4 鋯石U-Pb測定結(jié)果

測年所用鋯石取自阿騰套山東北部PM204剖面第24層的流紋巖，本次所測鋯石均為無色、透明，大小不超過185μm，長寬比值為1.2：1～3：1，大多為正方雙錐晶體且發(fā)育有良好的震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，陰極發(fā)光圖像上亦未見到繼承核（圖2），表明鋯石為巖漿成因(Compston et al.，1992)。分析結(jié)果見表，鋯石Th/U比值平均值為1.2，且Th/U呈正相關(guān)，也進一步說明了屬巖漿鋯石。

在鋯石U-Pb年齡諧和圖（圖2）上，16個測點全部落在諧和曲線上，等時線年齡為（355.5±4.1）Ma(MSWD=0.073)，與206Pb/238U加權(quán)平均年齡(355.5±2.5)Ma(MSWD=0.23)在誤差范圍內(nèi)一致，置信度為95%，時代為早石炭世。

5 巖石地球化學(xué)

5.1 主量元素及參數(shù)特征

主量元素分析可看出，巖石SiO2含量較高，介于73.30%～80.53%，平均76.81%，Al2O3含量Al2O3=10.69%～13.05%，富堿（Na2O+K2O=6.33%～9.24%）平均7.84%。貧鎂（MgO=0.01%～0.59%）、貧鈣（CaO=0.02%～0.14%）。利用堿度率（AR）值判別流紋巖的巖漿系列，樣品AR=2.50～5.69，部分為鈣堿性，部分為堿性。TiO2含量0.17%～0.55%，按Riley劃分方案，屬于低鈦流紋巖。Mg#值（1.16～38.07）明顯低于判別原始巖漿的參數(shù)值65，說明巖漿發(fā)生了結(jié)晶分異。

圖3 球粒隕石標準化的稀土元素配分曲線圖和原始地幔標準化的多元素配分曲線圖（標準化值據(jù)Sun and McDonough，1989）

5.2 稀土和微量元素地球化學(xué)特征

阿騰套山一帶大哈拉軍山組流紋巖稀土元素總量（ΣREE）較低變化較大，介于64.78×10-6～205.53×10-6，∑LREE/∑HREE=1.88～11.40，（La/Yb）N=1.34～14.09，(Gd/Yb)N=0.88～2.91，輕重稀土分餾較為明顯，重稀土分布總體較平坦。在原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（圖3）中，微量元素顯示出大離子親石元素(LILE)K、R b、Th、U的相對富集和高場強元素(HFSE)Nb、Ta相對虧損，顯著虧損Sr、P和Ti，這與阿騰套山西南部大哈拉軍山組球泡流紋巖和早石炭世A型花崗巖具有相似的蛛網(wǎng)圖配分特征。

6 討論

6.1 巖石成因

關(guān)于流紋巖成因目前主要有以下認識：地殼（俯沖洋殼、鎂鐵質(zhì)下地殼、長英質(zhì)下地殼）深熔作用形成；幔源玄武質(zhì)巖漿分離結(jié)晶作用形成；幔源玄武質(zhì)巖漿與地殼物質(zhì)混合形成[7]。不同構(gòu)造環(huán)境中形成的花崗巖-酸性火山巖微量元素的地球化學(xué)特征存在明顯不同，它們的化學(xué)成分基本由源區(qū)成分控制（F?rster，1997）。阿騰套山一帶大哈拉軍山組流紋巖不相容元素Nb/Ta為7.74～14.36比值較高且變化較大，平均值接近上地殼的相應(yīng)值11.4（Taylor，1985），而偏離原始地幔相應(yīng)值17.8較大（McDonough，1995），另巖石中Cr和Ni的含量極低（分別為0.49～8.59，平均值2.25，0.54～7.63，平均值2.49），說明巖漿體系沒有地幔組分的參與。Ti/Zr值（2.87～4.16，平均3.29）小于20，Ti/Y值（13.74～77.82，平均38.0）小于200，表明大哈拉軍山組流紋巖為典型的殼源巖漿系列，是陸殼巖石局部熔融的產(chǎn)物，非幔源基性巖漿分異演化的結(jié)果。

在阿騰套山一帶大哈拉軍山組火山巖中，熔巖巖石類型主要為流紋巖、球泡流紋巖、安山巖，玄武巖出露非常少，也從側(cè)面證明流紋巖并非通過于幔源基性巖漿的結(jié)晶分異作用形成。

6.2 構(gòu)造環(huán)境分析

不同構(gòu)造環(huán)境中的巖石在微量元素組成上存在差異性（Pearce and Cann，1973）。在阿騰套山一帶大哈拉軍山組流紋巖中，大離子親石元素(LILE)K、R b、Th、U較為富集，而Nb、Ta、Ti、P負異常明顯，表現(xiàn)出陸源弧火山巖的性質(zhì)。在典型構(gòu)造環(huán)境判別圖Rb-Y+Nb圖解與Nb-Y圖解中，樣品均表現(xiàn)出火山弧花崗巖特征，指示其形成與俯沖作用有關(guān)。

阿騰套山西南部發(fā)現(xiàn)的（346Ma～338Ma）球泡流紋巖和早石炭世A型花崗巖被確定為弧后拉張環(huán)境的產(chǎn)物。在最新的研究中，阿騰套一帶新發(fā)現(xiàn)地質(zhì)時代約為345Ma的贊岐質(zhì)高Mg安山巖、雙峰式火山巖及其對應(yīng)的雙峰式鎂鐵質(zhì)-長英質(zhì)二端元組合(Wang et al.，2018，2019a、b)，這些特殊巖漿作用被認為與局部高溫拉張環(huán)境下的洋殼熔融及其軟流圈物質(zhì)的灌入有關(guān)，是南天山大洋板片向北深俯沖過程中發(fā)生板片斷離所致[1，2]。因此，阿騰套一帶的早石炭世火山巖應(yīng)是由板片斷離（早期回撤）導(dǎo)致的弧后盆地巖漿產(chǎn)物[1，2]。而本次采集樣品的年齡為355.5Ma±2.5 Ma，早于上述特殊巖漿作用發(fā)生時期。據(jù)此推測，早石炭世阿騰套山一帶的構(gòu)造環(huán)境處于不斷變化的過程中，某一時期形成的火山巖并不能代表整個時期。在早石炭早期，阿騰套山一帶處于南天山洋向北低角度逆沖變?yōu)楦呓嵌饶鏇_期間，屬于弧后拉張早期，因此阿騰套山一帶大哈拉軍山組流紋巖地球化學(xué)表現(xiàn)以陸源弧特征為主。

圖4 阿騰套山一帶大哈拉軍山組流紋巖Rb-(Y+Nb)及Nb-Y構(gòu)造環(huán)境判別圖（據(jù)Pearce et al.，1984）

7 結(jié)論

（1）伊寧地塊阿騰套山一帶大哈拉軍山組流紋巖鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，其火山巖的年齡為355.5Ma±2.5 Ma，確定其形成時代為早石炭世早期。

（2）阿騰套山一帶大哈拉軍山組流紋巖具富硅、富鋁、富堿、貧鈣、低鈦特征，相對富集LILE和LREE，虧損HFSE，為地殼部分熔融產(chǎn)物。

（3）早石炭世早期阿騰套山一帶大哈拉軍山組流紋巖形成與弧后拉張早期，地球化學(xué)表現(xiàn)以陸源弧特征為主。