新疆阿舍勒盆地阿舍勒組火山巖鋯石U-Pb測(cè)年及地球化學(xué)特征

高玲玲　夏芳　李順達(dá)　陳川

摘? 要：新疆阿舍勒盆地中阿舍勒組火山巖主要為英安質(zhì)、流紋質(zhì)火山角礫巖，凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r等火山角礫巖及火山熔巖，頂部為玄武巖及碧玉巖、灰?guī)r。玄武巖虧損Nb，Ta，Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，富集Ba，Th，U，Sr等大離子親石元素，具島弧玄武巖特征;英安巖為鈣堿性系列，富集Rb，Ba，Th，U等大離子親石元素，Nb，P，Ti虧損十分明顯，具火山弧英安巖特征。玄武巖和英安巖中分別獲得（387±2.8） Ma和（398.1±6.9） Ma的鋯石U-Pb年齡。Hf同位素研究表明，玄武巖、英安巖物質(zhì)主要來(lái)自虧損地幔，受部分熔融地殼的混染。地球化學(xué)特征顯示，早中泥盆世阿舍勒組火山巖形成于俯沖構(gòu)造環(huán)境。

關(guān)鍵詞：阿爾泰;阿舍勒組;鋯石U-Pb測(cè)年;地球化學(xué);構(gòu)造背景

阿舍勒盆地經(jīng)歷了震旦紀(jì)—古生代洋盆形成、俯沖、閉合演化階段，中生—新生代陸內(nèi)造山演化階段，其中泥盆紀(jì)早期，陸緣邊緣裂解，弧后盆地形成[1-7]。在構(gòu)造背景方面仍存在較大爭(zhēng)議，有些學(xué)者認(rèn)為其形成于斷裂大陸邊緣[8];也有學(xué)者認(rèn)為是一個(gè)活躍的弧后盆地或島弧系統(tǒng)[9-11];或是在活動(dòng)大陸邊緣，洋脊俯沖[12-13]。本文通過(guò)阿舍勒盆地內(nèi)阿舍勒組火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)、巖石地球化學(xué)、鋯石Hf同位素研究，查明火山巖形成時(shí)代、物質(zhì)來(lái)源及構(gòu)造環(huán)境，以期對(duì)阿舍勒盆地及阿爾泰南緣的構(gòu)造演化研究提供有益資料。

1? 地質(zhì)概況

阿舍勒盆地位于新疆西北部，構(gòu)造位置處于中亞造山帶西部，即西伯利亞板塊與哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊碰撞對(duì)接地區(qū)（如圖1-a）。阿舍勒組分布于阿舍勒火山沉積盆地，總體近NW向分布。盆地出露地層主要有上志留—下泥盆統(tǒng)康布鐵堡組;下—中泥盆統(tǒng)托克薩雷組;下—中泥盆統(tǒng)阿舍勒組;中—上泥盆統(tǒng)阿勒泰鎮(zhèn)組;上泥盆統(tǒng)齊也組，與上覆及下伏地層均呈角度不整合接觸;下石炭統(tǒng)紅山嘴組和新生界。盆地內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，瑪爾卡庫(kù)里斷裂從研究區(qū)西南經(jīng)過(guò)，且發(fā)育有阿舍勒復(fù)式向斜，北東部和東部分別有阿舍勒巖體和哈巴河巖體（圖1-b）。

阿舍勒組分為兩個(gè)巖性段：第一巖性段巖性主要為英安凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、火山凝灰?guī)r、含角礫晶屑凝灰?guī)r、頂部夾灰?guī)r透鏡體;第二巖性段巖性主要以變凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r為主，頂部為玄武巖及碧玉巖、灰?guī)r?？偟膩?lái)說(shuō)，阿舍勒組巖石由早到晚巖漿演化呈現(xiàn)出酸性-中性-基性的變化趨勢(shì)。

2? 樣品采集及分析測(cè)試

樣品采自阿舍勒組第一巖性段英安巖和第二巖性段玄武巖（圖1）。玄武巖呈塊狀、斑狀結(jié)構(gòu)，巖石由斑晶和基質(zhì)兩部分組成，斑晶由半自形板狀、板條狀斜長(zhǎng)石及半自形-他形柱粒狀輝石組成，巖石內(nèi)發(fā)育杏仁體，不規(guī)則狀，定向分布;英安巖呈塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為隱微晶狀結(jié)構(gòu)。斑晶為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英，局部可見(jiàn)暗色礦物假象。基質(zhì)由長(zhǎng)英質(zhì)和新生礦物組成（圖2）。

主微量元素及稀土元素在澳實(shí)分析檢測(cè)（廣州）有限公司測(cè)試完成。主量元素和痕跡元素分析精度分別優(yōu)于5%、10%。鋯石CL陰極發(fā)光圖像、U-Pb定年和Hf同位素在北京燕都中實(shí)檢測(cè)技術(shù)有限公司測(cè)試。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91 500進(jìn)行同位素質(zhì)量分餾校正[14]。U-Pb諧和圖分析數(shù)據(jù)誤差為2σ，加權(quán)平均年齡的置信水平是95%[15]?；贏ndersen提出的方法對(duì)普通鉛進(jìn)行校正[16]。Lu-Hf同位素分析標(biāo)樣使用GJ1作為參考物質(zhì)，相關(guān)儀器運(yùn)行條件及詳細(xì)分析流程見(jiàn)文獻(xiàn)[17]。

3? 地球化學(xué)特征

3.1? 主量元素

阿舍勒盆地由于受到復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖石普遍發(fā)育不同程度的變質(zhì)和蝕變作用。因此，火山巖樣品的燒失量較高，變化范圍介于2.52%～6.43%之間，玄武巖因碳酸鹽化強(qiáng)烈，燒失量最高，為5.85%～6.43%。在討論主量元素地球化學(xué)特征時(shí)已合理說(shuō)明，且重新百分化。

玄武巖和英安巖主量元素分析見(jiàn)表1。玄武巖SiO2含量為44.72%～46.25%，具較高的Cr（230×10-6～240×10-6）和Ni（62.9×10-6～64.6×10-6）含量。MgO（9.25×10-6～9.66×10-6）含量較高，鎂指數(shù)值介于66.9～68.2之間。Al2O3含量為19.69%～20.02 %。Na2O的含量遠(yuǎn)高于K2O， 在TAS圖解中，樣品均落入玄武巖范圍（圖3-a）。A/CNK值為1.24%1.37，屬過(guò)鋁質(zhì)。

英安巖SiO2含量為64.96%～65.71%，MgO（3.50%～3.74%）含量較高，鎂指數(shù)為52.7～53.5。Al2O3含量為13.58%～14.36%。Na2O的含量遠(yuǎn)高于K2O。在TAS圖解中，均落入英安巖范圍內(nèi)（圖3-a），在SiO2 -K2O圖解中屬鈣堿性系列（圖3-b）。里特曼指數(shù)介于1.08～1.26，小于3.3，屬鈣堿性巖。A/CNK值為0.99～1.20。

3.2? 微量及稀土元素特征

玄武巖為相對(duì)弱富集輕稀土、虧損重稀土元素的平坦型，（La/Yb）N和La/Yb比值分別為0.71～0.99和0.99～1.49。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素圖解中，表現(xiàn)出弱的正銪異常（圖4-a），Eu/Eu*=1.02～1.08。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素分布曲線圖解顯示（圖4-b），玄武巖富集大離子親石元素K，Ba，Sr，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta，Nb，Ti。

英安巖相對(duì)富集輕稀土元素、虧損重稀土元素，（La/Yb）N和La/Yb比值分別為8.06～11.03和2.35～2.52。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素圖解中，表現(xiàn)出弱的負(fù)銪異常（圖4-c），Eu/Eu*=0.96～1.02。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素分布曲線圖解中，英安巖富集大離子親石元素K，Rb，Ba，Sr，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta，Nb，Ti（圖4-d）。

4? 鋯石U-Pb年代學(xué)

玄武巖、英安巖鋯石顆粒呈無(wú)色短柱狀或板狀，長(zhǎng)軸變化于50～200 μm，長(zhǎng)短軸之比為1：1～3：1（圖2）。大多數(shù)結(jié)晶較好，顯示出巖漿鋯石震蕩環(huán)帶特征[18]。玄武巖共有13個(gè)測(cè)點(diǎn)，分析結(jié)果列于表2。樣品中Th，U含量低，Th/U比值變化范圍在0.46～1.4之間，顯示了巖漿鋯石Th/U值的典型特征[19]。有效分析點(diǎn)206Pb/238U年齡比較集中，在383～390 Ma范圍內(nèi)，鋯石的諧和圖上諧和性較好，加權(quán)平均年齡（387±2.8） Ma（MSWD=0.19），代表玄武巖的成巖年齡（圖5-a）。英安巖10個(gè)測(cè)點(diǎn)分析見(jiàn)表2。Th/U為0.39～1.02，206Pb/238U年齡在385～408 Ma范圍內(nèi)，加權(quán)平均年齡（398±6.9） Ma，代表英安巖的成巖年齡（圖5-b）。

5? Hf同位素

鋯石Hf同位素分析結(jié)果見(jiàn)表3。玄武巖共有10個(gè)分析點(diǎn)，176Yb/177Hf和176Lu/177Hf的值分別為0.031 605～0.115 235和0.001 130～0.004 132，

εHf（t）值介于4.69～9.45，對(duì)應(yīng)TDM2模式年齡為775～1081 Ma。英安巖共有6個(gè)分析點(diǎn)，176Yb/177Hf和176Lu/177Hf的值分別為0.027 714～0.067 268和0.001 070～0.002 409，εHf（t）值介于2.87～3.73，對(duì)應(yīng)TDM2模式年齡為1 140～1 195 Ma。

在地殼和地幔中Lu/Hf比值不同，因此，來(lái)自地殼和地幔的巖漿就具有不同的Hf同位素組成[20]。εHf（t）值指示了虧損地幔與古老地殼的混合情況，其變化程度是由古老地殼和虧損地幔混合比決定[21]。另外，基性巖Hf同位素模式年齡與其形成年齡接近，說(shuō)明基性巖來(lái)源于虧損地幔，若Hf模式年齡明顯大于其形成年齡，說(shuō)明巖漿源區(qū)受到地殼物質(zhì)混染或來(lái)自于富集型地幔?；◢徺|(zhì)巖石成巖物質(zhì)主要來(lái)自地殼巖石部分熔融，所以Hf模式年齡要遠(yuǎn)大于成巖年齡。若Hf模式年齡與成巖年齡相近，則表明地殼源區(qū)是新生的[22]。鋯石的Lu-Hf同位素系統(tǒng)可以對(duì)巖漿來(lái)源及巖石成因有很好的解釋[23，24]。由此可以看出，玄武巖、英安巖的物質(zhì)來(lái)源于虧損地幔并受部分熔融地殼的混染。

6? 討論

6.1? 成巖構(gòu)造環(huán)境

阿舍勒組玄武巖、英安巖具島弧火山巖的典型特征，微量元素和稀土元素蛛網(wǎng)圖顯示，玄武巖屬低鈦拉斑玄武巖。其中玄武巖Ti/V為2.43～2.87，Zr/Y為1.81～1.97和Zr/Nb為36.3～41.1，與島弧玄武巖的特征一致（Ti/V<20，Zr/Y<3和25

前人研究發(fā)現(xiàn)，阿舍勒組海相火山巖中有一套富鎂火山巖系[25-26]。英安巖具高硅、富鈉、鈣堿性特征，與高鎂安山巖有相似特征。在SiO2-MgO圖解中，樣品數(shù)據(jù)都落在高鎂安山巖附近（圖7-a）。高鎂安山巖的形成常常被認(rèn)為與年輕的或熱的板片俯沖有關(guān)[27-28]，高鎂安山巖可以分為贊岐巖、埃達(dá)克巖、玻安巖等[29-32]。在判別圖解中，英安巖的所用樣品均落在贊岐巖范圍內(nèi)（圖7-b，c），贊岐巖被認(rèn)為是地幔橄欖巖與俯沖洋殼板片或沉積物部分熔融的硅質(zhì)流體所產(chǎn)生的[33]。所以，英安巖具沉積物流體與俯沖板片流體的共同特征。

阿舍勒組英安巖與俯沖帶島弧巖漿巖的地球化學(xué)性質(zhì)相似。在英安巖Rb-Yb+Ta的判別圖解中，數(shù)據(jù)點(diǎn)都落入火山弧花崗巖區(qū)域中（圖7-d），說(shuō)明英安巖形成于島弧環(huán)境。另外，考慮到阿舍勒組火山巖與沉凝灰?guī)r、正常沉積的碎屑巖、大理巖、硅質(zhì)巖等共生，后者巖石的存在顯示，它們形成于一個(gè)海底沉積盆地環(huán)境。綜上所述，早—中泥盆世阿舍勒組巖石形成于一個(gè)大洋弧的前弧盆地。

6.2? 物質(zhì)來(lái)源

阿舍勒組玄武巖和英安巖均屬亞堿性拉斑系列，Al2O3含量較高，為鋁過(guò)飽和，為一套富鎂系列的火山巖。稀土元素具相對(duì)富集輕稀土元素、虧損重稀土元素，銪異常均不明顯，Th/Ta比值高等特點(diǎn)。據(jù)玄武巖、英安巖微量元素及稀土元素分布模式圖，可推測(cè)其具同源區(qū)特點(diǎn)，可能都起源于富集地幔，為玄武巖巖漿經(jīng)結(jié)晶分異的產(chǎn)物。另外，據(jù)玄武巖鋯石Hf同位素測(cè)試結(jié)果可知，玄武巖來(lái)源于虧損地幔，且?guī)r漿源區(qū)受到過(guò)地殼物質(zhì)的混染。

7? 結(jié)論

（1） 阿爾泰南緣阿舍勒盆地中阿舍勒組第二巖性段玄武巖鋯石U-Pb年齡為（387±2.8） Ma，第一巖性段英安巖年齡為（398.1±6.9） Ma。

（2） 鋯石Hf同位素表明，阿舍勒組火山巖源于虧損地幔，并受部分熔融地殼的混染。

（3） 巖石地球化學(xué)表明，在早—中泥盆世，阿舍勒盆地構(gòu)造為大洋島弧環(huán)境。

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