東準(zhǔn)噶爾老爺廟地區(qū)早石炭世黑山頭組火山巖地質(zhì)、地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境分析

熊雙才 楊俊弢 張征峰

摘 ?要：東準(zhǔn)噶爾東部老爺廟地區(qū)黑山頭組火山巖由玄武巖（少）+安山巖+英安巖+流紋巖組成，屬高鉀鈣堿性-鉀玄巖系列，流紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為（330.7±7.4）Ma。富集大粒子親石元素Rb，K，Ba，Th，虧損Nb，Ta，P，Ti，弱負(fù)Eu異常，稀土分布型式及微量元素特征與安第斯型相似，形成于活動(dòng)大陸邊緣，巖漿來源于俯沖板片部分熔融改造后的富集地幔楔。表明卡拉麥里洋在早石炭世仍向北俯沖消減。

關(guān)鍵詞：東準(zhǔn)噶爾;黑山頭組;活動(dòng)大陸邊緣;巖石地球化學(xué);早石炭世

東準(zhǔn)地區(qū)是中亞造山帶重要組成部分，晚古生代成巖成礦作用為增生造山過程的演化產(chǎn)物。東準(zhǔn)噶爾巖漿構(gòu)造發(fā)育，是研究中亞造山帶有利地段[1-3]。老爺廟位于東準(zhǔn)噶爾造山帶東部，前人對(duì)該區(qū)部分古生代地層進(jìn)行研究，但缺乏精確年代數(shù)據(jù)。目前針對(duì)該區(qū)構(gòu)造環(huán)境仍存在爭(zhēng)議，張冀認(rèn)為其為后碰撞期，張超認(rèn)為其為陸-陸碰撞造山期[4]。本文據(jù)新疆巴里坤縣1∶5萬六幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果，對(duì)該套火山巖地質(zhì)、巖石地球化學(xué)特征進(jìn)行了研究，結(jié)合區(qū)域?qū)Ρ?，確定其成巖時(shí)代、地層歸屬及構(gòu)造環(huán)境，為研究區(qū)晚古生代構(gòu)造巖漿作用提供了時(shí)代及巖石地球化學(xué)約束。

1 ?區(qū)域地質(zhì)背景

據(jù)全國(guó)資源潛力評(píng)價(jià)最新構(gòu)造劃分?，研究區(qū)大地構(gòu)造位置屬天山興蒙造山系-準(zhǔn)噶爾弧盆系-唐古巴勒-卡拉麥里古生代復(fù)合溝弧帶-三塘湖晚古生代弧間盆地（圖1-a）?。地層區(qū)劃屬北疆-興安地層大區(qū)-北疆地層區(qū)-北準(zhǔn)噶爾地層分區(qū)-北塔山地層小區(qū)。研究區(qū)出露地層由老到新為上泥盆統(tǒng)卡希翁組、下石炭統(tǒng)黑山頭組、上石炭統(tǒng)巴塔瑪衣內(nèi)山組。該區(qū)時(shí)代地層展布呈NW向（圖1-b）。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，由于長(zhǎng)期受NE向擠壓，形成大量NW向逆斷裂，及NE、NW向平移斷裂，控制著不同時(shí)代地層分布及侵入體產(chǎn)狀、形態(tài)，并約束構(gòu)造機(jī)制的發(fā)生與發(fā)展。該區(qū)侵入巖較發(fā)育，主要為早石炭世二長(zhǎng)巖、晚石炭世堿長(zhǎng)正長(zhǎng)斑巖，呈不規(guī)則小巖株產(chǎn)出。少量花崗斑巖和輝綠玢巖脈分布于巖體邊部及周圍。巖體產(chǎn)于老爺廟大斷裂及玫瑰泉大斷裂兩側(cè)，整體呈NW向分布，與區(qū)域構(gòu)造方向一致。

2 ?地質(zhì)特征及地層歸屬

據(jù)實(shí)測(cè)剖面，該區(qū)地層劃分為3個(gè)巖性段。第一巖性段為一套中、酸性火山熔巖夾少量火山碎屑巖，主要為安山巖、英安巖、（英安質(zhì)、流紋質(zhì)）凝灰熔、凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r夾少量玄武巖及凝灰質(zhì)砂巖，厚度大于2 769.68 m，下部未見底;第二巖性段為一套火山碎屑巖夾火山熔巖，主要為凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r、英安巖、流紋巖、（英安質(zhì)、流紋質(zhì)）角礫熔巖等，厚2 172.56 m;第三巖性段為一套酸性火山熔巖夾少量火山碎屑巖，主要為流紋巖、流紋質(zhì)角礫凝灰熔巖夾英安巖、粗安巖、沉凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、玄武巖等，厚度大于1 049.33 m，上部見頂。第二巖性段中獲得流紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為（330.7±7.4）Ma。

前人1∶20萬區(qū)調(diào)中將該套地層一段劃為下石炭統(tǒng)黑山頭組，二、三段劃為中上石炭統(tǒng)哈爾加烏組，二者呈角度不整合接觸?。1∶5萬區(qū)調(diào)將一段劃為上泥盆統(tǒng)老爺廟組，二、三段劃為上石炭—下二疊統(tǒng)哈爾加烏組，二者呈不整合接觸1。本次工作中發(fā)現(xiàn)各段產(chǎn)狀一致，巖性連續(xù)，為整合接觸。老爺廟組現(xiàn)已棄用，新疆巖石地層中哈爾加烏組以中性火山巖及碎屑巖為主，夾酸性及基性火山巖，時(shí)代為早二疊世，顯然與本套地層巖性、時(shí)代不符。黑山頭組為一套正常陸源碎屑巖和火山碎屑巖沉積序列，上部夾中酸性火山巖，時(shí)代為早石炭世，該組廣泛分布于東西準(zhǔn)噶爾。西準(zhǔn)地區(qū)前人獲得成巖為349 Ma、343 Ma、331 Ma[4-6]，東準(zhǔn)卡拉麥里地區(qū)獲得年齡為339 Ma[4]。該套地層與黑山頭組巖性相似、時(shí)代相近、環(huán)境相同，故將其厘定為黑山頭組。

3 ?樣品測(cè)試分析

采集巖石全分析樣7件（圖1-b），在廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成。樣品經(jīng)破碎、縮分、研磨至200目后，采用ME-MS81熔融法電感耦合等離子體質(zhì)譜測(cè)定稀土元素含量，ME-XRF26X熒光光譜儀熔融法精密分析巖石主微量元素，F(xiàn)e-VOL05滴定法測(cè)定氧化鐵。測(cè)試結(jié)果見表1。TAS圖解中（圖2-a），樣品落入堿性線附近的玄武安山巖、粗面安山巖、粗面英安巖及流紋巖區(qū)域。中基性和酸性巖分別在FeO-FeO*/MgO和AFM圖解中落入鈣堿性范圍。K2O-SiO2圖解中（圖2-b），樣品隨SiO2的增加從高鉀鈣堿性過渡到鉀玄巖系列中。巖石具較高SiO2，含量為55.64%～78.61%（ⅩⅢ-6玄武巖樣品SiO2含量過高可能與其含有玻璃質(zhì)、長(zhǎng)英質(zhì)杏仁有關(guān)），高鉀富堿（Na2O+K2O）為5.21%～9.38%，K2O/Na2O平均1.16，Al2O3為10.30%～16.39%、CaO為0.44%～8.04%、P2O5為0.02%～0.36%、TFe2O3為1.11%～7.06%、MgO為0.17%～2.62%、TiO2為0.17%～0.91%，Mg#指數(shù)為23.28～42.33，變化較大，與SiO2變化呈負(fù)相關(guān)。分異指數(shù)DI為52.24～96.66，與SiO2呈正相關(guān)，反映隨著地層從老到新，SiO2由低到高，分異程度增強(qiáng)。

圖3中微量、稀土元素曲線一致，表明其為同源、同一套地層。大離子親石元素Rb，K，Ba，Th富集明顯，Nb，Ta槽明顯，P，Ti虧損（圖3-a），具明顯火山弧特征。稀土元素∑REE=100.14×10-6～150.18×10-6，平均116.77×10-6，稀土元素總量較高。LREE/HREE=5.62～11.43，平均7.49;La/YbN=5.57～14.62，平均8.01;La/SmN=2.81～5.45，平均3.70;Gd/YbN=1.11～1.70，平均1.46。反映輕稀土相對(duì)富集，重稀土虧損，且輕稀土元素內(nèi)部分餾相對(duì)較強(qiáng)，重稀土元素分餾較弱。δEu=0.48～0.95，平均0.81，具弱負(fù)異常，δCe=0.71～1.07，平均0.96，無明顯異常，稀土分布型式與安第斯型相似（圖3-b）。

4 ?構(gòu)造環(huán)境及源區(qū)分析

前人認(rèn)為黑山頭組形成環(huán)境存在島弧環(huán)境、弧后盆地、后碰撞和活動(dòng)大陸邊緣4種[4-5，7-8]。前文論述了黑山頭組火山巖微量元素具火山弧特征，稀土分布型式與安第斯型相似 （圖3-b）。微量元素特征值部分介于大陸島弧與安第斯型活動(dòng)大陸邊緣弧間（表2）[4]，與安第斯型相似。微量元素判別圖中（圖4），樣品均投入活動(dòng)大陸邊緣弧中。高鉀鈣堿性-鉀玄巖系列及玄武巖（少）+安山巖+英安巖+流紋巖組合為活動(dòng)大陸邊緣弧的標(biāo)志性火山巖組合[4]。研究顯示，緊鄰老爺廟北側(cè)的阿爾曼蛇綠巖帶形成于晚寒武—早奧陶世，晚寒武—早奧陶世古亞洲洋發(fā)生洋內(nèi)俯沖，于晚泥盆—早石炭世閉合，向北拼貼于阿爾泰地體南緣[4-5]。位于老爺廟南側(cè)的卡拉麥里蛇綠巖帶代表的古洋盆由南向北俯沖，最終于早石炭世晚期—晚石炭世關(guān)閉[4-5]。結(jié)合石炭系火山巖表現(xiàn)出的構(gòu)造環(huán)境，我們認(rèn)為石炭系黑山頭組火山巖形成于活動(dòng)大陸邊緣。老爺廟早石炭世晚期發(fā)育活動(dòng)大陸邊緣弧火山巖表明，南側(cè)卡拉麥里洋在早石炭世仍向北俯沖消減，最終可能于晚石炭世閉合。

在俯沖帶環(huán)境中，巖漿源區(qū)物質(zhì)主要來自4部分：①地幔楔中的橄欖巖;②俯沖帶中的流體;③俯沖板片部分熔融形成的熔體;④大陸地殼物質(zhì)的同化混染[1]。

火山巖樣品Nb/Ta=10.20～16.00，平均13.59，介于殼源比值11和幔源比值17.5間[5]。Zr/Hf=34.93～42.22，平均38.32，高于地幔36[14]，可能與巖漿上升過程中地幔楔形體等消減組分加入或陸殼混染作用有關(guān)。陸殼混染多造成不相容元素（ICE）Gd，Tb，Dy，Ho，Yb，Lu豐度升高[5]，與研究區(qū)石炭系火山巖整體相對(duì)較低ICE豐度和趨勢(shì)一致的分布曲線不符（圖3-b），與陸殼混染無關(guān)。稀土元素和微量元素均具一致或相似的分布曲線（圖3），說明基性-酸性火山巖具良好的同源巖漿分異演化，巖漿起源于同一地幔源區(qū)[5]。在Zr/Yb-Nb/Yb圖解上（圖5-a），樣品均分布在富集地幔范圍。說明巖漿源區(qū)可能經(jīng)俯沖帶流體或俯沖板片熔體改造后的富集地幔楔作用。

Zr/Nb=27.86～35.63，與板片俯沖有關(guān)的火山巖Zr/Nb=10～60一致[5]，表明它們的源區(qū)與板片俯沖有關(guān)。洋底沉積物中高度富集Th[5]，Ce在熱液中活動(dòng)性較Th強(qiáng)，Th/Ce比值可很好的識(shí)別俯沖板片中沉積物組分對(duì)俯沖帶巖漿的貢獻(xiàn)率[5]。在Sr/Th-Th/Ce圖解中樣品落入地殼附近（圖5-b）。地殼部分熔融形成的熔體不管熔融程度如何，形成的巖石均具較低的Mg#（小于40），本區(qū)Mg#指數(shù)為23.28～42.33，平均32.83，說明俯沖板片對(duì)源區(qū)具明顯組分作用。δCe異常不明顯，表明熱液流體不發(fā)育。鋯石飽和溫度Tzr為708℃～821℃，平均773℃，高于該區(qū)650℃～700℃的莫霍面溫度[5]，Sr-Yb圖中樣品主要投入埃達(dá)克型中，少量投入浙閩型，對(duì)應(yīng)壓力大于1.2 GPa，地殼厚度大于50 km，表明其處于加厚地殼[5]，說明巖漿來源于俯沖板片部分熔融改造后的富集地幔楔。

5 ?結(jié)論

（1） 東準(zhǔn)噶爾老爺廟地區(qū)火山巖巖性組合為玄武巖（少）+安山巖+英安巖+流紋巖，屬高鉀鈣堿性-鉀玄巖系列， LA-ICP-MS鋯石U-Pb獲得流紋巖年齡為（330.7±7.4）Ma，地層屬下石炭統(tǒng)黑山頭組。

（2） 火山巖富集大粒子親石元素Rb，K，Ba，Th，虧損Nb，Ta，P，Ti，弱負(fù)Eu異常，稀土分布型式及微量元素特征與安第斯型相似。

（3） 黑山頭組火山巖形成于活動(dòng)大陸邊緣，巖漿來源于俯沖板片的部分熔融改造后的富集地幔楔。卡拉麥里蛇綠巖帶代表的古洋盆在早石炭世仍向北俯沖消減。

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Abstract： The Laoyemiao area is located in the eastern part of East Junggar， developing a set of continental-acidic volcanic rocks.The combination of lithology is basalt （less） + andesite + dacite + rhyolite， which belongs to the series of high-potassium-calcium-alkaline-potassium rocks，LA-ICP-MS zircon U-Pb obtained rhyolite age of （330.7±7.4）Ma， Volcanic rocks are enriched with large particles of lithophile elements Rb， K， Ba， Th， loss of Nb， Ta， P， Ti， weak negative Eu anomaly， and the characteristics of rare earth partitioning and trace elements are similar to the Andean type. Formed on the edge of the active continent，the magma is derived from the partially melted and reconstructed slow wedge of the subduction plate.It indicates that the Kalamaili Ocean still has a northward subduction in the Early Carboniferous.

Keywords：East Junggar;Heishantou Formation;Active continental margin;Petrogeochemistry; Early Carboniferous