東準(zhǔn)噶爾早泥盆世托讓格庫(kù)都克組火山巖SHRIMP鋯石U-Pb測(cè)年及地質(zhì)意義

王雅寧 朱志新 李咸陽(yáng) 李平 鄭飛 宮相寬

摘? 要：新疆東準(zhǔn)噶爾地區(qū)廣泛分布晚古生代火山巖，對(duì)東準(zhǔn)噶爾富蘊(yùn)縣一帶托讓格庫(kù)都克組火山巖進(jìn)行SHRIMP鋯石U-Pb測(cè)年，獲得鋯石的206Pb/238U結(jié)晶年齡為（411.7±6） Ma，屬早泥盆世。巖石地球化學(xué)分析表明，巖石具高鈉（Na2O為3.13%～6.67%）、富鋁（Al2O3為15.04%～17.01%）及弱過(guò)鋁質(zhì)（A/NCK為1.16～1.58）特征，屬鈣堿性系列;稀土元素含量整體偏低，REE為79.54×10-6～171.97×10-6，輕重稀土元素分餾不明顯。富集Sr，Ce，Hf等元素，虧損Th，Sm等元素，屬?gòu)?qiáng)不相容元素富集型，顯示出源區(qū)的較富集性。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化，認(rèn)為東準(zhǔn)噶爾托讓格庫(kù)都克組火山巖形成于活動(dòng)大陸邊緣向北俯沖作用的火山弧環(huán)境。

關(guān)鍵詞：東準(zhǔn)噶爾;早泥盆世;托讓格庫(kù)都克組;地球化學(xué);島弧環(huán)境

目前對(duì)中亞造山帶研究成果顯示，其具多縫合帶、多塊體連接、鑲嵌的大地構(gòu)造格局，發(fā)生了晚古生代地殼雙向增生和新生代陸內(nèi)造山等重要演化過(guò)程[1]。東準(zhǔn)噶爾地區(qū)位于中亞造山帶，古生代以來(lái)大地構(gòu)造演化是顯生宙增生造山帶和古亞洲洋演化重要階段[2]。其中，東準(zhǔn)噶爾地區(qū)分布有兩條蛇綠巖帶，即卡拉麥里蛇綠巖帶和扎河壩-阿爾曼泰蛇綠巖帶[3]，該區(qū)出露廣泛的火山巖。目前對(duì)東準(zhǔn)噶爾地區(qū)俯沖作用時(shí)限尚無(wú)很好約束，對(duì)東準(zhǔn)噶島弧巖漿類型等也存在不同看法[4-5]。周紅智等研究表明，東準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚古生代經(jīng)板塊俯沖、板塊碰撞和板內(nèi)拉張等演化過(guò)程[6]。近年來(lái)Xu對(duì)紙房地區(qū)奧陶—泥盆紀(jì)巖漿巖進(jìn)行研究，表明東準(zhǔn)噶爾在該時(shí)期發(fā)生了一系列向北俯沖的增生作用，早泥盆世發(fā)生了弧后裂解過(guò)程，島弧巖漿作用由安第斯型陸緣弧轉(zhuǎn)為大陸島弧[7]。前人對(duì)古洋盆俯沖極性的研究主要有南向俯沖、北向俯沖、雙向俯沖等觀點(diǎn)[8-10]。

筆者認(rèn)為對(duì)東準(zhǔn)噶爾地區(qū)進(jìn)行研究是認(rèn)識(shí)東準(zhǔn)噶爾地區(qū)泥盆紀(jì)島弧巖漿活動(dòng)及薩吾爾-謝米斯臺(tái)多島弧盆系形成演化的關(guān)鍵?；鹕綆r是恢復(fù)古大地構(gòu)造環(huán)境的重要組成部分，其形成和演化與構(gòu)造演化息息相關(guān)。東準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚古生代火山巖十分發(fā)育，關(guān)注點(diǎn)多集中在石炭紀(jì)構(gòu)造屬性及火山巖源區(qū)方面[11]，還沒(méi)有系統(tǒng)地對(duì)早泥盆世火山巖地球化學(xué)進(jìn)行詳細(xì)分析。為此，筆者對(duì)東準(zhǔn)噶爾地區(qū)早泥盆世玄武巖進(jìn)行了SHRIMP鋯石U-Pb定年，對(duì)早泥盆世托讓格庫(kù)都克組火山巖進(jìn)行地球化學(xué)分析，以期為本區(qū)晚古生代構(gòu)造演化提供一些重要依據(jù)。

1? 區(qū)域地質(zhì)背景

東準(zhǔn)噶爾地區(qū)位于新疆北部，其北緣是中亞造山帶主要組成部分，東北為西伯利亞克拉通，西南為塔里木克拉通，東南為華北克拉通（圖1-a）[12]，北與阿爾泰造山帶相連，以額爾齊斯斷裂為邊界，南與塔里木地塊相接，以卡拉麥里-莫?dú)J烏拉斷裂為界[2]。從大地構(gòu)造位置看，研究區(qū)位于阿爾泰造山帶與東準(zhǔn)噶爾造山帶之間，處于阿爾曼泰蛇綠巖帶南側(cè)附近（圖1-b）。該區(qū)位于洪古勒楞-阿爾曼泰早古生代溝弧帶和謝米斯臺(tái)-庫(kù)蘭卡茲干古生代復(fù)合島弧帶結(jié)合處，泥盆紀(jì)火山巖出露廣泛，形成一條NW向火山巖帶。研究區(qū)出露地層自下而上依次為早泥盆世托讓格庫(kù)都克組、晚白堊世紅礫山組、古—新近系沙灣組（圖1-c）。古—新近系沙灣組巖體主要為灰白色砂巖、礫砂巖，該組角度不整合于托讓格庫(kù)都克組和晚白堊世紅礫山組之上;晚白堊世紅礫山組主要為灰黃色礫巖、長(zhǎng)石石英砂巖，與托讓格庫(kù)都克組呈角度不整合接觸;托讓格庫(kù)都克組整體以中基性巖為主，酸性巖次之的火山巖建造，分為2個(gè)巖性段，早泥盆世托讓格庫(kù)都克組火山巖最發(fā)育，形成玄武巖-安山巖-流紋巖建造。本次選該組為研究對(duì)象做進(jìn)一步研究。

2? 巖相學(xué)特征

玄武巖? 拉長(zhǎng)石斑晶為15%，半自形板粒狀，0.5～1.7 mm，環(huán)帶、聚片雙晶發(fā)育，簾石化輕度。原輝石全被綠泥石取代，殘余柱粒狀晶形?；|(zhì)主要由拉長(zhǎng)石微晶（60%～70%）、玻璃質(zhì)（20%）、輝石（10%）組成（圖2-a，c）。

安山巖? 斜長(zhǎng)石斑晶為10%，板狀，高嶺土化輕度，裂紋發(fā)育，約95%為基質(zhì)，微晶結(jié)構(gòu)，內(nèi)部密集包嵌了針狀、霏細(xì)狀鉀長(zhǎng)石客晶，泥化輕度（圖2-b，d）。

流紋巖? 斑狀結(jié)構(gòu)，流紋構(gòu)造。斜長(zhǎng)石斑晶含量8%，暗色礦物為2%，半自形板狀，中輕度絹云母化、高嶺土化。暗色礦物均綠泥石化，僅殘留柱狀形態(tài)?；|(zhì)約占80%～90%，具霏細(xì)-包含霏細(xì)結(jié)構(gòu)，主要由石英（70%～85%）及少量磁鐵礦（10%～15%）組成。

3? 巖石地球化學(xué)特征

3.1? 主量元素特征

從托讓格庫(kù)都克組火山巖化學(xué)成分看出（表1），主量元素變化范圍較大，SiO2含量48.78%～66.37%，Al2O3含量15.04%～17.01%，Na2O含量3.13%～6.67%，K2O含量0.41%～4.95%，Na2O/K2O為1.11～10.76，火山巖Na2O含量總體大于K2O，屬Na富集型。里特曼指數(shù)為1.34～6.15，多小于3.3，屬鈣堿性。鋁飽和指數(shù)1.15～2.40，均大于1，屬弱過(guò)鋁質(zhì)巖石。從TAS圖解看（圖3-a），其集中分布于玄武安山巖中，由于安山巖等幔源巖漿活動(dòng)記錄了深部殼幔作用特征，是認(rèn)識(shí)和探索地幔特征和殼幔作用的重要依據(jù)。TAS圖解中（圖3-a），安山巖多屬亞堿性。SiO2-K2O圖解中（圖3-b），樣品主要投在鈣堿性系列至低鉀系列范圍內(nèi)。

3.2? 稀土元素特征

從表1可看出，早泥盆世托讓格庫(kù)都克組火山巖稀土元素總量變化為79.54×10-6～171.97×10-6，稀土總量較高。LREE含量68.70×10-6～151.00×10-6，HREE總含量10.84×10-6～20.97×10-6，LREE/HREE平均7.29，LREE較低。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE分布曲線為右傾的LREE富集型（圖4-a），（La/Yb）N=4.20～9.04，輕重稀土元素分異較強(qiáng)，具富集地幔性質(zhì)。δEu平均0.978，基本無(wú)Eu異常;δCe均值0.899，小于1。研究區(qū)稀土元素含量整體偏低，輕重稀土元素分餾不明顯。

3.3? 微量元素特征

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素圖解上（圖4-b），總體Sr，Ce等元素含量較高。由表1可知，分別為187×10-6～987×10-6、29.1×10-6～50.8×10-6;K，Th等含量較低，分別為13.6×10-6～64.37×10-6、1.9×10-6～5.9×10-6。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解中，不同時(shí)期火山巖樣品曲線形態(tài)一致，表現(xiàn)為大離子親石元素Sr、U、Ba富集強(qiáng)烈，高場(chǎng)強(qiáng)元素略富集，Nb元素虧損特征。Sr，Ce，Hf，Rb出現(xiàn)負(fù)異常，K，Sm，Ti等元素含量偏低。RbN/YbN比值大于1，屬?gòu)?qiáng)不相容元素富集型。整體呈右傾型，高度富集不相容元素。

4? 鋯石測(cè)年

4.1? 樣品分析及方法

本次研究選取TWS-4杏仁狀玄武巖進(jìn)行SHRIMP鋯石U-Pb定年。樣品鋯石分選在武漢地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，在雙目體視顯微鏡（OLYMPUS）下隨機(jī)挑選一定數(shù)量鋯石顆粒粘在雙面膠上，以低溫環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄，過(guò)夜烘干，待環(huán)氧樹(shù)脂充分固化后用5000目砂紙打磨。在偏光顯微鏡下查看確定磨到鋯石最大截面，然后在自動(dòng)拋光機(jī)上對(duì)鋯石表面進(jìn)行拋光，至鋯石表面達(dá)到鏡面效果。依次用酒精、洗滌劑和水在超聲波中對(duì)靶表面進(jìn)行清洗。制靶完成后在偏光顯微鏡下按最寬視域依次進(jìn)行透射光和反射光照相，然后對(duì)鋯石靶進(jìn)行鍍金處理。測(cè)試前在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司實(shí)驗(yàn)室中準(zhǔn)確分析鋯石樣品的制靶和陰極發(fā)光（CL）圖像。鋯石年齡數(shù)據(jù)利用ICP MSDataCal 3.5軟件完成，給出Pb同位素組成、年齡、元素含量等相關(guān)參數(shù)，U-Pb鋯石定年中年齡諧和圖和加權(quán)平均年齡的計(jì)算使用Isoplot3.75軟件[14]。

4.2? SHRIMP鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果

玄武巖鋯石Th，U含量較高，232Th/238U比值0.3～1.3，大于0.4，具巖漿成因鋯石特征（表2）[15]。CL圖像顯示為自形半自形長(zhǎng)柱狀（圖5-a），晶型完整，為50～200 μm，可見(jiàn)明顯震蕩環(huán)帶。玄武巖共選取19顆鋯石進(jìn)行U-Pb定年，得到相對(duì)集中的諧和圖年齡（圖5-b），位于諧和線上或附近，加權(quán)平均年齡為（411.7±6） Ma，MSWD=0.23（圖5-c），屬早泥盆世，代表該巖體成巖年齡。

5? 討論

據(jù)早泥盆世托讓格庫(kù)都克組火山巖巖石地球化學(xué)特征，其總體屬鈣堿性，亞堿性巖石，Na富集型中基性-酸性火山巖。稀土元素含量較高，輕重稀土元素分餾較弱，無(wú)明顯Eu異常，標(biāo)準(zhǔn)化曲線呈平滑右傾，曲線特征與大陸邊緣弧安山巖曲線分布區(qū)間一致。對(duì)地球化學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)分析看出，其具富集大離子親石元素（LILE）和輕稀土元素（LREE）、高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE）和重稀土元素（HREE）相對(duì)虧損特征，稀土元素分布型式為右傾型，Eu，Ce出現(xiàn)異常，標(biāo)準(zhǔn)化曲線形態(tài)與島弧火山巖的地球化學(xué)特征一致。Rb-Y+Nb圖解中（圖6-a），樣品均落在島弧花崗巖中;Hf/3-Th-Nb/16圖解表明，該區(qū)為火山弧玄武巖（圖6-b）。綜上所述，托讓格庫(kù)都克組火山巖具典型鈣堿性島弧火山巖地球化學(xué)特征，形成成因與陸緣弧構(gòu)造環(huán)境有關(guān)。

東準(zhǔn)噶爾北緣火山巖主要分布于早泥盆世江孜爾庫(kù)都克組、中泥盆世北塔山組、晚泥盆世托讓格庫(kù)都克組中，其中早泥盆世托讓格庫(kù)都克組火山巖極發(fā)育。區(qū)域資料顯示，東準(zhǔn)噶爾地區(qū)泥盆紀(jì)（約為400 Ma）發(fā)育較廣泛火山巖[16]。前人對(duì)東準(zhǔn)噶爾火山巖進(jìn)行了詳細(xì)研究，認(rèn)為火山巖形成時(shí)期與俯沖作用的活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān)[17]。對(duì)阿爾泰南緣泥盆紀(jì)地層淺變質(zhì)碎屑沉積巖主量元素、微量元素及相關(guān)Hf同位素定年分析，認(rèn)為其形成于陸源弧構(gòu)造環(huán)境[9];泥盆紀(jì)阿爾泰造山帶南緣巖漿巖形成很可能與古亞洲洋板塊向西伯利亞大陸板塊俯沖-消減作用引起的地殼熔融具一定相關(guān)性[18]。在阿爾泰山東部阿爾沙特進(jìn)行鋯石U-Pb測(cè)年得出，該區(qū)巖漿巖形成時(shí)期與古亞洲洋向北俯沖消減作用的陸緣弧有關(guān)[19]。李現(xiàn)冰等認(rèn)為阿尕什敖地區(qū)火山巖的形成是由于阿爾曼泰蛇綠巖帶代表的洋殼向北側(cè)西伯利亞板塊俯沖作用過(guò)程中，俯沖帶流體上升交代上部的地幔楔體導(dǎo)致部分熔融形成的[20]。北塔山一帶泥盆紀(jì)巖漿巖形成于卡拉麥里小洋盆的洋殼向北俯沖作用過(guò)程中形成的陸緣弧構(gòu)造環(huán)境[21]。本次研究通過(guò)對(duì)東準(zhǔn)噶爾早泥盆世托讓格庫(kù)都克組分析，筆者認(rèn)為與阿爾泰造山帶南緣火山巖形成于活動(dòng)大陸邊緣陸緣弧構(gòu)造環(huán)境具相似的成因背景，都是向北俯沖作用形成的島弧環(huán)境[22]。

6? 結(jié)論

（1） 東準(zhǔn)噶爾托讓格庫(kù)都克組玄武巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為（411.7±6） Ma，屬早泥盆世。

（2） 該套火山巖屬鈣堿性系列巖石，具Hf，Ce，Sr相對(duì)富集，Th，Sm，K相對(duì)虧損的地球化學(xué)特征;Th/Ta比值為0.16～7.87，顯示與活動(dòng)大陸邊緣型火山巖相似的地球化學(xué)性質(zhì)。

（3） 東準(zhǔn)噶爾托讓格庫(kù)都克組火山巖形成于活動(dòng)大陸邊緣向北俯沖的火山弧環(huán)境。該火山巖可能是俯沖沉積物流體交代地幔楔物質(zhì)部分熔融產(chǎn)物，并在巖漿上升過(guò)程中經(jīng)一定的分離結(jié)晶作用和淺部地殼物質(zhì)混染。結(jié)合區(qū)域同期（400～435 Ma）巖漿活動(dòng)及相關(guān)事件分析認(rèn)為，其應(yīng)為早古生代末期古亞洲洋向準(zhǔn)噶爾陸塊方向俯沖消減作用的產(chǎn)物。

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The SHRIMP Zircon U-Pb Dating of the Volcanic Rocks of the Tuoranggekuduke Formation in the Early Devonian，

Eastern Junggar and Geological Implications

Wang Yaning1，Zhu Zhixin2，Li Xianyang2，Li Ping2，Zheng Fei2，Gong Xiangkuan1

（1.College of Geology and mining engineering，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang，830046，China;2. Xinjiang Institute of Geological Survey，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： Late Paleozoic volcanic rocks are widely distributed in Eastern Junggar，Xinjiang.The SHRIMP zircon U-Pb dating of volcanic rocks of Tuoranggekuduke Formation in Fuyun county of Eastern Junggar， shows that the206Pb/238U crystal age is （411.7±6）Ma，belonging to Early Devonian. According to petrogeochemical analysis， it is characterized by high Sodium content （Na2O：3.13%～6.67%）， rich Aluminum content （Al2O3：15.04%～17.01%） and weak Superalumina content （A/NCK：1.16～1.58）.The content of rare earth elements is generally low （REE： 79.54×10-6～171.97×10-6）， and the fractional distillation of heavy rare earth elements is not obvious. Enrichment of Sr， Ce， Hf and other elements， depletion of Th， Sm and other elements as well as strong incompatible elements， showed relatively high enrichment in the source area. Based on the regional tectonic evolution， the author believes that the volcanic rocks of Tuoranggekuduke Formation in the Eastern Junggar were formed in the volcanic arc environment of the northward subduction of the active continental margin.

Key words： Eastern Junggar;Early Devonian;Tuoranggekuduke Formation;Geochemistry; Island arc environment.