阿爾金山喀拉大灣地區(qū)早古生代火山巖巖石學特征、U-Pb年齡及構造環(huán)境特征

摘" "要：阿爾金山喀拉大灣地區(qū)出露一套海相火山巖，據(jù)火山巖組構特點及巖性組合劃分出6個噴發(fā)韻律、3個噴發(fā)亞旋回、1個火山噴發(fā)旋回。通過對鉛鋅賦礦層頂?shù)装寰寄規(guī)r進行鋯石U-Pb測年，獲得年齡為487.9～489.8 Ma，時代為晚寒武—早奧陶世。與鉛鋅礦有關的火山巖主要為鈣堿性高鉀英安巖、流紋巖類火山巖， 巖石地球化學具Nb，Ta，Sr，Hf，Y相對虧損和Ba，Th，Zr，U相對富集及形成于俯沖帶環(huán)境的鈣堿性火山巖微量元素地球化學特征，即輕稀土富集，Eu極度虧損。結合前人研究成果，認為大地構造環(huán)境屬拉張弧后盆地。

關鍵詞：阿爾金山；鋯石U-Pb測年；火山巖；巖石地球化學特征；構造環(huán)境

阿爾金山喀拉大灣研究區(qū)縱跨阿爾金北緣陸塊、紅柳溝-拉配泉蛇綠混雜巖帶和阿中地塊3個Ⅲ級構造單元（圖1）。紅柳溝-拉配泉蛇綠混雜巖帶內(nèi)的海相火山巖-碎屑巖夾碳酸鹽巖建造為區(qū)域鉛鋅礦、鐵礦的主要賦礦層[1-2]。20世紀完成的1∶20萬索爾庫里幅區(qū)調(diào)成果將區(qū)內(nèi)火山巖定為震旦系，與相鄰俄博梁幅地層劃分相差較大，地層清理時改為元古界。陳宣華等運用鋯石U-Pb稀釋法對該區(qū)中酸性侵入巖進行測年，認為區(qū)域內(nèi)巖漿活動發(fā)生于早古生代[3]。本文對研究區(qū)鉛鋅礦體頂?shù)装逯兴嵝曰鹕綆r開展鋯石SHRIMP測年，獲得年齡為487.9～489.8 Ma，為鉛鋅礦成礦時代的確定提供了依據(jù)。

１" 地質(zhì)構造背景

研究區(qū)位于阿爾金北緣構造斷裂帶與紅柳溝-拉配泉斷裂帶間，早古生代經(jīng)歷裂陷海槽-島弧-碰撞造山演化過程[4]。寒武紀處于大洋階段，早奧陶世大洋擴張仍未結束。早奧陶世末期，洋殼向南側的阿中地塊北部大陸邊緣之下俯沖消減，隨洋殼向南俯沖，在阿中地塊前緣形成由北向南的俯沖帶，并在上盤形成島弧型基性火山巖漿噴發(fā)和閃長巖、石英閃長巖侵入活動。隨著俯沖帶的加深，巖漿逐漸向中酸性-堿性轉(zhuǎn)化，形成從基性-中酸性-堿性島弧火山巖增生[5-10]。志留紀末期敦煌地塊南部被動大陸邊緣與阿中地塊北部活動大陸邊緣（島?。┫嘤觯纬蓴D壓造山。區(qū)內(nèi)除發(fā)育“S”型英云閃長巖外，還發(fā)育大量志留紀“S-I”過渡型碰撞型中酸性侵入巖類。敦煌地塊南部陸緣和海溝沉積被后期構造作用改造，長城系和薊縣系變質(zhì)巖被卷入島弧北部蛇綠混雜巖帶中，構成紅柳溝-拉配泉構造蛇綠混雜巖帶。

2" 火山巖特征

研究區(qū)火山巖受區(qū)域斷裂系控制，呈近EW向帶狀展布；與含化石的海相地層共生，為典型海相火山巖系；與相應深成巖共生，具島弧火山-巖漿建造特征；具不同程度蝕變作用；區(qū)域上屬紅柳溝-拉配泉蛇綠混雜巖帶中東段組成部分?？臻g上以阿爾金北緣斷裂、紅柳溝拉配泉斷裂為界，將區(qū)內(nèi)火山巖劃分為3段：①自北向南分別為阿克達坂組第五巖性段內(nèi)的中酸性-中基性火山熔巖夾火山碎屑巖；②第一巖性段至第四巖性段內(nèi)的中酸性火山碎屑巖夾火山熔巖；③碎屑巖和拉配泉組下段內(nèi)的基性火山熔巖（圖1）[7-12]。

綜合阿克達坂組內(nèi)火山巖組構及組合特點，大致將阿克達坂組火山巖劃分出1個火山噴發(fā)旋回、3個噴發(fā)亞旋回、6個噴發(fā)韻律（表1）[8，12]。噴出韻律自下至上為噴發(fā)相至噴溢相或沉積相，屬單向正韻律模式。第一個噴出韻律噴發(fā)相由英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r構成，噴溢相由流紋巖構成，沉積相為灰?guī)r；第二個噴出韻律噴發(fā)相由安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r構成，沉積相由粉砂巖和灰?guī)r構成；第三個噴出韻律噴發(fā)相由安山質(zhì)凝灰?guī)r構成，噴溢相由流紋巖構成；第四個噴出韻律噴發(fā)相由安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r構成，噴溢相由流紋巖構成，沉積相由灰?guī)r、砂屑灰?guī)r構成；第五個噴出韻律噴發(fā)相由英安質(zhì)含角礫熔巖構成，噴溢相由流紋巖、英安巖構成；第六個噴出韻律噴發(fā)沉積相由凝灰?guī)r、灰?guī)r和安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r構成，噴溢相由玄武巖構成。

3" 分析結果

3.1" 鋯石U-Pb年齡

2件火山巖鋯石測年樣品分別采自第四巖性段鉛鋅礦層頂?shù)装鍍?nèi)，巖性為晶屑凝灰?guī)r（PI-27和PI-26）。用于U-Pb年齡測試的鋯石挑選由廊坊誠信地質(zhì)服務有限公司完成。將原巖碎至約100 μm，先由重液和磁法分選，后在雙目境下人工挑選出。

在電子顯微鏡下拍攝鋯石陰極發(fā)光圖像（CL），與鋯石U-Pb同位素激光剝蝕熔融等離子質(zhì)譜分析（LA-ICP-MS）及鋯石微量元素分析在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室完成。激光剝蝕使用德國相干公司（Coherent）準分子激光器COMPexPro102，質(zhì)譜分析使用Agilent ICP-MS7500ce電感耦合等離子質(zhì)譜儀。激光束斑32 μm，剝蝕深度30～40 μm，能量密度20 J/cm2，頻率5 Hz，采用He氣將激光剝蝕物質(zhì)帶入等離子質(zhì)譜儀。采用標準玻璃樣品NIST進行儀器優(yōu)化，91 500標準鋯石做外部校正，U，Th，Pb含量由內(nèi)標29Si與外標NIST610校準。采集信號前先用激光剝蝕3 s去除表面可能存在的污染，進行15 s空白信號采集和75 s激光剝蝕。年齡數(shù)據(jù)處理采用GLITTER4.4軟件，普通鉛校正參考，后期采用Isoplot（ver3.0）進行年齡計算和U-Pb諧和圖繪制。

2件樣品鋯石特征相似，晶體較小，長50～90 μm，寬35～60 μm，長寬比為1.2∶1～1.8∶1，鋯石自形較好，呈中等柱狀，振蕩環(huán)帶較明顯，屬巖漿成因。PI-26號樣品共測試23個點（圖2，表2），得出206Pb/238U加權平均年齡為（487.9±3.6）Ma，MSWD=3.8。在U-Pb年齡諧和圖上分布在諧和線附近，具良好的諧和性（圖2）。PI-27號樣品共測試25個點（圖3，表3），206Pb/238U加權平均年齡為（489.8±3.9） Ma，MSWD=4.2（圖3），與樣品PI-26結果基本一致。在U-Pb年齡諧和圖上分布在諧和線附近，表現(xiàn)出良好的諧和性。

3.2" 主量元素特征

該地區(qū)鉛鋅礦主要與中-酸性火山巖關系密切，巖石化學以選擇中-酸性火山巖及火山凝灰?guī)r為主。樣品采自喀拉大灣銅多金屬礦區(qū)3號坑道、7號坑道口、15-47線剖面、PI號地質(zhì)剖面、XDHⅢ號地化剖面，共8件。巖石地球化學分析由國家地質(zhì)實驗測試中心完成，分析結果見表4～表6。

火山巖樣品主量元素數(shù)據(jù)見表4。SiO2含量61.66%～76.99%，平均71.14%；TiO2含量0.15%～1.19%，平均0.43%；MgO含量0.3%～3.31%，平均1.28%；Al2O3含量浮動較大，較高者為15.21%，低者為11.03%，平均12.69%；K2O含量0.1%～5.45%，平均2.67%；（K2O+Na2O）含量4.10%～8.45%，平均6.37%。結合野外、鏡下觀察及主量元素特征，初步推斷該組火山巖以酸性火山巖為主，主要為鈣堿性高鉀英安巖、流紋巖類火山巖。

3.3" 微量元素地球化學特征

喀拉大灣地區(qū)火山巖微量元素分析數(shù)據(jù)見表5。微量元素分析顯示，Rb含量3.71×10-6～153×10-6，平均75.55×10-6。其他元素分布模式較一致（圖4），具Nb，Ta，Sr，Hf，Y相對虧損和Ba，Th，Zr，U相對富集特征，微量元素顯示具俯沖帶環(huán)境鈣堿性火山巖地球化學特征。Pb，Zr，Hf元素富集反映陸殼物質(zhì)對巖漿源區(qū)影響作用增強，陸殼強烈富集Pb。

3.4" 稀土元素地球化學特征

喀拉大灣地區(qū)火山巖類稀土元素分析數(shù)據(jù)見表6。樣品稀土總量高，為141.38×10-6～333.73×10-6，平均266.90×10-6；輕重稀土比值變化大，∑LREE/∑HREE介于1.46～7.44，平均5.05，LaN/YbN為1.28～7.42，平均4.77，反映輕重稀土分異較弱。樣品H365-12具極強輕重稀土分異，H365-10輕重稀土分異最弱。δEu為0.46～0.93，平均0.62，La/Sm為1.94～3.67，平均2.98；δCe為0.91～1.08，平均1.00。研究區(qū)8個酸性火山巖稀土元素球粒隕石分布圖中，除H365-1樣品未出現(xiàn)Eu異常且稀土元素有漂移外，其他7個樣品分布趨勢均一致，呈一致的Eu負異常，曲線呈輕稀土弱富集右傾斜“V”型（圖5），H365-1出現(xiàn)上述結果，推測是硅化現(xiàn)象導致[11]。

4" 討論

4.1" 火山巖時代

本次在火山巖中測得約490 Ma的鋯石U-Pb年齡。天津地礦所在調(diào)查區(qū)東部拉配泉巖群火山巖組中變流紋英安巖進行SHARMP年齡測試，獲得（503±14） Ma的鋯石U-Pb同位素年齡，代表流紋英安巖成巖時代。對拉配泉東粗安巖采用TIMS法進行U-Pb同位素年齡測試獲得（466.2±1.5） Ma，對原樣進行SHARMP年齡測試獲得（494±23） Ma的鋯石U-Pb年齡。因此，阿克達坂巖組火山巖形成年齡下限為晚寒武世，上限年齡為早奧陶世。

4.2" 構造環(huán)境分析

研究區(qū)中酸性火山巖巖石類型主要為英安巖、流紋巖類，分布面積較廣，與鉛鋅礦關系密切。地球化學特征表明，該套中酸性火山巖屬鈣堿性系列，表現(xiàn)出輕稀土富集，重稀土趨于平坦的右陡傾型式，Eu負異常。具較明顯的Nb，Ta，Sr，Hf，Y相對虧損和Ba，Th，Zr，U相對富集，微量元素顯示具俯沖帶環(huán)境鈣堿性火山巖地球化學特征，說明該套中酸性火山巖具火山弧特征。據(jù)（Y+Nb）-Rb和（Yb+Ta）-Rb圖解（圖6），本區(qū)8個中酸性火山巖樣品均落入WPG（板內(nèi)）區(qū)域，整體構造環(huán)境屬板內(nèi)性質(zhì)，可能形成于大洋俯沖帶靠近島弧-側偏板內(nèi)的大地構造環(huán)境[11-12]。

5" 結論

阿爾金山喀拉大灣地區(qū)被阿爾金北緣斷裂和紅柳溝-拉配泉斷裂所夾持，多位于紅柳溝-拉配泉蛇綠混雜巖帶內(nèi)。本文運用鋯石SHRIMP U-Pb方法對區(qū)內(nèi)海相火山巖中的中酸性火山巖進行測年，獲得487.9～489.8 Ma的年齡，據(jù)巖石化學特征認為大地構造環(huán)境屬弧后拉張盆地。

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Petrological Characteristics， U-Pb Age and Tectonic Environment Characteristics of the Early Paleozoic Volcanic Rocks in the Kaladawan Area of the Altun Mountains

Liu Bing1， Wang Lei2， Liu Wei1， Chen Wei1

（1.The First Geological Survey Party，Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development，

Urumqi，Xinjiang，830013，China;2.The 7th Geological Brigade of Xinjiang Bureau of Geology and Mineral

Resources，Wusu，Xinjiang，833000，China）

Abstract： A set of marine volcanic rocks are exposed in the Kaladawan area of Altun Mountain. Based on the volcanic rocks' structural characteristics and lithological associations， they are divided into six eruption rhythms， three eruption sub-cycles， and one volcanic eruption cycle. By conducting zircon U-Pb dating on the crystal tuff at the top and bottom of the Pb-Zn Ore bearing stratum， an age of 487.9-489.8 Ma formed during the Late Cambrian-Early Ordovician （∈3-O1） was obtained. The volcanic rocks related to the Pb-Zn deposit are mainly the high potassium calc alkali dacite， rhyolite， etc. It has apparent relative depletion of Nb， Ta， Sr， Hf， Y， and relative enrichment of Ba， Th， Zr， and U， and has trace element geochemical characteristics of calc-alkaline volcanic rocks formed in subduction zone environments characterized by light rare earth enrichment and extreme Eu depletion. Combined with previous research results， we speculate that the tectonic environment belongs to the spreading back-arc basin.

Key words： Zircon U-Pb age; Volcanic rocks; Geochemical characteristics; Tectonic Environment; Altun tagh