新疆西準噶爾薩吾爾地區(qū)早石炭世埃達克巖地球化學(xué)特征、巖石成因及其意義*

李海 李永軍, 2** 徐學(xué)義, 3 楊高學(xué), 2 王祚鵬 徐倩 寧文濤

1. 長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 7100542. 自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點實驗室，西安 7100543. 中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083

埃達克巖(Adakite)是最早發(fā)現(xiàn)于阿留申群島Adak島的一類特殊的中酸性富鈉火成巖組合(Defant and Drummond, 1990)，具有俯沖洋殼部分熔融組分特征(Defant and Drummond, 1993; Yogodzinskietal., 1995)。其地球化學(xué)特征表現(xiàn)為：SiO2≥56%，A12O3≥15%，MgO<3%，貧Y(≤18×10-6)、Yb(≤1.9×10-6)，高Sr(>400×10-6)和Sr/Y比值(>20～40)，LREE富集，HREE平坦，Eu正異常(Defant and Drummond, 1990; Castillo, 2012)。埃達克巖由于獨特的巖漿來源、地球動力學(xué)意義以及與Cu-Au等金屬礦床的密切關(guān)系而備受研究者的關(guān)注(Drummond and Defant, 1990; 張旗等, 2001, 2002; Sunetal., 2010; Zhangetal., 2017)。

新疆北部地區(qū)位于中亞造山帶西南緣，構(gòu)造上處于西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊的接觸地帶(Windley and Xiao, 2018;eng?retal., 2018; 肖文交等, 2019)，受控于古亞洲洋多旋回開合演化，經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化過程(Xiaoetal., 2015, 2018)，從北到南依次發(fā)育阿爾泰造山帶、準噶爾地體周緣造山帶以及天山造山帶(徐學(xué)義等, 2014)。各造山帶內(nèi)發(fā)育大量古生代巖漿巖(韓寶福等, 2006; Gengetal., 2009; Chenetal., 2010; Yinetal., 2017; Yangetal., 2019)，為研究這一地區(qū)構(gòu)造格局與演化提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

多年來，學(xué)者們在西天山北部(王強等, 2006; Wangetal., 2007a, 2020)、東天山(張連昌等, 2004; 熊小林等, 2005; Zhangetal., 2006)、東準噶爾北緣(許繼峰等, 2001; 牛賀才等, 2009; 黃崗等, 2016)以及阿爾泰南緣(楊文平等, 2005; 趙振華等, 2006, 2007; 張海祥等, 2004, 2008)等地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大量埃達克巖，時代跨度為晚志留世-中晚二疊世，其中既有與板塊俯沖有關(guān)的O型埃達克巖，也有與地殼加厚有關(guān)的C型埃達克巖(趙振華等, 2006; 張旗, 2011; 許繼峰等, 2014)。在西準噶爾南部包古圖一帶(張連昌等, 2006; 唐功建等, 2009; Shenetal., 2009; Tangetal., 2010; 尹繼元等, 2016)和扎依爾山闊依塔斯地區(qū)(段豐浩等, 2015)也報道了一些與Cu-Au礦有關(guān)的埃達克巖，與其共生的有A型花崗巖、紫蘇花崗巖和富鎂閃長巖等代表高溫和拉張環(huán)境的特殊巖石組合，并認為其形成可能與這一地區(qū)晚石炭世洋脊俯沖有關(guān)(Gengetal., 2009; Tangetal., 2010; Yinetal., 2010)。在西準噶爾北部地區(qū)埃達克巖的報道則相對較少，王金榮等(2013)對博什庫爾-成吉斯巖漿弧南緣的早泥盆世含銅花崗閃長巖和花崗閃長斑巖進行了研究，發(fā)現(xiàn)巖石具有埃達克巖的地球化學(xué)特征，認為是早泥盆世早期庫吉拜-和布克賽爾及洪古勒楞蛇綠巖帶所代表的古大洋向南俯沖的玄武質(zhì)洋殼部分熔融的產(chǎn)物。

西準噶爾北部扎爾瑪-薩吾爾火山弧內(nèi)廣泛發(fā)育晚古生代中酸性侵入巖和火山巖以及少量鎂鐵-超鎂鐵巖體(Chenetal., 2010; Gengetal., 2011; Shenetal., 2013)，前人對這一地區(qū)巖漿巖巖石學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)等方面展開大量研究(Zhouetal., 2007; Chenetal., 2010; Shenetal., 2013; 袁峰等, 2015)，對薩吾爾地區(qū)石炭紀構(gòu)造背景存在島弧(Gengetal., 2011; Yangetal., 2014)和后碰撞環(huán)境(韓寶福等, 2006; 袁峰等, 2006; Zhouetal., 2008)等爭議。這些認識上的差異很大程度上制約了西準噶爾地區(qū)區(qū)域構(gòu)造演化、成礦作用等的深入探索。同樣，薩吾爾地區(qū)埃達克巖鮮有報道，僅Yinetal. (2015)發(fā)現(xiàn)了薩吾爾火山弧西北緣的早石炭世埃達克質(zhì)閃長巖脈，并認為其成因模式與西準噶爾南部包古圖地區(qū)的埃達克巖明顯不同，可能是平俯沖所導(dǎo)致的板片異常加熱而形成。此外，整個西準噶爾地區(qū)現(xiàn)有的埃達克巖均為花崗質(zhì)或閃長質(zhì)的中酸性侵入巖體(脈)，而未見與之對應(yīng)的火山熔巖。

作者們通過詳細的野外地質(zhì)調(diào)查，對西準噶爾北部薩吾爾地區(qū)黑山頭一帶原黑山頭組進行重新厘定，將該組上部的一套火山巖從中解體，新建為阿克塔木組(另文報道)。通過對該套地層的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)及地球化學(xué)特征研究，確定其為早石炭世島弧火山巖，具典型的埃達克巖特征。結(jié)合前人在西準噶爾地區(qū)的相關(guān)研究成果，深入剖析了巖石成因及其形成時可能的構(gòu)造背景，為西準噶爾地區(qū)晚古生代巖漿活動、區(qū)域構(gòu)造演化以及Cu-Au成礦研究提供了可靠的地質(zhì)證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西準噶爾地區(qū)是指位于準噶爾盆地西北部，夾持于額爾齊斯-齋?？p合帶和天山縫合帶之間的中國境內(nèi)區(qū)域(圖1a)。北界額爾齊斯-齋?？p合帶是額爾齊斯-齋桑洋板片在泥盆紀-早石炭世期間向南北兩側(cè)的哈薩克斯坦和阿爾泰板塊之下俯沖，最終于晚石炭時期洋盆閉合、板塊完成碰撞的產(chǎn)物(Windleyetal., 2007; Chenetal., 2010; Hanetal., 2010)。南界北天山縫合帶是西準噶爾與天山造山帶拼貼的位置，是早-晚石炭世北天山洋閉合，準噶爾與伊犁地塊最終碰撞的產(chǎn)物(Hanetal., 2010)。中間的西準噶爾造山帶由一系列增生雜巖、蛇綠巖和古生代巖漿弧組成(Xiao and Santosh, 2014; Kr?neretal., 2017; Xiaoetal., 2015, 2018; Yangetal., 2015, 2019)，記錄了古亞洲洋在西準地區(qū)擴張、俯沖和地體拼貼碰撞的全過程。

以謝米斯臺斷裂為界，依據(jù)物質(zhì)組成及構(gòu)造屬性差異，將西準噶爾增生造山帶劃分為南北兩部分，南部受北西、北東走向斷裂控制，由晚古生代火山沉積巖系、蛇綠巖帶等增生雜巖、花崗質(zhì)侵入巖和中-基性巖墻組成(尹繼元等, 2011; Chenetal., 2010, 2015)。北部被近東西向斷裂控制，以發(fā)育古生代沉積-火山碎屑巖系及火山弧拼貼、碰撞為特征，主要包括早古生代博什庫爾-成吉思火山弧和晚古生代扎爾瑪-薩吾爾火山弧(Chenetal., 2010)(圖1a)；前者由志留紀-早石炭世火山巖以及晚志留世-早泥盆世、晚石炭世-早二疊世侵入巖組成(Chenetal., 2010; Shenetal., 2012; 尹繼元等, 2013; Yinetal., 2015)；后者被認為是其北部額爾齊斯-齋桑洋在晚古生代向南俯沖的產(chǎn)物(Windleyetal., 2007; Chenetal., 2010)，主要由泥盆紀-早石炭世弧火山巖和侵入其中的早石炭世的I型花崗巖、閃長質(zhì)巖墻以及早二疊世的堿性花崗巖組成(陳家富等, 2010; 尹繼元等, 2013; Yinetal., 2015)，并廣泛發(fā)育與早石炭世中酸性巖有關(guān)的Cu-Au礦床。

研究區(qū)位于薩吾爾地區(qū)黑山頭一帶，處于扎爾瑪-薩吾爾火山弧帶內(nèi)(圖1b)，區(qū)內(nèi)主要出露泥盆-石炭紀火山-沉積地層(圖1c)。包括中泥盆統(tǒng)查干山組、胡吉爾斯特組、薩吾爾山組；上泥盆統(tǒng)塔爾巴哈臺組；石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組；下石炭統(tǒng)黑山頭組、阿克塔木組和那林卡拉組。本文的阿克塔木組為一套中性火山熔巖、火山碎屑巖夾酸性火山熔巖，其下伏黑山頭組為濱-淺海相陸源碎屑巖+生物灰?guī)r組合，前人多有早石炭世化石采獲。本次在黑山頭組頂部也采集到腕足類Dictyoclostusderuptusquadrates，Spirifergapeevi，Compositamegala；珊瑚類Zaphrentitescf.quadransi，Multithecoporasp.等早石炭世杜內(nèi)期化石。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖

闊爾真闊拉斷裂呈NEE向橫穿研究區(qū)，斷裂以南地層總體呈向斜產(chǎn)出，斷裂以北地層多被次級小斷裂分割。區(qū)內(nèi)侵入巖發(fā)育，主要為華力西期的花崗閃長巖、花崗閃長斑巖組成的小巖體，以及石英閃長巖等中酸性巖脈(袁峰等, 2015)。研究區(qū)附近分布有闊爾真闊拉、罕哲尕能、黑山頭等Cu-Au礦床(點)(Shenetal., 2008; 袁峰等, 2015)。

2 阿克塔木組地質(zhì)及巖石學(xué)特征

剖面實測表明，黑山頭一帶阿克塔木組總體為一套中性火山熔巖、火山碎屑巖夾酸性火山熔巖建造。主要巖性為溢流相的安山巖；爆發(fā)相的集塊巖、火山角礫巖、晶屑凝灰?guī)r；火山管道相的安山質(zhì)角礫熔巖以及流紋巖、石英霏細巖等(圖2)。剖面上阿克塔木組各層與層之間均為噴發(fā)整合接觸，底部表現(xiàn)為一較完整的火山機構(gòu)，剖面最底部發(fā)育破火山口，由火山口中心向外，巖性呈現(xiàn)有規(guī)律性的變化：0～60m為火山集塊巖，礫徑30～110cm；60～90m為角礫集塊巖，礫徑5～15cm；90～140m為火山角礫巖，礫徑1～6cm；140～230m為晶屑凝灰?guī)r。通道相的集塊巖間隙和縫隙被安山巖灌入膠結(jié)，其中，火山口中心的集塊巖、安山巖出露較少，延伸較短，沿集塊巖向外輻射，火山碎屑巖粒徑逐漸變細?？傮w而言，剖面上阿克塔木組由四個火山噴發(fā)旋回組成，各旋回均始于爆發(fā)相終于溢流相。本組與下伏黑山頭組呈噴發(fā)不整合接觸，與上覆那林卡拉組呈整合接觸(本次剖面上呈斷層接觸)。

巖相學(xué)研究表明，安山巖新鮮面為灰褐色，斑狀結(jié)構(gòu)，杏仁狀構(gòu)造(圖3a-c)，斑晶(40%～45%)主要是斜長石和普通角閃石；斜長石主要為中長石、更長石，呈板狀或柱狀，雜亂分布，粒度一般為0.2～0.4mm，發(fā)育聚片雙晶，發(fā)生絹云母化和綠簾石化；角閃石為褐色，呈自形-半自形，粒度約0.1～0.3mm，部分已綠泥石化；基質(zhì)為隱晶質(zhì)及少量磁鐵礦和斜長石微晶(圖3d)。流紋巖為紅褐色，少斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為霏細-微晶結(jié)構(gòu)，流紋構(gòu)造發(fā)育(圖3e)。斑晶可見石英、鉀長石和少量鈉長石；鉀長石呈他形粒狀或柱狀，粒徑0.2～0.4mm，發(fā)生高嶺土化、絹云母化；鈉長石呈半自形板狀，粒徑0.2～0.6mm；石英斑晶呈他形粒狀，粒徑0.5～0.8mm；基質(zhì)主要由細小長英質(zhì)礦物組成，霏細-微晶狀，發(fā)生黏土化和碳酸鹽化(圖3f)，可見少量的磁鐵礦等副礦物。

圖3 阿克塔木組火山巖野外與鏡下照片(a)安山巖野外宏觀露頭；(b)安山巖近照；(c)安山質(zhì)火山角礫巖近照；(d)安山巖正交偏光鏡下特征；(e)流紋巖近照；(f)流紋巖正交偏光鏡下特征.Pl-斜長石;Kf-鉀長石;Hbl-角閃石;Qtz-石英;Mt-磁鐵礦Fig.3 Macroscopic and microscopic photos of the volcanic rocks from Aketamu Formation(a) macroscopic distribution of andesite in the field; (b) close photo of andesite with almond; (c) close photo of andesitic volcanic breccia; (d) microscopic photo of andesite under cross-polarized; (e) close photo of rhyolite; (f) microscopic photo of rhyolite under cross-polarized. Pl-plagioclase; Kf-K-feldspar; Hbl-hornblende; Qtz-quartz; Mt-magnetite

用于LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年的流紋巖樣品采自剖面第5層。在剖面上采集了安山巖和少量安山質(zhì)火山碎屑巖樣品(圖2)，進行巖石地球化學(xué)分析。根據(jù)顯微巖相學(xué)觀察，所采用樣品均為有代表性的無蝕變或弱蝕變樣品。

圖2 阿克塔木組實測地質(zhì)剖面圖Fig.2 Measured geological profile of Aketamu Formation

3 分析方法

鋯石分選由廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)有限公司采用常規(guī)重液浮選和電磁分離法進行，然后在雙目鏡下挑選出具有代表性的鋯石進行制靶和拋光，并完成鋯石透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)照相，避開鋯石內(nèi)裂隙、包裹體和重結(jié)晶的部分，選擇同位素分析的最佳位置，確保點位直徑大于32μm。

鋯石的激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)原位U-Pb定年在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點實驗室完成。實驗激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas Pro，ICP-MS為Agilent 7700X。每組12個點分析，采用NIST-610、91500外標和GJ內(nèi)標的分析方法，詳細儀器參數(shù)和測試過程參考李艷廣等(2015)。數(shù)據(jù)離線處理采用Glitter 4.4，鋯石U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計算均采用Isoplot(ver3.0)完成(Ludwig, 2003)。

主、微量元素測試在長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點實驗室完成。巖石樣品在室內(nèi)先去除風(fēng)化面，手工碎至1～5mm，去除杏仁體后輪流用稀硝酸與稀鹽酸浸泡清洗， 烘干后用不銹鋼缽粉碎至200目用于化學(xué)分析。主量元素分析采用LAB CENTER XRF-1800型X射線熒光光譜(XRF)分析完成，XRF溶片法按照國家標準GB/T 14506.28—1993執(zhí)行，元素分析誤差小于2.5%，氧化物總量介于99.75%～100.25%，燒失量(LOI)在烘箱中經(jīng)1000℃高溫烘烤90min后稱重獲得。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，儀器工作參數(shù)：功率：1200W，霧化器氣體：0.64L/min，輔助氣體：0.80L/min，等離子氣體：13L/min。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

用于同位素定年分析的鋯石為淺黃色-無色，透明-半透明，自形程度高，多呈正方雙錐晶體及半截錐狀，長約80～140μm，長寬比值為1:1～2:1(圖4a)。CL圖像可見振蕩環(huán)帶和明暗相間的條帶狀結(jié)構(gòu)(圖4a)，為巖漿結(jié)晶鋯石(吳元保和鄭永飛, 2004)。

圖4 阿克塔木組流紋巖中鋯石陰極發(fā)光圖像(a)和鋯石U-Pb年齡諧和圖(b)Fig.4 CL images and analyzed points of zircons (a) and concordia diagrams of zircon U-Pb ages (b) of rhyolite from Aketamu Formation

樣品鋯石年齡測試最終獲得了19個有效數(shù)據(jù)(表1)，鋯石的Th(65.30×10-6～3358×10-6)、U(153.8×10-6～2776×10-6)含量普遍較高，Th/U比值范圍為0.42～1.46，均大于0.40，且呈現(xiàn)出良好的正相關(guān)，進一步表明為巖漿成因鋯石。本次獲得的鋯石206Pb/238U年齡值較集中(334.5～341.5Ma)，加權(quán)平均年齡為337.9±0.77Ma(MSWD=0.92，置信度95%)(圖4b)，代表了樣品結(jié)晶年齡。

研究區(qū)附近廣泛分布與Cu-Au礦床有關(guān)的中酸性巖組合，綜合分析認為與本次厘定的安山巖-流紋巖組合同屬阿克塔木組，成巖成礦時代均為早石炭世(劉國仁等, 2003; 郭正林等, 2010; 袁峰等, 2015; 陳思思等, 2017)。前人及本次研究在阿克塔木組下伏黑山頭組地層中采獲豐富的腕足類、珊瑚類等早石炭世杜內(nèi)期化石。結(jié)合阿克塔木組與下伏黑山頭組地層呈噴發(fā)不整合接觸關(guān)系，進一步確認本組地層時代為早石炭世維憲期。

4.2 元素地球化學(xué)特征

圖5 阿克塔木組安山巖硅-堿(TAS)巖石分類圖(a,據(jù)Middlemost, 1994)和SiO2-K2O圖(b,據(jù)Ewart, 1982)Fig.5 TAS diagram (a, after Middlemost, 1994) and SiO2 vs. K2O diagram (b, after Ewart, 1982) for andesites from Aketamu Formation

表2 阿克塔木組安山巖主量元素(wt%)、微量和稀土元素(×10-6)含量分析結(jié)果

阿克塔木組安山巖稀土元素含量中等(∑REE=75.74×10-6～115.4×10-6)，輕稀土元素(LREE)相對富集且分餾程度較好 (La/Sm)N=2.6～3.9，重稀土元素(HREE)相對平坦(Gd/Yb)N=1.7～2.8，LREE/HREE分異較明顯(La/Yb)N=5.8～17.2，具弱的Eu正異常(δEu=0.99～1.25)(圖6a)， 表明原始巖漿演化過程中未經(jīng)歷明顯的斜長石分離結(jié)晶作用。在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖中，大離子親石元素(LILE)Rb、Ba、Th、U、K、Pb和Sr富集，高場強元素(HFSE)Nb、Ta和Ti明顯虧損(圖6b)，顯示了俯沖帶相關(guān)的巖漿特征。各樣品具有基本一致的微量元素和稀土配分模式，指示具有同源巖漿演化特征。

圖6 阿克塔木組安山巖球粒隕石標準化稀土元素配分曲線(a,標準化值據(jù)Nakamura, 1974)和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(b,標準化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)數(shù)據(jù)來源：薩吾爾山北緣閃長巖脈(Yin et al., 2015)；薩吾爾山南部安山巖(Shen et al., 2008；鄧宇峰等，2014)；薩吾爾山南部二長巖(陳思思等, 2017)；巴爾雷克安山巖(田陟賢等, 2013)；圖7、圖8數(shù)據(jù)來源同此圖Fig.6 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a, normalization values after Nakamura, 1974) and primitive mantle-normalized trace elements spider diagram (b, normalization values after Sun and McDonough, 1989) for andesites from Aketamu FormationData for comparison in this figure, in Fig.7 and Fig.8 from Shen et al., 2008; Tian et al., 2013; Deng et al., 2014; Yin et al., 2015; Chen et al., 2017

5 討論

5.1 巖石成因

研究表明，蝕變作用可能導(dǎo)致主量元素和LILE(如K、Rb、Ba和Pb等)含量的變化，而對REE和HFSE(如Nb、Ta和Ti)的影響較小(Winchester and Floyd, 1977)。本次安山巖樣品具有基本一致的稀土元素和微量元素配分曲線(圖6)，但是Cs、Rb等個別元素含量變化較大，另外，巖石樣品燒失量低-中等(LOI=1.72%～3.86%)，也說明部分樣品還是受到了一定程度的后期蝕變。為進一步排除蝕變作用對分析結(jié)果的影響，在巖石成因分析、構(gòu)造環(huán)境判別過程中也避免使用了蛛網(wǎng)圖上顯示含量變化較大的微量元素。

阿克塔木組安山巖具有高SiO2(53.42%～64.74%)，A12O3(16.05%～19.23%)含量，富Na2O(4.05%～8.13%)，強烈虧損重稀土元素(Yb=0.94×10-6～1.79×10-6，Y=8.48×10-6～16.92×10-6)，富Sr(448.1×10-6～1507×10-6)，高Sr/Y比值(36.6～89.0，平均為57.14)，明顯的Nb、Ta和Ti負異常，具有典型的埃達克巖特征(Defant and Drummond, 1990; Defantetal., 2002; Martinetal., 2005)。在Sr/Y-Y和 (La/Yb)N-YbN圖解中，樣品均落入埃達克巖區(qū)域(圖7)。

圖7 阿克塔木組安山巖Sr/Y-Y圖解(a)和(La/Yb)N-YbN圖解(b)(底圖據(jù)Defant and Drummond, 1990; Drummond and Defant, 1990; 王金榮等, 2013)圖中曲線Ⅰ-Ⅳ為MORB部分熔融的模式曲線，箭頭指示部分熔融程度減小方向，線上所標數(shù)字代表熔融程度.圖a中：Ⅰ-榴輝巖(石榴石/輝石=50/50)；Ⅱ-角閃石榴巖(石榴石/角閃石=50/50)；Ⅲ-角閃榴輝巖(角閃石/石榴石/輝石=10/40/50)；Ⅳ-石榴角閃巖(石榴石/角閃石=10/90).圖b中：Ⅰ-榴輝巖；Ⅱ-25%石榴石角閃巖；Ⅲ-10%石榴石角閃巖；Ⅳ-斜長角閃巖Fig.7 Plots of Sr/Y vs. Y (a) and (La/Yb)N vs. YbN (b) (base map after Defant and Drummond, 1990; Drummond and Defant, 1990; Wang et al., 2013) for andesites from Aketamu FormationCurves Ⅰ-Ⅳ in the diagrams are partial melting model curves of MORB, arrows indicate the direction of partial melting reduction, the numbers marked on the curves represent the degree of partial melting. In Fig.7a: Ⅰ-eclogite (garnet/pyroxene=50/50); Ⅱ-amphibole garnetite (garnet/amphibole=50/50); Ⅲ-amphibole eclogite (amphibole/garnet/pyroxene=10/40/50); Ⅳ-garnet amphibolite (garnet/amphibole=10/90). In Fig.7b: Ⅰ-eclogite; Ⅱ-25% garnet amphibolite; Ⅲ-10% garnet amphibolite; Ⅳ-amphibolite

目前，多種埃達克巖的成因模式被提出，主要包括：(1)俯沖洋殼的熔融(Defant and Drummond, 1990; Zhaoetal., 2008; Tangetal., 2010)；(2)玄武質(zhì)巖漿的結(jié)晶分異(Macphersonetal., 2006; Castillo, 2012)；(3)俯沖的陸殼熔融(Wangetal., 2008; Lai and Qin, 2013)；(4)增厚或拆沉下地殼熔融(張旗等, 2001, 2002; Gaoetal., 2004; 熊小林等, 2005; Wangetal., 2007b)。

如前所述，阿克塔木安山巖具有同源巖漿演化的特征，然而并沒有顯示出高壓或低壓分離結(jié)晶的趨勢(圖8)，并具弱Eu正異常(δEu=0.99～1.25)，指示未發(fā)生明顯的斜長石分離結(jié)晶作用，因此，它可能不是由玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異而成。地殼物質(zhì)由于強烈虧損Nb，高度富集Pb，而具有較低的Nb/U和Ce/Pb比值。安山巖的Nb/U(3.7～6.0)和Ce/Pb(3.5～8.4)比值與大陸地殼的范圍明顯不同(Nb/U=10, Ce/Pb=4, Hofmannetal., 1986)。此外，陸殼物質(zhì)的參與往往造成不相容元素總體升高，而阿克塔木組火山巖的不相容元素豐度并不特別高，因此，巖漿由俯沖陸殼熔融形成可能性不大。增厚或者拆沉下地殼熔融、俯沖陸殼熔融形成的埃達克巖往往富鉀貧鈉(K2O>3%)(Xiao and Clemens, 2007; Wangetal., 2007b, 2008)，而本次安山巖樣品卻富鈉貧鉀(Na2O/K2O=1.11～9.57)，與洋殼組分類似；其高Al，低La/Ce(0.45～0.55)比值，也與俯沖板片熔融機制一致(Defant and Drummond, 1990, 1993; Drummondetal., 1996; Martin, 1999)。

圖8 阿克塔木組安山巖SiO2對La (a)、Ba (b)、Dy/Yb (c)和Na2O (d)圖解高壓分離結(jié)晶趨勢線據(jù)Macpherson et al., 2006；低壓分離結(jié)晶趨勢線據(jù)Castillo et al., 1999Fig.8 Plots of SiO2 against La (a), Ba (b), Dy/Yb (c) and Na2O (d) for andesites from Aketamu FormationHigh-pressure fractional crystallization lines after Macpherson et al., 2006; low-pressure fractional crystallization lines after Castillo et al., 1999

研究表明，玄武質(zhì)巖漿底侵作用導(dǎo)致下地殼部分熔融以及拆沉下地殼部分熔融形成的埃達克巖，一般具高Mg#和高相容元素Cr、Co、Ni等幔源巖漿特征(Yogodzinskietal., 1995; Martin, 1999; Gaoetal., 2004)。本文分析樣品具較低的Cr、Co、Ni含量，與角閃巖或榴輝巖實驗形成的熔體中這些元素的低濃度基本一致(Rappetal., 1991)。相對低的MgO(0.75%～3.50%)和Mg#(24.97～47.08)，與MORB部分熔融產(chǎn)生的熔體相似(Rapp, 1997; Defantetal., 2002)，僅部分樣品Mg#和Cr、Co、Ni值偏高，暗示俯沖板片形成的熔體可能與地幔楔發(fā)生輕微的熔體-巖石反應(yīng)(Defant and Drummond, 1990; 張海祥等, 2004)。由此可見，阿克塔木組安山巖樣品為由虧損地幔演化而來的俯沖洋殼部分熔融的產(chǎn)物。

巖石具高Sr，低Y、Yb，無明顯Eu異常，虧損HFSE(Ta、Nb和Ti)和HREE，低Mg#，表明源區(qū)無斜長石殘留，而是由角閃石+石榴石以及輝石、Fe-Ti氧化物、金紅石等組成。由于石榴子石相對富集HREE，角閃石主要富集MREE(Green, 1994)，可利用Y/Yb及(Ho/Yb)N比值來鑒別源區(qū)的殘留相。當(dāng)Y/Yb>10且(Ho/Yb)N>1.2時，具有較為傾斜的HREE配分型式，主要殘留相為石榴子石；當(dāng)重稀土分布比較平坦，即Y/Yb≈10且(Ho/Yb)N≈1時，則表明角閃石可能為主要的殘留相(Huetal., 2014)。安山巖的Y/Yb和(Ho/Yb)N比值分別為8.1～10.7(平均9.3)和1.0～1.2(平均1.1)，因此，其源巖大致相當(dāng)于變質(zhì)的石榴角閃巖(Castillo, 2006)。Sr/Y-Y、(La/Yb)N-YbN圖解同樣顯示樣品均落在埃達克巖域內(nèi)的俯沖洋殼部分熔融的石榴角閃巖曲線上，兩圖一致顯示角閃石占源區(qū)殘留相的絕大部分(石榴石/角閃石=10/90)，且熔融程度較高(圖7)。相對較高的Th/Yb值及低Ba/La表明巖漿源區(qū)可能有少量俯沖沉積物的加入，而俯沖流體的作用不明顯(Woodheadetal., 2001)。

綜上所述，阿克塔木組安山巖是玄武質(zhì)洋殼在石榴角閃巖相高度部分熔融的產(chǎn)物，巖漿源區(qū)可能有俯沖沉積物的加入，巖漿上升過程中沒有經(jīng)歷斜長石分離結(jié)晶，埃達克巖熔體與地幔橄欖巖發(fā)生了弱的交代作用后形成埃達克巖。

5.2 構(gòu)造環(huán)境

同位素測年及相鄰地層古生物資料確認阿克塔木組火山巖為早石炭世。西準噶爾北部薩吾爾地區(qū)發(fā)育較多的早石炭世中酸性侵入巖以及火山巖(Chenetal., 2010; Gengetal., 2011; Shenetal., 2013; 王金榮等, 2013; Yangetal., 2014)，然而對于該地區(qū)石炭紀構(gòu)造環(huán)境仍存在不同認識。如：島弧(Gengetal., 2011; Yangetal., 2014)、弧后盆地(Shenetal., 2013)、洋內(nèi)弧(Gengetal., 2009; Yinetal., 2010; Zhangetal., 2011; Shenetal., 2009, 2013; 鄧宇峰等, 2014)和后碰撞(韓寶福等, 2006; 袁峰等, 2006; 范裕等, 2007; Zhouetal., 2007, 2008)等，這些認識上的不統(tǒng)一嚴重阻礙了區(qū)域構(gòu)造演化的深入研究。

在微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖6b)，阿克塔木組火山巖富集LILE和LREE，虧損HFSE，是消減帶巖漿的典型特征，反映巖漿形成于與俯沖有關(guān)的陸緣環(huán)境或島弧環(huán)境(Pearce and Peate, 1995)。盡管陸殼的物質(zhì)組成具有與消減帶巖漿相似的地球化學(xué)特征(Rudnick and Gao, 2003)，陸殼物質(zhì)的參與可以使板內(nèi)或后碰撞等環(huán)境的巖漿具有以上特征，但如前所述，這一機制發(fā)生的可能性不大?？刮g變元素比值顯示，阿克塔木組火山巖的Ta/Yb、Th/Zr值相對較低，而Th/Ta、Ba/Nb值則較高，顯示其具島弧火山巖特征(Ajajietal., 1998)。同時，Hf/Ta(6.4～9.9)、La/Ta(30.7～51.3)和低的TiO2(0.60～0.94)亦顯示其與島弧火山巖相似，表明其可能形成于島弧環(huán)境，暗示有洋殼俯沖作用的存在。

扎爾瑪-薩吾爾巖漿弧北側(cè)的額爾齊斯-齋?？p合帶內(nèi)的察爾斯克蛇綠巖中硅質(zhì)巖含大量晚泥盆-早石炭世放射蟲和牙形石化石(Iwataetal., 1997)，說明早石炭世額爾齊斯-齋桑洋仍然存在，并向其南北兩側(cè)的哈薩克斯坦和阿爾泰板塊之下俯沖(Windleyetal., 2007; Chenetal., 2010; Hanetal., 2010)。前人及本次研究在阿克塔木組下伏黑山頭組地層中發(fā)現(xiàn)早石炭世海相化石，也說明研究區(qū)這一時期為大洋環(huán)境。薩吾爾地區(qū)呈帶狀分布的鈣堿性系列的I型花崗巖(Zhouetal., 2008; Chenetal., 2010; 王金榮等, 2013; 尹繼元等, 2013)，年齡集中于324～337Ma(袁峰等, 2006; 范裕等, 2007; Zhouetal., 2008; Chenetal., 2010)，具有火山弧花崗巖的特征，指示它們?yōu)閸u弧構(gòu)造背景下的產(chǎn)物(尹繼元等, 2013)。薩吾爾山向東烏倫古湖附近(圖1b)，早石炭世輝長巖與閃長巖具有弧巖漿地球化學(xué)特征(王瑞和朱永峰, 2010)；扎爾瑪-薩吾爾火山弧北緣的早石炭世閃長巖脈(圖1b)，被認為是島弧環(huán)境下板塊俯沖的產(chǎn)物(Yinetal., 2015)。薩吾爾地區(qū)南部研究區(qū)附近的闊爾真闊拉、布爾克斯岱Cu-Au礦床賦礦中基性圍巖組合(Shenetal., 2008; 鄧宇峰等, 2014)，以及與塔斯特、罕哲尕能Cu-Au礦床、黑山頭Au礦點相關(guān)的中酸性巖(范裕等, 2007; 郭正林等, 2010; 陳思思等, 2017)，均具有島弧巖漿巖的地球化學(xué)特征，成巖年齡為340Ma左右(袁峰等, 2015)；綜合分析認為，薩吾爾地區(qū)南部這些與Cu-Au礦床有關(guān)的火山巖與本次厘定的安山巖-流紋巖組合同屬早石炭世阿克塔木組，它們均形成于和洋內(nèi)俯沖有關(guān)的島弧環(huán)境。

實驗巖石學(xué)研究表明，埃達克巖的形成通常需要高的溫壓條件(P=1.5～2.5GPa,T=850～1050℃, Xiong, 2006)。大多數(shù)俯沖環(huán)境具有較低的地?zé)崽荻?，只發(fā)生俯沖板片脫水作用形成正常的島弧火山巖，而不會發(fā)生板片熔融(Tatsumi, 2008)。本次研究表明，薩吾爾地區(qū)黑山頭一帶早石炭世阿克塔木組火山巖為典型的埃達克巖，是洋殼部分熔融的產(chǎn)物。薩吾爾火山弧北緣的早石炭世閃長巖脈也具有埃達克巖地球化學(xué)特征(Yinetal., 2015)(圖6、圖7)；前人報道的西準噶爾巴爾雷克一帶阿克塔木組(原黑山頭組)部分安山巖與埃達克巖類似(田陟賢等, 2013)(圖6、圖7)，并有同期的富Nb玄武巖發(fā)現(xiàn)(李永軍等, 2014)。值得注意的是，薩吾爾山南部研究區(qū)附近黑山頭金礦點的賦礦二長巖與埃達克巖地球化學(xué)特征一致(陳思思等, 2017)(圖6、圖7)；闊爾真闊拉、布爾克斯岱Cu-Au礦床圍巖組合中部分安山巖也符合埃達克巖特征(圖6、圖7)，并伴有少量富Nb玄武巖(Shenetal., 2008; 鄧宇峰等, 2014)，這些賦礦圍巖時代均為早石炭世。

特殊的巖石組合表明本區(qū)在早石炭世時期具有特殊的動力學(xué)背景，即高的地?zé)崽荻?，暗示本區(qū)在早石炭世發(fā)生了軟流圈物質(zhì)上涌。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化，晚古生代以來隨著古亞洲洋收縮，額爾齊斯-齋桑洋板塊持續(xù)向南俯沖(Windleyetal., 2007; Chenetal., 2010; Hanetal., 2010)。早石炭時期，在薩吾爾山一帶洋殼俯沖到薩吾爾島弧之下，俯沖洋殼析出的流體交代上覆地幔楔形成正常的鈣堿性島弧火山巖(圖9a)，并形成具有島弧特征的I型花崗巖。在洋殼板片俯沖過程中，板片窗(slab window)的產(chǎn)生可能為這一地區(qū)帶來異常高溫，其產(chǎn)生的機制可能是發(fā)生板片撕裂、斷離或洋脊俯沖(Bonnardotetal., 2009; Fanetal., 2015)等。高溫軟流圈物質(zhì)通過板片窗上涌，板片窗邊緣年輕和較熱的板片容易發(fā)生熔融而形成埃達克巖(Stern and Kilian, 1996; Thorkelson and Breitsprecher, 2005)，被埃達克質(zhì)熔體交代的地幔橄欖巖部分熔融則形成富Nb玄武巖(Defant and Drummond, 1993; Virueteetal., 2007)(圖9b)，從而形成了本區(qū)特殊的埃達克巖+富Nb玄武巖組合。

圖9 薩吾爾地區(qū)早石炭世構(gòu)造模式圖 (a)俯沖流體交代上覆地幔楔形成鈣堿性島弧火山巖；(b)軟流圈上涌導(dǎo)致俯沖板片熔融形成埃達克巖Fig.9 Early Carboniferous tectonic evolution model of Sawuer area (a) mantle wedge was metasomatized by subduction fluid leading to forming calc-alkaline island arc volcanic rocks; (b) upwelling of asthenospheric mantle resulted in melting of subduction slab and forming adakite

5.3 成礦作用

板片熔融成因的埃達克巖由于其特殊的成巖機制與斑巖型Cu礦、淺成低溫?zé)嵋盒虯u、Cu礦密切相關(guān)(Defantetal., 2002)，國內(nèi)外大部分Cu、Au、Ag和Mo相關(guān)的低溫?zé)嵋盒偷V床和斑巖型Cu礦與埃達克巖有關(guān)(張旗等, 2001, 2002; Sunetal., 2010)。埃達克巖成礦的關(guān)鍵因素是角閃巖相向榴輝巖相轉(zhuǎn)變過程中的脫水作用(Kay and Mpodozis, 2001)，產(chǎn)生的大量流體有利于埃達克質(zhì)巖漿的形成，俯沖板片熔體與地幔橄欖巖相互作用導(dǎo)致地幔中的金屬硫化物分解，高溫、高壓、富揮發(fā)組分、較高的氧逸度和快速上升的巖漿均是成礦的重要控制因素(熊小林等, 2005; 趙振華等, 2006)，使地幔巖和基性巖中Cu、Au等元素容易進入到熔體(Zhangetal., 2017)(圖9b)，隨后在適宜的地質(zhì)和物化條件下進一步富集成礦。

研究表明，西準噶爾南部包古圖地區(qū)晚石炭世斑巖型Cu-Au成礦帶與古大洋俯沖板塊熔融有關(guān)(Zhangetal., 2006; 張連昌等, 2006; 唐功建等, 2009)，前人對西準噶爾北部的扎爾瑪-薩吾爾島弧帶巖漿巖的形成年代及其相關(guān)的礦床也做了大量研究工作(表3)，研究表明，早石炭世時期是薩吾爾地區(qū)弧巖漿活動和Cu-Au礦床形成的高峰期，本次研究區(qū)周邊分布有塔斯特、闊爾真闊拉、罕哲尕能、布爾克斯岱床、黑山頭等斑巖型-淺成低溫?zé)嵋盒虯u-Cu礦床(點)(圖1b)，成巖成礦時代均為早石炭世(表3)。如前所述，礦床圍巖組合中部分中酸性巖具有埃達克巖特征，并伴有少量富Nb玄武巖(Shenetal., 2008; 鄧宇峰等, 2014; 陳思思等, 2017)。結(jié)合薩吾爾火山弧北緣早石炭世埃達克質(zhì)閃長巖脈及本次黑山頭一帶阿克塔木組埃達克巖的發(fā)現(xiàn)，表明西準噶爾北部扎爾瑪-薩吾爾巖漿弧的成巖成礦條件與南部包古圖地區(qū)可對比，可能同樣存在一條與埃達克巖有關(guān)的Cu-Au礦帶，具有較好的找礦潛力。

6 結(jié)論

(1)西準噶爾北部黑山頭一帶阿克塔木組為一套中性火山熔巖、火山碎屑巖夾少量酸性火山熔巖建造，流紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為337.9±0.77Ma，形成于早石炭世。

(2)阿克塔木組安山巖主微量元素地球化學(xué)特征為富Na貧K，高Sr、Al，低的Y、Yb含量；高Sr/Y比值，富集LREE虧損HREE；弱Eu正異常，具明顯的Nb、Ta、Ti負異常，與典型的埃達克巖一致，形成于與洋內(nèi)俯沖有關(guān)的島弧環(huán)境，為洋殼板片在石榴角閃巖相高度部分熔融的產(chǎn)物。

(3)阿克塔木組埃達克巖+富Nb玄武巖組合與早石炭世額爾齊斯-齋桑洋南向俯沖消減有關(guān)，俯沖過程中板片窗構(gòu)造的產(chǎn)生造成高溫軟流圈物質(zhì)上涌，加熱并熔融板片窗邊緣洋殼產(chǎn)生埃達克巖，熔體與地幔楔發(fā)生交代作用形成富Nb玄武巖。與此同時，在薩吾爾巖漿弧上產(chǎn)生了與埃達克巖相關(guān)的Cu-Au礦床。

致謝三位匿名審稿人對本文審閱并提出了寶貴的修改意見與建議，在此表示衷心感謝！