東準噶爾卡拉麥里地區六棵樹組火山巖年代學、地球化學及構造意義

鄭海峰 劉閣 靳劉園 楊碩

摘? 要：卡拉麥里地區晚古生代構造演化存在較大爭議，主要觀點有兩種：一種認為石炭紀末期仍為島弧環境，古亞洲洋依然存在;另一種認為石炭紀處于后碰撞環境，古亞洲洋已消亡。研究選取卡拉麥里地區石炭紀六棵樹組火山巖進行鋯石U-Pb年代學及地球化學研究，認為晚石炭世卡拉麥里地區可能仍為島弧環境，古亞洲洋的消亡應在晚石炭世之后。

關鍵詞：東準噶爾;地球化學;六棵樹組;古亞洲洋

中亞造山帶為世界最大的造山帶之一，也是世界上顯生宙以來增生和改造最明顯區域之一[1-6]。前人對中亞造山帶的構造學、地層學和地球化學進行了大量工作[7-10]。目前對中亞造山帶晚古生代構造演化仍存在較大爭議。有學者認為中亞造山帶在石炭紀末期仍為島弧環境，古亞洲洋仍然存在[11-12];另有學者認為中亞造山帶在石炭紀處于后碰撞環境，古亞洲洋已消亡[13-16]。新疆卡拉麥里蛇綠巖帶位于中亞造山帶西南部，保留有古亞洲洋晚古生代演化重要信息，該區晚古生代火山巖的研究對認識古亞洲洋晚古生代演化具重要意義[17-21]。本次研究選取卡拉麥里地區石炭紀六棵樹組火山巖為研究對象，并進行了精確的鋯石U-Pb測年和地球化學分析，探討巖石類型及成因，為研究該區域大地構造演化提供證據。

1? 區域地質

東準噶爾地區位于新疆東北部，是中亞造山帶在新疆的重要組成部分。東準噶爾地區主要出露兩條蛇綠巖帶，北區阿爾曼太蛇綠巖帶和南區卡拉麥里蛇綠巖帶[22]。沿兩條蛇綠巖帶分布有大量古生代火山巖、花崗巖等，暗示古生代時期東準噶爾經歷復雜的構造演化過程[23-28]。卡拉麥里地區出露的晚古生代地層主要有早—晚泥盆世卡拉麥里組和晚石炭世石錢灘組、六棵樹組。卡拉麥里組主要為灰白色細礫巖、巖屑砂巖和灰綠色砂巖;石錢灘組以砂巖、灰巖安山玢巖為主;六棵樹組為玄武巖、英安巖等，夾少量砂巖和礫巖。區域地質研究在石炭紀地層中發現大量海百合、珊瑚等海相生物化石，表明該時期為海相環境[29]。本次研究的六棵樹組火山巖位于卡拉麥里蛇綠巖東部，走向大致北偏西，地層周邊出露有石炭紀花崗巖（圖1）。

2? 巖相學特征

六棵樹組火山巖位于老君廟NE向，主要分布于卡拉麥里斷裂南部，呈近EW向展布，與上覆晚石炭世石錢灘組呈不整合或噴發不整合接觸。以中酸性火山熔巖為主，主要巖性為杏仁狀安山巖和褐紅色英安巖。安山巖多為褐灰色（圖2-a），具明顯斑狀結構，斑晶主要為斜長石（35%），長石呈半自形板狀，聚片雙晶發育，輕微碳酸鹽化;基質（65%）具玻晶交織結構，細板條狀斜長石雜亂排列，其間分布玻璃質、磁鐵礦（圖2-c）。褐紅色英安巖具斑狀結構（圖2-b），塊狀構造，斑晶以斜長石為主（30%），具輕微絹云母化;基質（70%）中雜亂分布有斜長石微晶（圖2-d）。

3? 分析方法

本次研究對六棵樹組火山巖進行采樣，采樣位置為N：44°34′41″，E：90°48′46″。為探討巖石成因及構造意義，對六棵樹組火山巖進行鋯石U-Pb測年和主量、微量元素地球化學分析。首先在鏡下選出晶型較完整的鋯石顆粒，按順序用環氧樹脂固定后進行拋光、反射光和透射光照射，選取合適的分析測試點。鋯石U-Pb測年實驗在中國地質大學（北京）地質過程與礦產資源國家重點實驗室進行，所用儀器激光束斑直徑為30，頻率為60 Hz，剝蝕時間為60 s。其中每隔5個測試點測1次標樣，外部標樣選用標準鋯石91500，內部標樣為NIST610。主微量元素分析在武漢綜合巖礦測試中心進行，將處理好的200目樣品采用X-熒光分析儀和ICP-MS分析主量、微量元素組成，主量元素氧化物相對標樣偏差小于2%，微量元素低于5%。

4? 測試結果

4.1? 鋯石U-Pb測年

六棵樹組中英安巖鋯石U-Pb定年結果見表1。樣品鋯石主要為淺黃色-無色，呈長柱狀，長寬比為1.0～2.0，Th/U為0.32～0.49，陰極發光圖像中可見明顯環帶結構，為典型巖漿鋯石（圖3）。英安巖鋯石總測試點為24個，有14個測試點年齡落在諧和線附近，具較高諧和度，206Pb/238U加權平均年齡為（322.8±2.2）Ma，MSWD=0.72，屬晚石炭世（圖4）。

4.2? 巖石地球化學組成

對卡拉麥里六棵樹組火山巖1件安山巖樣品及2件英安巖樣品進行主量、微量、稀土元素分析（表2）。

卡拉麥里六棵樹組安山巖具中等SiO2含量52.67%，Al2O3含量16.73%，較高的CaO含量6.38%和K2O含量2.71%及全堿含量，（Na2O+K2O）含量為7.11%，顯示高鉀鈣堿性特征（圖5-a）。樣品具中等MgO含量3.53%和TFe2O3含量9.83%，SiO2-K2O+Na2O分類圖解中落入粗面安山巖系列（圖5-b）。英安巖2件樣品SiO2含量較高，分別為67.18%和69.95%，Al2O3含量14.88%和13.64%，具較低的MnO含量0.08%～0.09%和MgO含量0.64%～0.86%。但2件樣品K2O含量和Na2O含量有所不同。一類英安巖（PM32-1）具較高的K2O含量3.88%和全堿含量8.62%，屬高鉀鈣堿性系列;另一類英安巖（PM32-2）K2O含量0.87%和全堿含量6.32%較低，為低鉀（拉斑）系列（圖5-a）。

卡拉麥里六棵樹組安山巖稀土元素總量為112.3×10-6，輕重稀土元素分異較明顯，LREE/HREE為4.31，LaN/YbN為3.49，稀土元素型式圖解中呈右傾（圖6-a）。英安巖樣品稀土元素特征差異較大，高鉀英安巖具較高的稀土元素含量，為167.48×10-6，輕重稀土元素具分異趨勢，LREE/HREE為5.9，δEu顯示虧損特征，δEu=0.81;低鉀英安巖具較低的稀土元素含量，104.84×10-6，輕重稀土元素分異明顯，LREE/HREE=8.05，具不明顯Eu的正異常，δEu=1.11。

微量元素原始地幔標準化蜘蛛圖中，粗面安山巖和高鉀英安巖表現出與低鉀英安巖不一致的特征（圖6-b）。安山巖和高鉀英安巖具Rb，K，U等大離子親石元素和Zr，Hf元素富集，Nb，Ta，Ti，P等高場強元素虧損特征，反映島弧火山巖特征。低鉀英安巖整體上富集大離子親石元素和虧損高場強元素，Ba，Th，Eu等元素異常特征可能暗示巖石成因差異。

5? 討論

5.1? 巖石成因

六棵樹組火山巖主要由酸性巖和基性巖組成。高鉀鈣堿性粗面安山巖樣品富集LREE和Zr，Hf等元素，虧損Nb，Ta，Ti，P等元素，暗示俯沖帶組分的影響。英安巖具分異的地球化學特征，高鉀英安巖樣品具與粗面安山巖類似特征，低鉀英安巖具較低的K含量和REE總量，富集Th，Sr，Eu等元素，屬拉斑玄武巖系列，樣品具明顯雙峰式火山巖特征。

目前雙峰式火山巖成因主要有以下觀點：一種認為酸性巖和基性巖分別來自不同的母質巖漿體系，不同時期巖漿的侵入導致二者空間上的聯系，微量元素通常有較大差異[30-31];另一種認為酸性巖和基性巖來自同一種巖漿體系，酸性巖是由基性巖分離結晶而來，通常產出的酸性巖遠少于基性巖[32]。六棵樹組火山巖酸性巖和基性巖同時出露，不同的地球化學特征指示其可能來自不同的巖漿體系。安山巖的Mg#為42，低于虧損地幔值，表明經歷了鐵鎂礦物的分離結晶作用。稀土元素顯示右傾特征， Ba/La=36.85，La/Nb=5.17，Nb含量8.5×10-6，鋯飽和溫度648℃，表明源區受到俯沖物質影響[33]。結合Zr-Nb圖解特征，表明其可能來源于受俯沖作用影響的幔源物質的分離結晶作用（圖7）。

高鉀英安巖與粗面安山巖特征一致，均表現出Nb，Ta，P，Ti等元素虧損，Mg#為24，具較低的鋯飽和溫度（TZr=683℃）。相似稀土元素和微量元素特征表明，其可能來自基性巖的再熔融作用。哈克圖解中樣品顯示與基性巖相關，MgO、MnO和TiO2等元素隨SiO2的增加而減少，暗示橄欖石等礦物的分離結晶作用（圖7）。Na2O等元素隨SiO2增加而增加，顯示Eu負異常，表明斜長石等礦物在巖漿作用過程中的分離結晶。低鉀英安巖具相對較低的K2O含量，較高的Na2O含量和Mg#均表現出與高鉀英安巖不同的地球化學特征。巖石具低的鋯飽和溫度（TZr=654℃），表明其可能來自虧損地幔玄武質巖漿的進一步分異。

5.2? 構造意義

東準噶爾地區出露有大量的晚石炭世A-型花崗巖，常被認為產出于后碰撞環境[23]。Zhang Haixiang和Zhang Chen在東準噶爾地區發現360 Ma的富Nb玄武巖和308 Ma埃達克質花崗巖[14，34]，這些埃達克質花崗巖顯示高的Sr/Y，Al2O3、MgO和高的Na2O含量，較高的εNd（t）和εHf（t）值，表明巖石是由俯沖板片脫水作用形成的流體相交代上覆的地幔楔物質部分熔融形成。Xiao yan對卡拉麥里早石炭世火山巖研究發現[35]，這些火山巖顯示出典型的鈣堿性特征，形成于島弧環境。李錦軼等對卡拉麥里斷裂進行構造特征研究[36]，提出卡拉麥里斷裂為弧后盆地關閉的遺跡。說明東準噶爾在早石炭世仍處于俯沖背景，晚石炭世東準噶爾地區的構造環境需進一步研究。

關于雙峰式火山巖可形成于多種環境，既可形成與伸展作用有關的大陸裂谷環境，也可形成于洋島、洋內弧等多種環境[37]。六棵樹組火山巖中出露有大量中酸性英安巖，洋島環境下產出的火山巖通常以基性巖為主，不太可能是六棵樹組火山巖的形成環境。六棵樹組安山巖具高的Ba/Zr（4.15）和Ba/Ce（15.2），遠高于弧后盆地環境形成的玄武巖。通常造山后環境形成的中酸性火山巖具較高的K2O含量，玄武巖有較大的Th/Ta（大于5）。六棵樹組安山巖Th/Ta較低，英安巖既有富K系列，也有貧K系列，暗示不可能形成于弧后盆地環境。六棵樹組安山巖富集LREE，虧損HFSE，Nb，Ta，Ti等元素，具島弧火山巖特征。英安巖表現出類似的島弧特征，符合島弧環境雙峰式火山巖特征。在Zr-TiO2和Rb-Y+Nb判別圖解中，樣品均落入島弧火山巖系列（圖8）。楊梅珍等對卡拉麥里蛇綠混雜巖進行地球化學和年代學研究[38]，發現卡拉麥里蛇綠混雜巖的橄欖巖具正常的MORB特征;堿性玄武巖具洋島玄武巖特征，具較高的Al2O3和TiO2含量，輕稀土元素富集，指示一種俯沖帶相關的蛇綠巖特征。結合鋯石年代學證據表明，至少在310 Ma之前東準噶爾地區仍存在大洋的俯沖作用。因此，六棵樹組雙峰式火山巖應形成于洋內島弧環境，不太可能是后碰撞環境。

6? 結論

（1） 卡拉麥里六棵樹組火山巖鋯石U-Pb測年結果為（322.8±2.2）Ma，形成于晚石炭世，巖石地球化學組成具雙峰式火山巖特征。

（2） 六棵樹組安山巖具富集LREE和Zr，Hf等元素及虧損Nb，Ta，Ti，P等元素特征，較低的Zr和Nb含量及較高的La/Nb暗示其來自混染了俯沖物質的幔源巖漿。高鉀英安巖虧損Nb，Ta等元素，富集K，U，Zr，Hf等元素，較低的鋯飽和溫度暗示由基性巖再熔融形成。低鉀英安巖富Na貧K，較高的Mg#等特征表明應來自于幔源玄武巖漿的進一步分異。

（3） 據火山巖地球化學特征，晚石炭世卡拉麥里地區為島弧環境，雙峰式火山巖形成于俯沖背景，古亞洲洋仍然存在。

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Chronology，Geochemical Characteristics and Tectonic Implication of the Liukeshu Formation Volcanics in Eastern Junggar，Xinjiang

Zheng Haifeng，Liu Ge，Jin Liuyuan，Yang Shuo

（Xinjiang Institute of Geological Survey，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract：Recently a debate has arisen about when the paleo-Asiatic ocean was consumed.The tectonic evolution of the Late Paleozoic in Karamaili region are debated.One idea suggests that Palaeo-Asian Ocean has not closed terminal Carboniferous，which was probably formed in island arc.The other idea suggests that the Karamaili area in tectonic setting of post-collision during the Carboniferous and no ocean existed.This study focuses on the Paleozoic tectonic setting in the Karamaili tectonic zone revealed by zircon U-Pb dating and geochemical data，therefore，during Late Carboniferous，no ocean existed in the Karamaili tectonic zone and the oceanic basin represented by the Karamaili Liukeshu Formation volcanics had been closed after late Carboniferous epoch.

Key words：Eastern Junggar;Geochemistry;Liukeshu Formation;Paleo-Asian Ocean