阿勒泰南緣克朗盆地康布鐵堡組流紋巖年代學(xué)、地球化學(xué)及巖石成因

常好營(yíng)　李永軍　陳博　周艷龍　高吉鵬

摘? 要：阿勒泰南緣克朗盆地康布鐵堡組火山巖廣泛分布。為查明克朗盆地康布鐵堡組形成時(shí)代、源區(qū)及構(gòu)造背景，對(duì)其中流紋巖進(jìn)行了年代學(xué)、地球化學(xué)和鋯石Hf同位素分析。在流紋巖中分別獲得（394±1） Ma、（402.72±0.92） Ma的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡。地球化學(xué)特征顯示，其為與“I”型花崗巖有相似特征的弱過鋁質(zhì)流紋巖，高SiO2（73.58%～82.54%）、中等Al2O3（9.74%～13.29%，平均11.91%）及全堿含量（Na2O+K2O=4.11%～10.55%），低CaO（0.08%～3.34%，平均0.88%）、MgO（0.03%～2.72%，平均1.04%）。富集輕稀土，分布圖呈右傾型。富集Rb，Th，U等大離子親石元素，虧損Ba，Nb，Ta，Sr，Ti等，顯著負(fù)Eu異常，鋯石Hf同位素εHf（t）值為6.21～11.08、4.16～11.08?？傮w顯示，該流紋巖形成于與俯沖作用有關(guān)的陸緣弧環(huán)境，為幔源巖漿加熱上覆地殼進(jìn)而發(fā)生部分熔融而成。

關(guān)鍵詞：地球化學(xué);火山巖;Hf同位素;康布鐵堡組;阿勒泰南緣

阿爾泰構(gòu)造帶位于中亞造山帶西南部，是國(guó)內(nèi)主要的稀有金屬礦床及鐵、銅、鉛、鋅等多金屬礦床的賦存帶[1-5]，長(zhǎng)期以來，為國(guó)內(nèi)外學(xué)者們研究的熱點(diǎn)區(qū)域?？挡艰F堡組作為該成礦帶最重要的賦礦地層之一，其分布、巖石組合、形成時(shí)代已有較多研究成果，但形成環(huán)境仍有一些爭(zhēng)議。

關(guān)于康布鐵堡組地層的形成時(shí)代已有一些報(bào)道。前人利用Rb-Sr，K-Ar測(cè)年方法獲得其時(shí)代為石炭紀(jì)[6-7]，但由于該年齡小于侵入其中的花崗巖年齡，且該組發(fā)生了一定程度的變質(zhì)作用，無法排除其為變質(zhì)熱事件年齡，故可信度不高[8]。1978年，新疆地質(zhì)局區(qū)測(cè)大隊(duì)六分隊(duì)（1∶20萬阿勒泰幅）通過阿巴宮地區(qū)的腕足類化石Atypa cf. Reticularis，珊瑚類化石Pachyfavasites sp.將其厘定為早泥盆世。近年來，許多學(xué)者通過鋯石U-Pb測(cè)年方法對(duì)康布鐵堡組不同巖性進(jìn)行了測(cè)年研究，部分學(xué)者在凝灰?guī)r中獲得巖石的噴發(fā)年齡為（436±4） Ma[9];侵入其中的花崗巖形成年齡為（400～413） Ma[9-10];其他學(xué)者在變質(zhì)流紋巖獲得噴發(fā)年齡為（381～412） Ma[11-14]。目前，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為康布鐵堡組主體時(shí)代為早泥盆世，部分為中志留世（（436±4）Ma））[9]。區(qū)內(nèi)構(gòu)造背景仍然存在爭(zhēng)議，何國(guó)琦等、韓寶福等、王京彬等、李錦軼等學(xué)者認(rèn)為，其形成于與板塊俯沖無關(guān)的被動(dòng)大陸邊緣——大陸邊緣裂谷環(huán)境[1，7，15-16]，而更多學(xué)者認(rèn)為其構(gòu)造演化與洋殼俯沖有密切關(guān)系，形成于活動(dòng)大陸邊緣——陸緣弧或島弧環(huán)境[10，17-20]。

本文以克朗盆地康布鐵堡組流紋巖為研究對(duì)象，在野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，利用LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年方法、鋯石Hf同位素及巖石地球化學(xué)分析，限定該組形成時(shí)代，研究巖漿形成機(jī)制，探討其構(gòu)造背景，為阿勒泰南緣的構(gòu)造演化提供新的信息。

1 地質(zhì)背景

阿爾泰造山帶位于中亞造山帶西南部，整體呈NW向橫貫于中、俄、哈、蒙4國(guó)。它是中亞造山帶的重要組成部分，是由一系列島弧和增生雜巖構(gòu)成的增生型造山帶[8，21-24]。中國(guó)阿爾泰造山帶位于新疆北部，在構(gòu)造位置上處于西伯利亞板塊和哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊接合部位[25]。以紅山嘴斷裂、阿巴宮-庫(kù)爾特?cái)嗔?、克茲加爾斷裂和額爾齊斯構(gòu)造帶為界，將中國(guó)阿爾泰劃分為北阿爾泰、中阿爾泰、南阿爾泰和額爾齊斯帶（圖1-a）。

克朗盆地位于阿爾泰市北西，巴寨斷裂與阿巴宮-庫(kù)爾提斷裂之間。盆地內(nèi)主要有中—晚志留世庫(kù)魯木提組、早泥盆世康布鐵堡組、中泥盆世阿勒泰組及大面積出露的侵入巖（圖1-b）。庫(kù)魯木提組主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、十字石紅柱石綠泥石片巖;阿勒泰組為一套淺海相陸源碎屑巖，夾基性火山巖、火山碎屑巖、硅質(zhì)巖和碳酸鹽巖。侵入巖以花崗巖為主，其時(shí)代有奧陶紀(jì)、泥盆紀(jì)和二疊紀(jì)[27-32]。區(qū)域構(gòu)造以阿勒泰復(fù)式向斜為主，軸向?yàn)镹W向。核部為阿勒泰組，向兩翼依次為康布鐵堡組、庫(kù)魯木提群。次級(jí)褶皺及斷裂發(fā)育，次級(jí)褶皺軸線走向與主構(gòu)造線一致。

康布鐵堡組主要分布于阿勒泰南緣沖乎爾、克朗、麥茲3個(gè)火山盆地中，延伸方向與區(qū)域構(gòu)造線一致?？死逝璧貎?nèi)康布鐵堡組呈NW向分布，為一套酸性火山巖-火山碎屑巖系。其與下伏庫(kù)魯木提組呈斷層接觸關(guān)系，與上覆阿勒泰組為不整合接觸關(guān)系。本組下部為淺變質(zhì)細(xì)碎屑巖夾中酸性火山巖，上部為中酸性火山巖夾碎屑巖、大理巖組合。中酸性火山巖以流紋巖、英安巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r為主。流紋巖在上、下段均有出露，厚度較大。

2 樣品采集及測(cè)試方法

2.1? 樣品采集

本次于流紋巖中采集2件新鮮樣品，用于LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年，配套采集8件樣品進(jìn)行全巖地球化學(xué)分析，采樣位置見圖1。

流紋巖：呈肉紅、灰白色，具斑狀結(jié)構(gòu)，流紋構(gòu)造、塊狀構(gòu)造，由斑晶和基質(zhì)組成（圖2-a，b）。斑晶含量約15%，以石英、斜長(zhǎng)石為主。其中石英呈渾圓狀，粒徑0.3～3 mm，表面干凈，具波狀消光特征;斜長(zhǎng)石呈半自形板狀，粒徑0.2～2 mm，表面發(fā)生輕微絹云母化和高嶺土化，聚片雙晶發(fā)育;基質(zhì)含量約85%，呈微?；◢徑Y(jié)構(gòu)，主要由石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石組成，含少量黑云母集合體，黑云母的定向排列。此外，基質(zhì)中可見少量角閃石及磁鐵礦等副礦物（圖2-f）。

2.2? 分析方法

鋯石樣品挑選、制靶由河北省欣航測(cè)繪院完成，鋯石透射光、反射光、CL陰極發(fā)光圖像拍攝及鋯石U-Pb定年和Hf同位素在西安地質(zhì)調(diào)查中心自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成。利用美國(guó)New Ware Research公司生產(chǎn)的激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng)（UP193SS）和美國(guó)AULENT科技有限公司生產(chǎn)的Agilent7 500a型四級(jí)桿等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)試。激光束斑直徑為32 μm，剝蝕深度20～40 μm，激光脈沖8 Hz。測(cè)試采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91 500作為外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，元素含量采用NIST610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)元素。詳細(xì)分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見文獻(xiàn)[33]。

在西安地質(zhì)調(diào)查中心自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)采集的8件巖石全分析樣品進(jìn)行主量、微量和稀土元素測(cè)試。其中，主量元素采用SX45型X熒光光譜儀（XRF）分析，分析誤差小于1%;微量和稀土元素利用SX50型電感耦合等離子體光譜儀（ICP-MS）測(cè)定，分析誤差小于5%～10%。鋯石Lu-Hf同位素分析在西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室完成，所用儀器為Neptune多接收等離子質(zhì)譜和Newwave UP213紫外激光剝蝕系統(tǒng)（LA-MC-ICP MS）。實(shí)驗(yàn)過程中采用He作為剝蝕物質(zhì)載氣，剝蝕直徑44 μm，激光剝蝕時(shí)間26 s，脈沖頻率4～8 Hz，脈沖能量100 mJ。詳細(xì)分析見文獻(xiàn)[34]。

3 分析結(jié)果

3.1? 鋯石U-Pb年齡

樣品D0715-4（圖3-a，c）及D0729-9（圖3-b，d）鋯石多呈淺色-無色長(zhǎng)柱狀、板狀，長(zhǎng)軸50～180 μm，長(zhǎng)短軸比1∶1～3∶1。多數(shù)鋯石顆粒可見明顯的生長(zhǎng)環(huán)帶（圖4），具典型巖漿鋯石特征[35]。U-Pb同位素分析結(jié)果見表1。樣品D0715-4中，鋯石Th含量97.23×10-6～816.96×10-6，U含量為193.43×10-6～827.70×10-6，Th/U為0.50～1.38，為巖漿成因鋯石[36]。18組206Pb/238U年齡數(shù)據(jù)集中在400～405 Ma，諧和性較好，加權(quán)平均年齡為（402.72±0.92） Ma（MSWD=0.52），代表該樣品成巖年齡。樣品D0729-9鋯石Th含量87.36×10-6～346.99×10-6，U含量142.10×10-6～858.08×10-6，Th/U值0.38～0.79，指示其典型的巖漿成因鋯石特征。206Pb/238U年齡392～396 Ma，在誤差范圍內(nèi)落在諧和線上或附近，得到加權(quán)平均年齡（394±1） Ma（MSWD=0.35），代表該樣品成巖年齡。因此，兩個(gè)樣品成巖時(shí)代均屬早泥盆世。樣品D0729-9（394±1 Ma）采自該組頂部層位，樣品D0715-4（（402.72±0.92）? Ma）采自該組中部層位。該組下部層位年齡已有化石和其他定年資料限定，時(shí)代為早泥盆世。因此，本次定年數(shù)據(jù)進(jìn)一步確定該組形成于早泥盆世。

3.2? 主量元素地球化學(xué)特征

克朗盆地康布鐵堡組火山巖地球化學(xué)分析結(jié)果及有關(guān)參數(shù)見表2?？挡艰F堡組火山巖樣品SiO2含量為73.58%～82.54%，Al2O3含量為9.74%～13.29%，平均11.91%，具相對(duì)較低的CaO（0.08%～3.34%，平均0.88%）和MgO（0.03%～2.72%，平均1.04%）。P2O5，MnO含量均小于0.1%。全堿含量較高（Na2O+K2O=4.11%～10.55%）。在劃分蝕變變質(zhì)火山巖系列最為有效的SiO2-Zr/TiO2圖解（圖4-a）中，所有樣品均落入流紋巖區(qū)。鋁飽和度指數(shù)A/CNK=0.94～1.41，平均1.10;A/NK=1.03～1.82，平均1.33，屬弱過鋁質(zhì)巖石（圖4-b）。

3.3? 稀土、微量元素地球化學(xué)特征

流紋巖樣品具有中等的稀土元素總量（∑REE=53.97×10-6～255.55×10-6，平均為149.61×10-6），（La/Yb）N=1.28～14.90，（La/Sm）N=1.93～3.74，（Gd/Yb）N=0.65～2.57，反映出輕稀土元素相對(duì)富集且內(nèi)部分餾程度較好，而重稀土內(nèi)部分餾不明顯。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布曲線顯示，所有樣品呈右傾分布特征，具顯著的Eu負(fù)異常（圖5-a），可能與斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用有關(guān)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中，火山巖樣品表現(xiàn)為富集Rb，Th，U等大離子親石元素和Zr，Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素，虧損Ba，Nb，Ta，Sr，Ti等元素，與弧環(huán)境具相似特征（圖5-b）。

3.4? 鋯石Hf元素地球化學(xué)特征

鋯石原位Hf同位素測(cè)試結(jié)果見表3。樣品D0715-4有18個(gè)有效分析點(diǎn)，176Yb/177Hf比值為0.035 026～0.190 053（平均0.076 957），176Lu/177Hf比值為0.001 039～0.005 047（平均0.002 144），176Hf/177Hf比值為0.282 709～0.282 873（平均0.282 709）。εHf（t）值為6.21～11.08，對(duì)應(yīng)二階段模式年齡（TDM2）為687～996 Ma（平均906 Ma）。樣品D729-9有15個(gè)有效分析點(diǎn)，176Yb/177Hf比值為0.046 037～0.130 541（平均0.072 329），176Lu/177Hf比值為0.001 251～0.003 287（平均0.001 903），176Hf/177Hf比值為0.282 642～0.282 760（平均0.282 708）。εHf（t）值為4.16～7.89，對(duì)應(yīng)TDM2為884～1 161 Ma（平均1 010 Ma）。

4 討論

4.1? 巖石類型及成因

花崗質(zhì)巖漿按成因類型可分為“A”型、“I”型和“S”型3種。康布鐵堡組流紋巖呈現(xiàn)出與“I”型花崗質(zhì)巖漿巖相似的地球化學(xué)特征：①巖石鏡下可見角閃石產(chǎn)出（圖2-f），未見堇青石、白云母等典型富鋁礦物[40-41];②P2O5與SiO2呈較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖6-d），且含量大都低于0.05%[42-44]，區(qū)別于“S”型花崗巖特征;③相對(duì)典型的“S”型花崗巖，樣品具較低的Ca，Sr含量;④在稀土分布曲線上樣品呈右傾的分布模式（圖5-a）。微量元素蛛網(wǎng)圖顯示出，巖石Nb，Ta，Ti顯著虧損（圖7-b），具明顯的Eu負(fù)異常及較低的104 ×Ga/Al值（平均2.24），與典型的“I”型花崗巖特征相似且明顯區(qū)別于“A”型花崗巖。在104×Ga/Al-Zr及104×Ga/Al-Y圖解中，大多樣品落入“I”型和“S”型區(qū)域內(nèi)（圖6-a，b）;在SiO2-Zr圖解中，其落在了“I”型區(qū)域內(nèi)（圖6-c）。綜上所述，康布鐵堡組流紋巖體現(xiàn)出“I”型特征。

多數(shù)研究表明，大規(guī)?；◢徺|(zhì)巖漿主要是地殼巖石在缺少流體相的條件下發(fā)生熔融形成的[48]。柴鳳梅等總結(jié)，區(qū)域上晚古生代同期的花崗巖在阿勒泰南緣分布廣泛，認(rèn)為康布鐵堡組流紋巖可能源于陸殼物質(zhì)部分熔融或殼幔物質(zhì)混合的產(chǎn)物[11]。另外，Nb/Ta，Zr/Hf值是判別巖漿源區(qū)很好的指示劑[49]。本次分析的流紋巖Nb/Ta值（10.61～12.36，平均11.58），接近大陸地殼平均值（12～13）[50]，而與原始地幔（17.4）的Nb/Ta值相差較大[51];Zr/Hf值（平均31.55）與地殼巖石的Zr/Hf值（33）十分接近[52]。并且樣品的U（平均2.73×10-6），Th（平均14.75×10-6）含量及Th/U（平均0.19）比值遠(yuǎn)大于原始地幔，Ti/Zr比值（4.46～17.23，平均8.95）小于20，也表明其為典型的陸殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物[53-54]。而樣品具有的低Sr，高Rb/Sr值（平均1.46，遠(yuǎn)高于全球上地殼平均值0.32 ），以及相對(duì)貧Al的特征，與俯沖洋殼物質(zhì)部分熔融產(chǎn)物明顯不同[52，55]。此外，樣品的Cr，Ni含量較低則表明，巖漿體系未受到明顯的幔源物質(zhì)混染[11]。

另外，鋯石Hf同位素也能夠有效地反映巖漿的來源[56-58]，來自地殼和地幔的巖漿具不同的Hf同位素組成[59]。εHf（t）值常被用來示蹤巖漿源區(qū)不同性質(zhì)源巖特征，當(dāng)εHf （t）值為負(fù)時(shí)，說明巖漿來自古老地殼，而當(dāng)εHf （t）值為正時(shí)，則說明巖漿來自虧損地?；蛐律貧?。本次獲得的兩個(gè)樣品的εHf （t）值均為較高正值（分別為6.21～11.08，4.16～7.89），在εHf（t）-t圖解上，數(shù)據(jù)點(diǎn)落在球粒隕石和虧損地幔之間（圖7），結(jié)合鋯石相對(duì)年輕的二階段模式年齡（884～1161 Ma，687～996 Ma），表明其巖漿的物質(zhì)來源主要是新生地殼。此外，區(qū)域上已報(bào)道的多數(shù)花崗巖成因均與新生地殼有關(guān)[17，30]。因此，康布鐵堡組流紋巖應(yīng)是新生地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。

4.2? 成巖構(gòu)造環(huán)境

阿勒泰南緣地區(qū)分布大量晚古生代火山巖及花崗侵入巖表明，在泥盆紀(jì)該地區(qū)經(jīng)歷了強(qiáng)烈的火山活動(dòng)。眾所周知，活動(dòng)大陸邊緣的俯沖作用往往伴隨著強(qiáng)烈的地震和火山作用。王濤等在總結(jié)了阿爾泰花崗巖的時(shí)空演變和構(gòu)造環(huán)境時(shí)[60]，認(rèn)為阿爾泰造山帶在晚志留—晚泥盆世處于俯沖作用下的陸弧環(huán)境，于晚泥盆世洋盆關(guān)閉。此外，其他學(xué)者也對(duì)區(qū)域上同時(shí)代花崗巖，如瓊庫(kù)爾巖體、沖乎爾北巖體、鐵列克巖體、薩爾布拉克巖體、庫(kù)爾提巖體、蒙庫(kù)巖體，以及克朗盆地內(nèi)西南、東北部的花崗巖、小東溝花崗巖等進(jìn)行了大量的研究[10，17，29-30，61-64]，認(rèn)為這些花崗侵入巖都形成于與俯沖作用相關(guān)的弧或者陸緣弧環(huán)境。與此同時(shí)，部分學(xué)者提出，洋脊俯沖模式解釋在420 Ma左右的鋯石Hf同位素的突變和哈巴河地區(qū)的早泥盆世鎂鐵質(zhì)巖脈[65-66]。

本文分析的康布鐵堡組流紋巖樣品在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上顯示，大部分樣品都富集Rb，Th，U等元素，明顯虧損Ti，P，Ba，Nb，Ta，Sr等元素，顯示出俯沖作用下弧巖漿活動(dòng)的特點(diǎn)[68]。且在Rb-（Y+Nb）和Nb-Y判別圖中，克朗盆地火山巖樣品都落入火山弧花崗巖區(qū)域（圖8-a，b）。

結(jié)合前人研究認(rèn)為，阿爾泰克朗盆地早泥盆世康布鐵堡組酸性火山巖產(chǎn)于與俯沖作用相關(guān)的陸緣弧環(huán)境。在早泥盆世，隨著洋殼的俯沖及消減作用加劇，俯沖流體交代上覆地幔楔熔融形成的基性巖漿底侵下地殼，造成下地殼鎂鐵質(zhì)巖石發(fā)生部分熔融，形成花崗質(zhì)巖漿。同時(shí)巖漿在上升過程中，可能與上地殼發(fā)生了一定的混染作用，最后噴出地表形成了康布鐵堡組流紋巖。

5? 結(jié)論

（1） 阿勒泰南緣克朗盆地康布鐵堡組流紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為（394±1） Ma、（402.72±0.92） Ma，佐證其時(shí)代為早泥盆世。

（2） 康布鐵堡組流紋巖是與“I”型花崗巖有相似地球化學(xué)特征的弱過鋁質(zhì)流紋巖，為陸殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。

（3） 地球化學(xué)顯示，康布鐵堡組流紋巖富集Rb，Th，U等元素，明顯虧損Ti，P，Ba，Nb，Ta，Sr等元素，顯示出俯沖作用下弧巖漿活動(dòng)的特點(diǎn)，應(yīng)為形成于與俯沖作用有關(guān)的陸緣弧環(huán)境。

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Abstract：Volcanic rocks are widely distributed in the Kangbutiebao Formation in the Kelang Basin on the southern margin of Altay. In order to ascertain the formation age， source area and tectonic background of the Kangbutiebao Formation in the Kelang Basin， the rhyolite in it was analyzed by chronology， geochemistry and zircon Hf isotope. The LA-ICP-MS zircon U-Pb ages of （394±1） Ma and（402.72±0.92） Ma were obtained from the rhyolite. The geochemical characteristics show that it is a weak peraluminous rhyolite with similar characteristics to type-I granite， high SiO2 （73.58%～82.54%）， medium Al2O3 （9.74%～13.29%， average 11.91%） and total alkali content （Na2O+K2O=4.11%～10.55%）， low CaO （0.08%～3.34%， average 0.88%）， MgO （0.03%～2.72%， average 1.04%）. Enriched LREES， the distribution map is right-leaning. Enrichment of LILES，? such as Rb，Th，U and depletion of Ba， Nb， Ta， Sr， Ti etc.， and significant negative δEu anomalies， zircon Hf isotope εHf（t） values are 6.21-11.08， 4.16-7.89， respectively. Overall， it shows that the rhyolite was formed in a continental arc environment related to subduction， which was caused by partial melting of the crustthat was induced by mantle-derived magma.

Key words：Geochemistry ; Volcanic rocks ; Hf isotopes ; Kangbutiebao Formation ; Southern margin of Altay